DE102010012743A1 - Steering gear for passenger motor car, has rack gears comprise wavy rolling curve whose wave crest is engaged with portion of rolling curve in center position of steering that is small distance to center of rotation of steering pinion - Google Patents

Steering gear for passenger motor car, has rack gears comprise wavy rolling curve whose wave crest is engaged with portion of rolling curve in center position of steering that is small distance to center of rotation of steering pinion Download PDF

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Abstract

The gear (1) has rack gears (3) translatory movable in a longitudinal direction and a steering pinion (4) rotatable around center of rotation (Z). The steering pinion comprises a free-form whose rolling curve exhibits pinion with angle-dependent and variable distance from the center of rotation. The rack gears comprise a wavy rolling curve (5) such that a wave crest of the rolling curve is engaged with a portion of rolling curve of the pinion in a center position of the steering that is small distance to the center of rotation of the pinion. An independent claim is also included for a method for manufacturing a steering pinion of a steering gear.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lenkgetriebe mit variabler Lenkübersetzung, umfassend eine Zahnstange, die in Längsrichtung translatorisch bewegbar ist, und ein Lenkungsritzel, das um eine Drehzentrum drehbar ist, wobei das Lenkungsritzel und die Zahnstange miteinander in Eingriff stehen, so dass eine Drehung des Lenkungsritzels mit einem Axialhub der Zahnstange korrespondiert.The invention relates to a steering gear with variable steering ratio, comprising a rack which is translationally movable in the longitudinal direction, and a steering pinion which is rotatable about a center of rotation, wherein the steering pinion and the rack engage each other, so that a rotation of the steering pinion corresponds to an axial stroke of the rack.

Variable Lenkübersetzungen werden in Lenkgetrieben von Kraftfahrzeugen derzeit entweder durch eine Profilverschiebung in der Zahnstange oder durch einen elektronisch geregelten Stellmotor realisiert. Über eine Profilverschiebung lässt sich die Lenkübersetzung jedoch nur in einem begrenzten Bereich variieren. Eine Variation der Lenkübersetzung mithilfe eines elektronisch angesteuerten Stellmotors ist hingegen aufwändig und teuer.Variable steering ratios are currently realized in steering gears of motor vehicles either by a profile shift in the rack or by an electronically controlled servomotor. Over a profile shift, the steering ratio can vary only in a limited range. A variation of the steering ratio using an electronically controlled servomotor, however, is complicated and expensive.

Weiterhin sind aus der DE 1 146 769 A , der EP 0 131 674 A1 und der JP 2006137256 A Lenkgetriebe der eingangs genannten Art bekannt, bei denen zur Variation der Lenkübersetzung ein Lenkungsritzel mit kreisförmiger Wälzkurve exzentrisch gelagert ist. Die Gestaltungsmöglichkeiten hinsichtlich des Verlaufs der Lenkübersetzung in Abhängigkeit vom Lenkradwinkel sind hierbei jedocheingeschränkt. In der JP 07132837 A wird zur Variation der Lenkübersetzung ein elliptisches Lenkungsritzel beschrieben, wobei der maximale Drehwinkel des Lenkungsritzels aus der Mittelstellung der Lenkung beidseits 270° beträgt. Aus der WO 2006/079492 A1 ist ferner ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art bekannt, bei dem eine achssymmetrischen Wälzkurve eines Lenkungsritzels zumindest abschnittsweise als Spirale ausgebildet, so dass dieses mit einer geradlinig ausgebildeten Zahnstange kämmt. Der maximale Drehwinkel des Lenkungsritzels aus der Mittelstellung ist hierbei jedoch auf 180° beschränkt, so dass für das Drehen des Lenkrads von Anschlag zu Anschlag lediglich eine Vollumdrehung zur Verfügung steht. Die ist zumindest für Personenkraftfahrzeuge ungebräuchlich und erfordert eine hohe Lenkunterstützung.Furthermore, from the DE 1 146 769 A , of the EP 0 131 674 A1 and the JP 2006137256 A Steering gear of the type mentioned above, in which a steering pinion with a circular pitch curve is mounted eccentrically to vary the steering ratio. However, the design options with regard to the course of the steering ratio as a function of the steering wheel angle are limited. In the JP 07132837 A For the variation of the steering ratio an elliptical steering pinion is described, wherein the maximum angle of rotation of the steering pinion from the central position of the steering on both sides is 270 °. From the WO 2006/079492 A1 Further, a steering gear of the aforementioned type is known in which an axisymmetric Wälzkurve a steering pinion formed at least in sections as a spiral, so that it meshes with a rectilinear rack. However, the maximum angle of rotation of the steering pinion from the center position is limited to 180 °, so that only one full turn is available for turning the steering wheel from stop to stop. This is at least uncommon for passenger cars and requires a high steering assistance.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Lenkgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei einfachem konstruktiven Aufbau, günstigen Fertigungseigenschaften und einem großen Drehwinkel eine große Spreizung der Kennung, das heißt eine hohe Variabilität der Übersetzung ermöglicht.Against this background, the invention is based on the object to provide a steering gear of the type mentioned, which with a simple structural design, low production properties and a large rotation angle, a large spread of the identifier, that is, a high variability of the translation allows.

