DE102006008269A1

DE102006008269A1 - Zahnstangenlenkvorrichtung

Info

Publication number: DE102006008269A1
Application number: DE102006008269A
Authority: DE
Inventors: Kohtaro Atsugi Shiino; Toshiro Atsugi Yoda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-02-22
Filing date: 2006-02-22
Publication date: 2006-08-24
Also published as: US20060185460A1; JP2006231934A

Abstract

Eine über ein Lenkrad gedrehte Ritzelwelle weist ein darauf ausgebildetes Zahnradgetriebe auf. Eine Zahnstange weist eine vordere Fläche auf, worauf ein verzahnter Zahnstangenbereich mit dem Zahnradgetriebe in Eingriff steht. Ein Drehelement ist zur Abstützung der hinteren Fläche der Zahnstange angeordnet, das sich dreht, wenn sich die Zahnstange axial bewegt. Ein Vorspannmechanismus spannt das Drehelement zu einem augenblicklich in Eingriff stehenden Bereich zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich und dem Zahnstangengetriebe vor. Ein Lagerelement ist zur gleit- bzw. verschiebbaren Abstützung der hinteren Fläche der Zahnstange angeordnet.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Feld der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Zahnstangenlenkvorrichtungen für gelenkte Kraftfahrzeuge, und insbesondere auf die Lenkvorrichtungen eines Typs, der eine solche Anordnung aufweist, um den Eingriff zwischen einer Ritzelwelle und einer Zahnstange zu stabilisieren und zu sichern.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Eine der bekannten Lenkvorrichtungen des oben genannten Typs ist in der japanischen offengelegten Patentanmeldung (Tokkai) 2004-34829 beschrieben. Die Lenkvorrichtung der Veröffentlichung weist im Allgemeinen eine Ritzelwelle auf, die mit einem Lenkrad verbunden ist, und eine Zahnstange auf, die mit der Ritzelwelle im Eingriff steht, sodass, wenn auf Grund der Drehung des Lenkrads die Ritzelwelle gedreht wird, die Zahnstange axial in eine linke oder rechte Richtung bewegt wird, wobei eine Lenkbewegung der gelenkten Räder erzeugt wird. In der Lenkvorrichtung der Veröffentlichung weist die Zahnstange eine Vorderseite, worauf Stege mit Zähnen der Ritzelwelle im Eingriff stehen und auf einer Rückseite davon einen hervorstehenden Bereich auf, und eine zylindrische Zahnstangenhalterung ist auf der Rückseite der Zahnstange drehbar vorgesehen, um den Eingriff zwischen den Stegen und den Zähnen zu sichern. Das heißt, dass die zylindrische Zahnstangenhalterung zum Verschieben des hervorstehenden Bereichs dient, um die Zahnstange gegen die Ritzelwelle vorzuspannen. Aufgrund der zylindrischen Form der Zahnstangenhalterung und seiner drehbaren Anordnung wird ein zwischen der Zahnstange und der Zahnstangenhalterung erzeugter Gleitwiderstand bei einer Bewegung der Zahnstange minimiert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Jedoch scheitert selbst die oben genannte Lenkvorrichtung der Veröffentlichung, eine befriedigendes Verhalten gegenüber der Vorspannkraft der Zahnstangenhalterung auszuweisen, die eine vertikale Schwenkbewegung der Zahnstange um einen augenblicklich im Eingriff stehenden Bereich zwischen den Stegen der Zahnstange und den Zähnen der Ritzelwelle bewirkt. Wie bekannt ist, verschlechtert eine solche Schwenk- bzw. Drehbewegung eine gleichmäßige Funktion der Lenkvorrichtung.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnstangenlenkvorrichtung bereitzustellen, die frei von der unerwünschten vertikalen Schwenk- bzw. Drehbewegung der Zahnstange ist.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zahnstangenlenkvorrichtung bereitzustellen, die einfach im Aufbau ist.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zahnstangenlenkvorrichtung bereitgestellt, die eine Ritzelwelle aufweist, die geeignet ist, über ein Lenkrad gedreht zu werden, wobei die Ritzelwelle ein darauf ausgebildetes Ritzel hat; eine Zahnstange aufweist, die auf ihrer vorderen Fläche einen verzahnten Zahnstangenbereich hat, der mit dem Ritzel der Ritzelwelle im Eingriff steht; ein Drehelement zur Abstützung einer hinteren Fläche der Zahnstange aufweist, die drehbar ist, wenn sich die Zahnstange axial bewegt; einen ersten Vorspannmechanismus aufweist, der das Drehelement gegen einen augenblicklich im Eingriff stehenden Bereich zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich der Zahnstange und dem Ritzel der Ritzelwelle vorspannt; und ein Lagerelement zur verschiebbaren bzw. gleitenden Abstützung der hinteren Fläche der Zahnstange aufweist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zahnstangenlenkvorrichtung bereitgestellt, die eine Ritzelwelle aufweist, die geeignet ist, über ein Lenkrad gedreht zu werden, wobei die Ritzelwelle ein darauf ausgebildetes Ritzel hat; eine Zahnstange aufweist, die auf ihrer vorderen Fläche einen verzahnten Zahnstangenbereich aufweist, der mit dem Zahnstangengetriebe der Ritzelwelle im Eingriff steht; ein Drehelement zur Abstützung einer hinteren Fläche der Zahnstange aufweist, das drehbar ist, wenn sich die Zahnstange axial bewegt; einen Vorspannmechanismus aufweist, um das Drehelement gegen einen augenblicklich im Eingriff stehenden Bereich zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich der Zahnstange und dem Ritzel der Ritzelwelle vorzuspannen; und ein Verschiebeelement aufweist, das die Rückseite der Zahnstange berührt, um die Zahnstange abzustützen.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zahnstangenlenkvorrichtung bereitgestellt, die eine Ritzelwelle aufweist, die geeignet ist, über ein Lenkrad gedreht zu werden, wobei die Ritzelwelle ein darauf ausgebildetes Ritzel hat; eine Zahnstange aufweist, die auf ihrer vorderen Fläche einen verzahnten Zahnstangenbereich aufweist, der mit dem Ritzel der Ritzelwelle im Eingriff steht; ein erstes Lagerelement zur Abstützung der hinteren Fläche der Zahnstange mit einer vorgegebenen Vorspannkraft aufweist; und ein zweites Lagerelement aufweist, das auf der hinteren Fläche der Zahnstange angeordnet und aufgebaut ist, um eine Bewegung der Zahnstange zu steuern/zu regeln, wenn die Zahnstange mit einer externen Kraft beaufschlagt wird, die größer als die vorgegebene Vorspannkraft ist.