Diese Aufgabe wird durch ein Lenkgetriebe gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Lenkgetriebe umfasst eine Zahnstange, die in Längsrichtung translatorisch bewegbar ist, und ein Lenkungsritzel, das um eine Drehzentrum drehbar ist, wobei das Lenkungsritzel und die Zahnstange miteinander in Eingriff stehen, so dass eine Drehung des Lenkungsritzels mit einem Axialhub der Zahnstange korrespondiert. Es zeichnet sich dadurch aus, dass das Lenkungsritzel eine Freiform aufweist, deren Wälzkurve einen vom Ritzelwinkel abhängigen, veränderlichen Abstand zum Drehzentrum aufweist, und die Zahnstange eine wellenförmige Wälzkurve aufweist, wobei in einer Mittelstellung der Lenkung ein Wellenberg der Wälzkurve der Zahnstange sich in Eingriff mit einem Abschnitt der Wälzkurve des Ritzels befindet, welcher den kleinsten Abstand zum Drehzentrum des Lenkungsritzels aufweist.This object is achieved by a steering gear according to claim 1. The steering gear according to the invention comprises a rack, which is translationally movable in the longitudinal direction, and a steering pinion which is rotatable about a center of rotation, wherein the steering pinion and the rack engage each other, so that a rotation of the steering pinion corresponds to an axial stroke of the rack. It is characterized in that the steering pinion has a freeform whose Wälzkurve has a dependent on the pinion angle, variable distance to the center of rotation, and the rack has a wave-shaped Wälzkurve, wherein in a center position of the steering shaft of the Wälzkurve the rack is engaged a portion of the pitch curve of the pinion, which has the smallest distance to the center of rotation of the steering pinion.

Diese erfindungsgemäße Lösung ermöglicht bei einfachem und kostengünstigem Aufbau eine größere Spreizung der Kennung, so dass im Vergleich zu einer Profilverschiebung eine größere Variation der Lenkübersetzung erzielt werden kann. Über die Wellenform der Wälzkurve der Zahnstange lässt sich ein gewünschter Axialhub in Abhängigkeit des Ritzelwinkels und damit die Lenkübersetzung in Abhängigkeit des Lenkradwinkels sehr flexibel einstellen.This solution according to the invention allows for a simple and inexpensive construction, a greater spread of the identifier, so that in comparison to a profile shift, a greater variation of the steering ratio can be achieved. About the waveform of the pitch curve of the rack can be a very flexible set a desired axial stroke as a function of the pinion angle and thus the steering ratio as a function of the steering wheel angle.

Dabei sind für das Lenkungsritzel aus der Mittelstellung der Lenkung beidseits Drehwinkel bis zu 360° problemlos möglich.In this case, the steering pinion from the middle position of the steering on both sides of rotation angle up to 360 ° without any problems.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bildet die Zahnstange Zähne mit konstanter Geometrie und konstantem Abstand auf der Wälzkurve aus, während die Zahnform am Ritzel durch die Verzahnung der Zahnstange festgelegt ist. Dies vereinfacht. die Herstellung der Zahnstange. Die Variation der Lenkübersetzung resultiert hierbei aus der Form der Wälzkurve der Zahnstange.According to an advantageous embodiment of the invention, the rack forms teeth with constant geometry and constant distance on the Wälzkurve, while the tooth shape is fixed to the pinion by the teeth of the rack. This is simplified. the production of the rack. The variation of the steering ratio results from the shape of the rolling curve of the rack.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung schließt eine durch das Drehzentrum des Lenkungsritzels verlaufende Achse, um welche das Lenkungsritzel drehbar ist, mit der Längsrichtung der Zahnstange einen Winkel ungleich 90 Grad ein. Dabei sind vergleichsweise große Achskreuzungswinkel bis zu 30° möglich.In a further advantageous embodiment of the invention, an axis passing through the center of rotation of the steering pinion, about which the steering pinion is rotatable, encloses an angle other than 90 degrees with the longitudinal direction of the rack. In this case, comparatively large axis crossing angles of up to 30 ° are possible.