Weitere Aufgaben und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der anliegenden Zeichnung ersichtlich.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine Schnittansicht einer Zahnstangelenkvorrichtung, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines wesentlichen Bereichs der Zahnstangenlenkvorrichtung der ersten Ausführungsform;
3 ist eine teilweise ausgeschnittene perspektivische Ansicht einer Zahnstange, die bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
4 ist eine Explosionsansicht einer Lagereinheit zur Abstützung der Zahnstange, die bei der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird;
5 ist eine Ansicht, ähnlich wie 2, die jedoch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Ansicht, ebenfalls ähnlich wie 2, die aber eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7A ist eine Ansicht aus der Richtung eines Pfeils „A" von 6; und
7B ist eine Ansicht aus der Richtung eines Pfeils „B" von 7A mit einigen entfernten Teilen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden drei Ausführungsformen, 100, 200 und 300, der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben.
Zur Erleichterung des Verständnisses werden verschiedene Richtungsangaben, wie z. B. rechts, links, oben, unten, rechts davon und dergleichen in der nachfolgenden Beschreibung verwendet. Jedoch sind diese Ausdrücke lediglich bezüglich einer Zeichnung oder Zeichnungen zu verstehen, auf denen ein entsprechendes Teil oder ein Bereich dargestellt ist.
Mit Bezug auf 1 bis 4 ist eine Zahnstangenlenkvorrichtung 100 dargestellt, die eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Wie aus den 1 und 2 ersichtlich, weist die Lenkvorrichtung 101 Lenkwelle 1 auf, die mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) verbunden ist, um sich damit zu drehen, eine Ritzelwelle 2 auf, die koaxial mit der Lenkwelle 1 verbunden ist und an ihrem vorderen Endbereich ein Ritzel 2a hat, ein Schneckenrad 18 auf, das koaxial und eng an der Ritzelwelle 2 angeordnet ist, um sich damit zu drehen, eine Schneckenwelle 19 auf, die mit dem Schneckenrad 18 im Eingriff steht, einen Elektromotor 20 auf, der die Schneckenwelle 19 mit einer elektrischen Energie antreibt, einen Drehwinkelsensor 21 auf, der um die Ritzelwelle 2 herum angeordnet ist, um eine Winkelposition der Ritzelwelle 2 zu erfassen und eine elektrische Motorsteuerungs-/Regelungseinheit auf, die den Elektromotor 20 in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal vom Drehwinkelsensor 21 steuert/regelt.
Wie nachfolgend ersichtlich, stellen das Schneckenrad 18, die Schneckenwelle 19, der Elektromotor 20, der Drehwinkelsensor 21 und die elektrische Motorsteuerungs-/Regelungseinheit 22 ein so genanntes elektrisches Servolenkungssystem dar, das den Fahrer beim Drehen des Lenkrads unterstützt, um ein zugehöriges Motorfahrzeug zu lenken.
Ein verzahnter Zahnstangenbereich 3a, der auf einer vorderen Fläche einer Zahnstange 3 ausgebildet ist, steht mit einem Zahnstangengetriebe 2a im Eingriff. Obwohl in der Zeichnung nicht gezeigt weist die Zahnstange 3 an ihren axialen Enden entsprechende Spurstangen, mit denen Lenkhebel von entsprechenden gelenkten Rädern verbunden sind.
Hinter der Zahnstange ist eine zylindrische Zahnstangenhalterung 4 angeordnet, um die Zahnstange 3 festzuhalten oder zu halten.
Die zylindrische Zahnstangenhalterung 4 weist ein Kugellager 5 auf, das daran befestigt ist. Wie nachfolgend detailliert beschrieben, weist das Kugellager 5 einen inneren Laufring auf, der um eine Lagerwelle 31 befestigt ist, einen äußeren Laufring auf, der eine hintere Kante (oder einen erhöhten geraden Schienenbereich) 29 der Zahnstange 3 berührt und eine Mehrzahl von Kugeln auf, die zwischen den inneren und äußeren Laufringen wirkend angeordnet sind.
Um das Kugellager 5 in 1 und 2 nach links, d. h., zu einem augenblicklich im Eingriff stehenden Bereich zwischen dem Ritzel 2a der Ritzelwelle 2 und dem verzahnten Zahnstangenbereich 3a der Zahnstange 3 vorzuspannen, wird eine Schraubenfeder 6 verwendet. Um die Zahnstange 3 stabil, d. h. axial verschiebbar, zu lagern, wird ein Lagerelement 7 verwendet. Die zylindrische Zahnstangenhalterung 4, das Kugellager 5, die Schraubenfeder 6, das Lagerelement 7 und zugehörige Teile sind in einem Gehäuse 13 untergebracht. Die Details dieser Elemente und Teile werden nachfolgend beschrieben.
Wie aus 1 ersichtlich, weist das Gehäuse 13 im Allgemeinen ein Ritzel-Gehäuseteil 10 auf, das darin eine Ritzelwelle 2 und zugehörige Teile derselben enthält, ein Zahnstangen-Gehäuseteil 12 auf, das darin sowohl die Zahnstange 3 als auch das Lagerelement 7 enthält und ein Zahnstangenhalterungs-Gehäuseteil 12 auf, das darin die zylindrische Zahnstangenhalterung 4 und deren zugehörige Teile umfasst. Wie aus 1 und 2 ersichtlich, weist das Zahnstangenhalterungs-Gehäuseteil 12 ein äußeres offenes Ende auf, mit dem ein Abdeckelement 15 über eine Verschraubung lösbar verbunden ist.
Wie aus 1 und 2 ersichtlich, erstreckt sich die Zahnstange 3 im Wesentlichen senkrecht zur Ritzelwelle 2. Der verzahnte Zahnstangenbereich 3a der Zahnstange 3 und das Ritzel 2a der Ritzelwelle 2 stehen miteinander in einer Art Längsstirnrad-Verbindung im Eingriff. Wenn daher die Ritzelwelle 2 um ihre Achse gedreht wird, wird die Zahnstange gezwungen, sich in einer axialen Richtung zu verschieben.
Wie nachfolgend beschrieben, ist die Ritzelwelle 2 mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) über einen Lenkwelle 1 verbunden, und eine Verlängerungseinheit, die die Ritzelwelle 2 und die Lenkwelle 1 umfasst, wird, wie gezeigt, durch drei Lager 25A, 25B, 25C drehbar in einem Gehäuse 13 aufgenommen.
Wie aus 3 ersichtlich, weist die Zahnstange 3 einen axialen Mittelbereich 28 auf, der an seiner vorderen Fläche einen verzahnten Zahnstangenbereich 3a hat, der mit dem Ritzel 2a der Ritzelwelle 2 im Eingriff steht. Der Mittelbereich 28 weist auf seiner hinteren Fläche einen erhöhten geraden Schienenbereich 29 auf, der einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat. Wie gezeigt, weist der Mittelbereich 28 ferner ein Paar von abgeschrägten Oberflächen 28a und 28a auf, das sich vom Schienenbereich 29 flach zu den seitlich gegenüberliegenden Enden der vorderen Fläche des Mittelbereichs 28 erstreckt. In der dargestellten Ausführungsform sind die abgeschrägten Oberflächen 28a und 28a bezüglich der Achse der Zahnstange 3 symmetrisch angeordnet.
Wie am besten aus 2 ersichtlich, steht in der Baugruppe der Schienenbereich 29 der Zahnstange 3 in Kontakt mit dem äußeren Laufring des Kugellagers 5, sodass die axiale Bewegung der Zahnstange 3 über eine daraus folgende Drehung des äußeren Laufrings des Kugellagers 5 beruhigt wird. Wie aus 2 und 4 ersichtlich, weist das Kugellager 5 eine Lagerwelle 31 auf, die in dessen inneren Laufring angeordnet ist.
Wie am besten aus 4 ersichtlich, wird das Kugellager 5 über eine zylindrische Zahnstangenhalterung 4 durch die Lagerwelle 31 gehalten. Folglich lagert die zylindrische Zahnstangenhalterung 4 nicht nur das Kugellager 5 durch die Lagerwelle 31, sondern lagert auch den erhöhten geraden Schienenbereich 29 der Zahnstange 3 durch das Kugellager 5.
Die zylindrische Zahnstangenhalterung 4 ist an ihrer Stirnseite einstückig mit einem kreisförmigen Flansch 4a ausgebildet und weist diametral gegenüberliegende gerundete Ausnehmungen (oder Wellen-Aufnahmenuten) 33 und 33 auf, um die axial gegenüberliegenden Enden der Lagerwelle 31 des Kugellagers 5 drehbar zu lagern. Die Zahnstangenhalterung 4 weist ferner zwischen den gerundeten Ausnehmungen 33 eine größere gerundete Ausnehmung (kein Bezugszeichen) auf, um das Kugellager 5 aufzunehmen.
Das Lagerelement 7 besteht im Wesentlichen aus einer zylindrischen Form. Wie gezeigt, ist das Lagerelement 7 an diametral entgegen gesetzten Bereichen davon mit einem Paar von abgeschrägten Lagerflächen 7a und 7a ausgebildet, die errichtet sind und eine Größe haben, um die abgeschrägten Oberflächen 28a und 28a der Zahnstange 3 abzustützen und ist auf einem Mittelbereich davon mit einer geraden Nut 38 ausgebildet, die darin den erhöhten geraden Schienenbereich 29 der Zahnstange 3 aufnimmt. Die gerade Nut 38 ist auf einem Mittelbereich davon mit einer ersten rechteckigen Öffnung 32 ausgebildet, die eine Größe besitzt, um darin einen Teil des Kugellagers 5 aufzunehmen. Das heißt ein Teil des Kugellagers 5 ist in der Baugruppe durch die rechteckige Öffnung 32 angebracht, um den Schienenbereich 29 der Zahnstange 3 zu berühren.
Auf den abgeschrägten Oberflächen 7a und 7a des Lagerelements 7 ist ein im Wesentlichen V-förmiges metallenes Lagerblech 34 angebracht. Vorzugsweise ist das Blech 34 mit einem Kunststoff mit geringer Reibung, wie z. B. Teflon (Warenzeichen) oder dergleichen, beschichtet.
Wie gezeigt, weist das Lagerblech 34 ein Paar von Flügelbereichen 34a und 34a auf, die sauber auf die abgeschrägten Lagerflächen 7a und 7a des Lagerelements 7 platziert werden und weist einen mittleren Nut-Bereich 39 auf, der sich zwischen Bodenabschnitten der entsprechenden Flügelbereiche 34a und 34a erstreckt und in der geraden Nut 38 des Lagerelements 7 aufgenommen wird. Der mittlere Nutbereich 39 ist mit einer zweiten rechteckigen Öffnung 36 ausgebildet. Wie gezeigt, ist die zweite rechteckige Öffnung 36 größer als die oben genannte erste rechteckige Öffnung 32 des Lagerelements 7. In der Baugruppe wird der mittlere Nutbereich 39 sauber in der gerade Nut 38 des Lagerelements 7 angebracht, um es der zweiten rechteckigen Öffnung 36 zu ermöglichen, die erste rechteckige Öffnung 32 vollständig abzudecken.
Zurück zu 2; eine Schraubenfeder 6 ist zwischen dem kreisförmigen Flansch 4a der Zahnstangenhalterung 4 und einer Bodenwand 15a des Abdeckelements 15 zusammengedrückt, sodass die Zahnstangenhalterung 4 und folglich auch die Lagerwelle 31, das Kugellager 5 und die Zahnstange 3 alle nach links in der Zeichnung, d. h. in Richtung der Ritzelwelle 2 vorgespannt sind.
Durch einen solchen Vorspannungseinfluss wird der eingerückte Eingriff zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich 3a der Zahnstange 3 und dem Ritzel 2a der Ritzelwelle 2 sicher hergestellt.
Wie am besten in 2 zu sehen, ist eine Scheibenfeder 35 zwischen dem Lagerelement 7 und einem Führungsende 15b des Abdeckelements 15 wirkend zusammengedrückt, sodass das Lagerelement 7 in Richtung des verzahnten Mittelbereichs 28 der Zahnstange 3 vorgespannt wird. Dadurch wird das V-förmige Lagerblech 34 sauber und stabil zwischen den abgeschrägten Lagerflächen 7a und 7a des Lagerelements 7 und den abgeschrägten Oberflächen 28a und 28a des Mittelbereichs 28 der Zahnstange 3 angebracht. Durch eine solche Vorspannungswirkung über die Scheibenfeder 35 wird darüber hinaus der eingerückte Eingriff zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich 3a der Zahnstange 3 und dem Ritzel 2a der Ritzelwelle viel sicherer hergestellt. Die Scheibenfeder 35 hat eine kleinere Federkonstante als die der Schraubenfeder 6. Folglich zeigt die Scheibenfeder 35 eine viel größere Expansion/Kontraktion, wenn sie mit der gleichen Belastung beaufschlagt wird, als die Schraubenfeder 6.
Wie aus dem oben Gesagten verständlich, wird der eingerückte Eingriff zwischen der Zahnstange 3 und der Ritzelwelle 2 über die Vorspannkraft sicher hergestellt, die sowohl über die Scheibenfeder 35 als auch die Schraubenfeder 6 erzeugt wird. Wie aus 2 ersichtlich ist, kann das zusammengedrückte Maß der Scheibenfeder 35 und der Schraubenfeder 6 durch eine Einstellung des Maßes gesteuert/geregelt werden, um das das Abdeckelement 15 in den Zahnstangenhalterungs-Gehäuseteil 12 des Gehäuses 13 gelangt.
Die Schraubenfeder 6 und die Scheibenfeder 35 werden im Zahnstangenhalterungs-Gehäuseteil 12 gehalten, indem sie über ein Halte-Abdeckelement 15 auf die oben genannte Art und Weise gehalten werden. Dadurch können diese Federn 6 und 35 leicht in Position gesetzt werden. Wie dargestellt, ist das Abdeckelement 15 mit einem zylindrischen Außengewindeteil ausgebildet, mit dem eine Überwurfmutter 37 im Eingriff steht, und ein Abdeckelement 15 weist an einem Außenende einen Werkzeug-Aufnahmeschlitz 17 auf, mit dem ein geeignetes Werkzeug (nicht gezeigt) in Eingriff bringbar ist. Wenn also das Abdeckelement 15 über das mit dem Schlitz eingerückte Werkzeug feststehend bleibt, wird die Überwurfmutter 37 in eine bestimmte Richtung gedreht, wodurch das Maß, um das das Abdeckelement 15 in die Zahnstangenhalterung gelangt, eingestellt wird.
Nachfolgend wird die Funktion der Zahnstangenlenkvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnung, insbesondere 1, beschrieben.
Wenn z. B. ein Fahrer mit dem Lenkrad (nicht gezeigt) hantiert, um ein zugehöriges Kraftfahrzeug zu steuern, werden die Lenkwelle 1 und somit die Ritzelwelle 2 um eine gemeinsame Achse gedreht. Während der Drehung erfasst der Drehwinkelsensor 21 eine Winkelposition der Ritzelwelle 2 und ein entsprechendes Ausgabesignal vom Sensor 21 wird in eine elektrische Motor-Steuerungs-/Regelungseinheit 22 eingegeben. Bei Verarbeitung des Signals steuert/regelt die Steuerungs-/Regelungseinheit 22 den Elektromotor 20, d. h., steuert/regelt einen Drehungsbetrag der vom Elektromotor 20 angetriebenen Schneckenwelle 19. Dadurch wird die Winkelposition des Schneckenrads 18, das mit der Schneckenwelle 19 im Eingriff steht, gesteuert/geregelt, um dadurch die Winkelposition der Ritzelwelle 2 zu steuern/zu regeln. Das heißt, dass der Kraftaufwand des Fahrers zum Lenken 11 des Kraftfahrzeugs durch die Kraft, die vom Elektromotor 20 erzeugt wird, unterstützt wird.
Als Antwort auf die Drehung der Ritzelwelle 2 wird die Zahnstange 3 gezwungen, sich horizontal nach rechts oder nach links zu bewegen. Während dieser Bewegung der Zahnstange 3 bleibt der erhöhte Schienenbereich 29 der Zahnstange 3 über das Kugellager 5 angedrückt, während sich der äußere Laufring des Kugellagers 5 dreht und die abgeschrägten Oberflächen 28a und 28a des Mittelbereichs 28 der Zahnstange 3 werden gezwungen, sich auf dem Lagerblech 34, insbesondere auf den Flügelbereichen 34a und 34a des Lagerblechs 34, zu verschieben.
Während der axialen Bewegung der Zahnstange 3 besteht eine solche Möglichkeit, dass eine Drehbewegung der Zahnstange um den gegenseitig im Eingriff stehenden Bereich zwischen der Zahnstange 3 und der Ritzelwelle 2, insbesondere um den im Eingriff stehenden Bereich zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich 3a der Zahnstange 3 und dem Ritzel 2a der Ritzelwelle 2 hervorgerufen wird, weil ein Reibwiderstand an den im Eingriff stehenden Bereich und dem anderen Widerstand erzeugt wird.
Jedoch wird aus den folgenden Gründen eine solche unerwünschte Schwenk- bzw. Drehbewegung der Zahnstange 3 unterdrückt oder zumindest minimiert.
Das heißt, dass die abgeschrägten Oberflächen 28a und 28a des Mittelbereichs 28 der Zahnstange 3 auf den abgeschrägten Lagerflächen 7a und 7a des Lagerelements 7 durch das V-förmige Lagerblech 34 stabil abgestützt werden, und die Vorspannkraft der Scheibenfeder 35, die wirkt, um das Lagerelement 7 gegen die abgeschrägten Oberflächen 28a und 28a der Zahnstange 3 zu drücken, stützt die Zahnstange 3 auf den abgeschrägten Lagerflächen 7a und 7a des Lagerelements 7 stabil ab, das die unerwünschte Schwenk- bzw. Drehbewegung der Zahnstange 3 unterdrückt oder zumindest minimiert.
Da die Scheibenfeder 35, wie oben beschrieben, eine geringere Federkonstante als die der Schraubenfeder 6 aufweist, wird die Kraft, durch die die Zahnstange in Richtung der Ritzelwelle 2 vorgespannt ist, hauptsächlich durch die Schraubenfeder 6, unter Mithilfe des Kugellagers 5, hergestellt und das Lagerelement 7 wird über die Scheibenfeder 35 abgestützt.
Indem der verzahnte Zahnstangenbereich 3a dementsprechend zum Zahnstangegetriebe 2a der Ritzelwelle 2 über die Kraft der Schraubenfeder 6 vorgespannt oder angedrückt wird und das Lagerelement 7 zu den abgeschrägten flachen Oberflächen 28a und 28a der Zahnstange 3 über die Kraft der Scheibenfeder 35 vorgespannt oder angedrückt wird, wird die Kraft, durch die das Lagerelement 7 gegen die Zahnstange 3 gedrückt wird, nicht zu groß und folglich kann die axiale Bewegung der Zahnstange 3 gleichmäßig, ohne deren oben erwähnte unerwünschte Drehbewegung, gestellt werden.
Eine so genannte „Flachfläche auf Flachfläche-Lagerung", die durch die abgeschrägten flachen Oberflächen 28a und 28a und den abgeschrägten Lagerflächen 7a und 7a erreicht wird, bewirkt, eine solche unerwünschte Schwenkbewegung der Zahnstange 3 zu minimieren. Ferner unterdrückt ein so genannter „V-Verbindungs-Gleiteingriff", der über solche abgeschrägten Oberflächen 28a, 28a, 7a und 7a erreicht wird, die Schwenkbewegung der Zahnstange 3 in universellen Richtungen.
Es wird auf 5 Bezug genommen, die eine Zahnstangenlenkvorrichtung 200 zeigt, die eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Da die zweite Ausführungsform 200 im Aufbau ähnlich der oben genannten ersten Ausführungsform 100 ist, werden nur Bereiche oder Teile, die unterschiedlich zu denen der ersten Ausführungsform 100 sind, nachfolgend beschrieben.
Das heißt, dass in der zweiten Ausführungsform 200 der kreisförmige Flansch 4a' der zylindrischen Zahnstangenhalterung 4 größenmäßig größer hergestellt ist und die Scheibenfeder 35 zwischen dem kreisförmigen Flansch 4a' und dem Lagerelement 7 zusammengedrückt ist. Aufgrund der Vorspannkraft der Scheibenfeder 35 stützt das Lagerelement 7 den verzahnten Mittelbereich 28 der Zahnstange stabil ab.
Das heißt, dass auch in dieser zweiten Ausführungsform 200, wie in der ersten Ausführungsform 100, der eingerückte Eingriff zwischen dem Ritzel 2a der Ritzelwelle 2 und dem verzahnten Zahnstangenbereich 3a der Zahnstange 3 durch die von der Schraubenfeder 6 und dem Kugellager 5 hervorgerufenen Vorspannwirkung sicher hergestellt wird und die unerwünschte Schwenkbewegung der Zahnstange 3 über das vorgespannte Lagerelement 7 unterdrückt oder zumindest minimiert wird.
Es wird auf 6 Bezug genommen, die eine Zahnstangenlenkvorrichtung 300 zeigt, die eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Da die dritte Ausführungsform 300 im Aufbau ebenso ähnlich zu der oben genannten ersten Ausführungsform 100 ist, werden nur Bereiche oder Teile, die zu denen der ersten Ausführungsform 100 unterschiedlich sind, nachfolgend beschrieben.
In dieser dritten Ausführungsform ist die eingesetzte Zahnstange 40 eine zylindrische Zahnstange.
Wie gezeigt, ist die zylindrische Zahnstange 40 auf einer vorderen zylindrischen Oberfläche ihres axialen Mittelbereichs 41 mit einem verzahnten Zahnstangenbereich 41a ausgebildet. Aufgrund der zylindrischen Form des Mittelbereichs 41 der Zahnstange 40 weist jeder auf der Vorderseite ausgebildete Zahn des Zahnstangenbereichs 41a gerundete Enden auf, und die hintere Oberfläche des Mittelbereichs 41 ist, wie gezeigt, rund geformt.
Wie gezeigt, besteht der am meisten hervorstehenden Teil der Rückseite des Mittelbereichs 41 aus einem so genannten „erhöhten geraden Schienenbereich" 43, der mit dem äußeren Laufring des Kugellagers 5 in Kontakt steht. Wie gezeigt, weist der Mittelbereich 41 der zylindrischen Zahnstange 40 an den oberen und unteren Seiten des erhöhten geraden Schienenbereichs 43 entsprechende zylindrische Oberflächen 41b und 41b auf, die über die konkaven Lagerflächen 45a und 45a eines zylindrischen Lagerelements 45 durch gerundete Flügelbereiche 47a und 47a eines Lagerblechs 47 abgestützt werden. Das heißt, dass das Lagerblech 47 im Wesentlichen das gleiche wie das oben erwähnte V-förmige Lagerblech 34 ist, mit der Ausnahme, dass beim Lagerblech 34 die Flügelbereiche 47a und 47a gerundet sind.
Die aus 7 ersichtlich, ist in dieser dritten Ausführungsform 300, wie bei der oben genannten ersten Ausführungsform 100, der Mittelbereich 41 der Zahnstange 40 in Richtung der Ritzelwelle 2 durch die über die Schraubenfeder 6 und das Kugellager 5 hervorgerufene Vorspannwirkung vorgespannt und der Mittelbereich 41 wird über das Lagerelement 25 stabil gehalten, das in Richtung des Mittelbereichs 41 durch die Scheibenfeder 35 vorgespannt ist.
Nachfolgend wird das Lagerelement 45 und die zylindrische Zahnstangenhalterung 46 detailliert mit Bezug auf die 6, 7A und 7B beschrieben.
Wie aus den 6 und 7A ersichtlich und aus 4 vorstellbar, ist das zylindrische Lagerelement 45 an einem Ende davon, d. h. an einem linken Ende in 6, mit konkaven Lagerflächen 45a und 45a und am anderen Ende, d. h. an einem rechten Ende in 6, mit einer zylindrischen Ausnehmung (kein Bezugszeichen) ausgebildet, in die die zylindrische Zahnstangenhalterung 46 axial verschiebbar aufgenommen ist.
Die zylindrische Ausnehmung des Lagerelements 45 ist an einer Bodenwand davon mit Wellen-Lagerbereichen 45b und 45b ausgebildet, die axial entgegen gesetzte Enden der Lagerwelle 31 drehbar lagern.
Wie zuvor erwähnt, verläuft die Lagerwelle 31 durch den inneren Laufring des Kugellagers 5.
Wie aus 6 zu sehen, liegt zwischen dem Lagerelement 45 und dem Abdeckelement 15 eine zusammengedrückte Scheibenfeder 35, um die konkaven Lagerflächen 45a und 45a des Lagerelements 45 gegen entsprechende zylindrische Oberflächen 41b und 41b des Mittelbereichs 41 der Zahnstange 40 durch das V-förmige Lagerblech 34 anzudrücken oder vorzuspannen. Zwischen der Zahnstangenhalterung 46 und der Bodenwand 15a des Abdeckelements 15 liegt die zusammengedrückte Schraubenfeder 6, um den Mittelbereich 41 in Richtung der Ritzelwelle 2 anzudrücken oder vorzuspannen.
Wie aus den 6 und 7A ersichtlich und aus 4 vorstellbar, weist die Zahnstangenhalterung 46 an ihrem linken Ende in 6 Wellen-Lagerbereiche 46a und 46a auf, die die Lagerwelle 31 des Kugellagers 5 drehbar aufzunehmen. Das heißt, dass in der Baugruppe die Lagerwelle 31 über die Wellen-Lagerbereiche 45b und 45b des Lagerelements 45 und die Wellen-Lagerbereiche 46a und 46a der Zahnstangenhalterung 46 drehbar gehalten wird. Die Schraubenfeder 6 ist zwischen der Zahnstangenhalterung 46 und der Bodenwand 15a des Abdeckelements 15 zusammengedrückt, sodass das Kugellager 5 gegen den erhöhten geraden Schienenbereich 43 des Mittelbereichs 41 der Zahnstange 40 gedrückt wird.
Daher wird, wie in der ersten Ausführungsform 100, der eingerückte Eingriff zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich 41a der Zahnstange 40 und dem Ritzel 2a der Ritzelwelle 2 hauptsächlich über die Vorspannwirkung, die über die Schraubenfeder 6 durch das Kugellager 5 hervorgerufen wird, sicher hergestellt und die unerwünschte Schwenkbewegung der Zahnstange 40 wird hauptsächlich über die Scheibenfeder 35 durch konkave Lagerflächen 45a und 45a des Lagerelements 45 unterdrückt oder zumindest minimiert.
In den oben genannten Ausführungsformen 100, 200 und 300 werden V-förmige Lagerbleche 34 und 47 eingesetzt, die aus Metall hergestellt sind. Falls gewünscht, können diese Lagerbleche 34 und 37 entfernt werden. Jedoch sind in einem solchen Fall die Lagerflächen 7a und 7a (oder 45a und 45a) des Lagerelements 7 (oder 45) mit einem Kunststoff mit geringer Reibung kaschiert. Selbstverständlich können anstelle der Lagerflächen 7a oder 45a des Lagerelements 7 oder 45 die abgeschrägten Oberflächen 28a und 28a (oder 47a und 47a) der Zahnstange 3 (oder 40) mit einem solchen Kunststoff kaschiert werden.
Die gesamten Inhalte der japanischen Patentanmeldung 2005-044942 vom 22. Februar 2005 sind hierin durch Bezugnahme enthalten.
Obwohl die Erfindung zuvor mit Bezug auf die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen und Variationen dieser Ausführungsformen können vom Durchschnittsfachmann angesichts der obigen Beschreibung ausgeführt werden.
Zusammenfassend ist Folgendes festzuhalten:
Eine über ein Lenkrad gedrehte Ritzelwelle weist ein darauf ausgebildetes Zahnradgetriebe auf. Eine Zahnstange weist eine Vordere Fläche auf, worauf ein verzahnter Zahnstangenbereich mit dem Zahnradgetriebe im Eingriff steht. Ein Drehelement ist zur Abstützung der hinteren Fläche der Zahnstange angeordnet, das sich dreht, wenn sich die Zahnstange axial bewegt. Ein Vorspannmechanismus spannt das Drehelement zu einem augenblicklich im Eingriff stehenden Bereich zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich und dem Zahnstangengetriebe vor. Ein Lagerelement ist zur gleit- bzw. verschiebbaren Abstützung der hinteren Fläche der Zahnstange angeordnet.

1: Lenkwelle
2: Ritzelwelle
2a: Ritzel
3: Zahnstange
3a: verzahnter Zahnstangenbereich
4: Zahnstangenhalterung
4a,4a': kreisförmiger Flansch
5: Kugellager
6: Schraubenfeder
7: Lagerelement
10: Ritzel-Gehäuseteil
11: Zahnstangen-Gehäuseteil
12: Zahnstangenhalterungs-Gehäuseteil
13: Gehäuse
15: Abdeckelement
17: Werkzeug-Aufnahmeschlitz
18: Schneckenrad
19: Schneckenwelle
20: Elektromotor
21: Drehwinkelsensor
22: Elektromotor-Steuerungs-/Regelungseinheit
25A,B,C: Lagerelement
28: Mittelbereich
28a: abgeschrägte Oberfläche
29: Schienenbereich
31: Lagerwelle
32: Öffnung
33: Ausnehmung
34: Lagerblech
34a: Flügelbereich
35: Scheibenfeder
36: Öffnung
37: Überwurfmutter
40: Zahnstange
41: Mittelbereich
41a: Zahnstangenbereich
41b: zylindrische Oberfläche
43: erhöhter gerader Schienen-Bereich
45: Lagerelement
45a: Lagerfläche
45b: Wellen-Lagerbereich
46: Zahnstangenhalterung
46a: Wellen-Lagerbereich
47: Lagerblech
47a: Flügelbereich

Claims

Zahnstangenlenkvorrichtung (100;200;300): mit einer Ritzelwelle (2), die geeignet ist, über ein Lenkrad gedreht zu werden, wobei die Ritzelwelle (2) ein Ritzel (2a) aufweist, das darauf ausgebildet ist; mit einer Zahnstange (3), die auf ihrer vorderen Fläche einen verzahnten Zahnstangenbereich (3a) aufweist, der mit dem Ritzel (2a) der Ritzelwelle (2) im Eingriff steht; mit einem Drehelement zur Abstützung einer hinteren Fläche der Zahnstange (3), das drehbar ist, wenn sich die Zahnstange (3) axial bewegt; mit einem ersten Vorspannmechanismus, der das Drehelement zu einem augenblicklich im Eingriff stehenden Bereich zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich (3a) der Zahnstange (3) und dem Ritzel (2a) der Ritzelwelle (2) vorspannt; und mit einem Lagerelement (7), zur verschiebbaren bzw. gleitenden Abstützung der hinteren Fläche der Zahnstange (3).
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 1, die ferner einen zweiten Vorspannmechanismus aufweist, der das Lagerelement (7) zu dem augenblicklich im Eingriff stehenden Bereich zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich (3a) und dem Ritzel (2a) vorspannt.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 2, bei der eine durch den ersten Vorspannmechanismus erzeugte Vorspannkraft größer als eine durch den zweiten Vorspannmechanismus erzeugte Vorspannkraft ist.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der der erste Vorspannmechanismus eine Federkonstante aufweist, die größer als eine Federkonstante des zweiten Vorspannmechanismus ist.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der der zweite Vorspannmechanismus eine Scheibenfeder (35) aufweist.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, die ferner ein Abdeckelement (15) aufweist, das den zweiten Vorspannmechanismus hält, wobei das Abdeckelement (15) einen ersten Haltebereich aufweist, der den ersten Vorspannmechanismus hält und eine zweiten Haltebereich aufweist, der den zweiten Vorspannmechanismus hält.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 6, die ferner ein Gehäuse (13) aufweist, um das Lagerelement (7) aufzunehmen und in dem das Abdeckelement (15) mit einem Außengewindeteil ausgebildet ist, wobei das Abdeckelement (15) mit dem Gehäuse (13) unter Verwendung des Außengewindeteils als Befestigungseinrichtung verbunden ist.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der das Lagerelement (7) aufweist: Abstützbereiche, die auf beiden Seiten des Drehelements angeordnet sind; und ein auf die Abstützbereiche aufgelegtes metallenes Lagerblech (34), wobei das Lagerblech (34) die Rückseite der Zahnstange (3) lagert.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der das Lagerblech (34) aufweist: zwei Lagerbereiche, die entsprechend auf den Abstützbereichen aufgelegt sind; und einen Mittelbereich, über den die zwei Lagerbereiche einstückig verbunden sind.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der der Mittelbereich (28) des Lagerblechs (34) mit einer Öffnung (36) ausgebildet ist, durch die ein Teil des Drehelements herausragt, um die hintere Fläche der Zahnstange (3) zu berühren.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der das Lagerelement (7) ein Paar von Lagerbereichen aufweist, die auf beiden Seiten des Drehelements entsprechend angeordnet sind.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der sowohl das Drehelement als auch das Lagerelement (7) angeordnet sind, um die Zahnstange ständig zu berühren.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der zumindest eine Oberfläche des Lagerelements, die augenblicklich die Rückseite der Zahnstange (3) berührt, aus einem Kunststoff besteht.
Zahnstangenlenkvorrichtung mit: mit einer Ritzelwelle (2), die geeignet ist, über ein Lenkrad gedreht zu werden, wobei die Ritzelwelle (2) ein Ritzel (2a) aufweist, das darauf ausgebildet ist; mit einer Zahnstange (3), die auf einer vorderen Fläche davon einen verzahnten Zahnstangenbereich (3a) aufweist, der mit dem Ritzel (2a) der Ritzelwelle (2) im Eingriff steht; mit einem Drehelement zur Abstützung der hinteren Fläche der Zahnstange, das drehbar ist, wenn sich die Zahnstange axial bewegt; mit einem Vorspannmechanismus, der das Drehelement zu einem augenblicklich im Eingriff stehenden Bereich zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich (3a) der Zahnstange (3) und dem Ritzel (2a) der Ritzelwelle (2) vorspannt; und mit einem Verschiebeelement, das verschiebbar die Rückseite der Zahnstange berührt, um die Zahnstange abzustützen.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 14, bei der das Verschiebeelement aufweist: Verschiebebereiche, die auf beiden Seiten des Drehelements angeordnet sind; und ein auf die Verschiebebereiche gelegtes metallenes Lagerblech (34), wobei das Lagerblech (34) die Rückseite der Zahnstange lagert.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 15, bei der das Lagerblech (34) mit einem Kunststoff mit geringer Reibung beschichtet ist.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, bei der eine durch den Vorspannmechanismus erzeugte Vorspannkraft größer als eine Vorspannkraft ist, mit der das Verschiebeelement zur hinteren Fläche der Zahnstange (3) vorgespannt ist.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, bei der zumindest eine Oberfläche des Verschiebeelements, die augenblicklich die Rückseite der Zahnstange (3) berührt, aus einem Kunststoff besteht.
Zahnstangenlenkvorrichtung: mit einer Ritzelwelle (2), die geeignet ist, um über ein Lenkrad gedreht zu werden, wobei die Ritzelwelle (2) ein Ritzel (2a) aufweist, das darauf ausgebildet ist; mit einer Zahnstange (3), die auf einer vorderen Fläche davon einen verzahnten Zahnstangenbereich (3a) aufweist, der mit dem Ritzel (2a) der Ritzelwelle (2) im Eingriff steht; mit einem ersten Lagerelement, das angeordnet ist, um die hintere Fläche der Zahnstange (3) mit einer vorgegebenen Vorspannkraft abzustützen; und mit einem zweiten Lagerelement, das an einer Rückseite der Zahnstange (3) angeordnet ist und aufgebaut ist, um eine Bewegung der Zahnstange (3) zu steuern/zu regeln, wenn die Zahnstange (3) mit einer externen Kraft beaufschlagt wird, die größer als die vorgegebene Vorspannkraft ist.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 19, bei der das zweite Lagerelement die Zahnstange (3) berührt, wenn die auf der Zahnstange (3) anliegende externe Kraft geringer als die vorgegebene Vorspannkraft ist.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 19 oder 20, bei der das zweite Lagerelement aufweist: Lagerbereiche, die auf beiden Seiten der Drehelemente angeordnet sind; und ein metallenes Lagerblech, das auf die Lagerbereiche gelegt ist, wobei das Lagerblech die hintere Fläche der Zahnstange abstützt.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 21, bei der das Lagerblech (34) mit einem Kunststoff mit geringer Reibung beschichtet ist.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 19 bis 22, bei der zumindest eine Oberfläche des zweiten Lagerelements, das augenblicklich die hintere Fläche der Zahnstange berührt, aus einem Kunststoff besteht.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 23, bei der die hintere Fläche der Zahnstange (3) aufweist: einen erhöhten geraden Schienenbereich (29), mit dem das Drehelement funktionell einen Kontakt herstellt; und zwei abgeschrägte Oberflächen (28a), die sich von erhöhten geraden Bereichen in unterschiedliche Richtungen erstrecken und verschiebbar entsprechend abgeschrägte Oberflächen (7a) berühren, die vom Lagerelement (7) bestimmt werden.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 24, die ferner einen zweiten Vorspannmechanismus aufweist, der das Lagerelement (7) zum augenblicklich im Eingriff stehenden Bereich zwischen dem verzahnten Zahnstangenbereich (3a) und dem Ritzel (2a) durch die zwei abgeschrägten Oberflächen (7a) des Lagerelements (7) und die abgeschrägten Oberflächen (28a) des Zahnstangenelements vorspannt.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 25, bei der die abgeschrägten Oberflächen des Lagerelements (7a) eine konkave Form haben und die abgeschrägten Oberflächen der Zahnstange (28a) eine konvexe Form haben.
Zahnstangenlenkvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der das Drehelement ein Kugellager (5) ist, das einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring und Kugeln aufweist, die drehbar zwischen den inneren und äußeren Laufringen angeordnet sind.