Vorzugsweise ist das Lenkungsritzel geradverzahnt, wohingegen die Zahnstange schrägverzahnt ist. Der Schrägungswinkel der Verzahnung der Zahnstange liegt dabei im Bereich von 5 bis 30 Grad bezogen auf die Querrichtung zur Langsachse der Zahnstange.Preferably, the steering pinion is straight teeth, whereas the rack is helically toothed. The helix angle of the toothing of the rack is in the range of 5 to 30 degrees with respect to the transverse direction to the longitudinal axis of the rack.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Wälzkurve des Lenkungsritzels von einem Ritzelwinkel von 0° in der Mittelstellung der Lenkung bis zu einem Ritzelwinkel von 180° derart ausgebildet ist, dass der Abstand zum Drehzentrum zunimmt. Hierdurch lässt sich eine progressive Kennung der Getriebeübersetzung erzielen. Zu größeren Ritzelwinkeln hin nimmt der Axialhub überproportional, vorzugsweise progressiv zu, das heißt die Lenkung wird zu größeren Lenkradwinkeln hin direkter.According to a further advantageous embodiment of the invention, the rolling curve of the steering pinion is formed by a pinion angle of 0 ° in the middle position of the steering up to a pinion angle of 180 ° such that the distance to the center of rotation increases. This makes it possible to achieve a progressive identification of the transmission ratio. For larger pinion angles, the axial stroke increases disproportionately, preferably progressively too, that is the steering becomes more direct to larger steering wheel angles.

Der Betriebsbereich der Wälzkurve der Zahnstange ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass beidseits des Wellenbergs jeweils ein Wellental anschließt, das seinerseits im weiteren Verlauf wieder zu einem Wellenberg ansteigt. Hierdurch ist es möglich, dass die Zahnstange jeweils bis zu einer vollen Umdrehung des Lenkungsritzels aus dessen Mittelstellung mit dem Lenkungsritzel kämmen kann.The operating range of the rolling curve of the rack is preferably designed such that on both sides of the wave crest in each case followed by a wave trough, which in turn increases in the course again to a wave crest. This makes it possible that the rack can each comb up to a full turn of the steering pinion from its center position with the steering pinion.

Vorzugsweise beträgt der maximale Betriebsdrehwinkel des Lenkungsritzels aus der Mittelstellung der Lenkung in beide Richtungen jeweils mindestens 280°.Preferably, the maximum operating angle of the steering pinion from the center position of the steering in both directions is at least 280 °.

Das Lenkungsritzel des vorstehend erläuterten Lenkgetriebes lässt sich verhältnismäßig einfach fertigen, da die Zahnstange entlang ihrer Wälzkurve eine konstante Verzahnung aufweist. Die Verzahnung der Zahnstange wird dazu beispielsweise auf einen Formfräser übertragen. Mit einem solchen Formfräser kann dann die Verzahnung des Lenkungsritzels durch Zeilenfräsen erzeugt werden, indem sukzessive die einzelnen Zähne des Lenkungsritzels gefräst werden.The steering pinion of the above-described steering gear can be relatively easily finished, since the rack along its Wälzkurve has a constant toothing. The toothing of the rack is for example transmitted to a form cutter. With such a form milling cutter, the teeth of the steering pinion can then be generated by line milling by successively milling the individual teeth of the steering pinion.

Insbesondere kann die Verzahnung des Lenkungsritzels sehr effizient in einem Arbeitsgang mit dem Formfräser, hergestellt werden, wobei der Formfräser und das Lenkungsritzel, vorzugsweise kontinuierlich, mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit zueinander bewegt werden.In particular, the teeth of the steering pinion can be very efficiently produced in one operation with the form cutter, wherein the form cutter and the steering pinion, preferably continuously, are moved to each other at a predetermined speed.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. The drawing shows in:

1 eine Ansicht eines Lenkgetriebes nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das im Bereich der Verzahnung des Lenkungsritzels mit der Zahnstange freigeschnitten ist, 1 1 is a view of a steering gear according to an embodiment of the invention, which is cut free in the region of the toothing of the steering pinion with the rack,

2 eine Ansicht von oben auf die Zahnstange mit in Eingriff befindlichem Lenkungsritzel in einer Mittelstellung der Lenkung, 2 a top view of the rack with engaged steering pinion in a middle position of the steering,

3 eine Seitenansicht der Zahnstange mit in Eingriff befindlichem Lenkungsritzel, 3 a side view of the rack with engaged steering pinion,

4 einen Längsschnitt durch die Zahnstange und das Lenkungsritzel, 4 a longitudinal section through the rack and the steering pinion,

5 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Axialhubs der Zahnstange in Abhängigkeit des Ritzelwinkels, 5 a diagram illustrating the Axialhubs the rack in dependence of the pinion angle,

6 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Herstellung des Lenkungsritzels durch Zeilenfräsen, und in 6 a representation for illustrating the production of the steering pinion by line milling, and in

7 eine Darstellung zur Verenschaulichung der Herstellung des Lenkungsritzels durch Wälzfräsen. 7 a representation to illustrate the production of the steering pinion by hobbing.

1 zeigt ein Lenkgetriebe 1 eines nicht näher dargestellten Kraftfahrzeugs, insbesondere Personenkraftfahrzeugs. Innerhalb eines Lenkgetriebegehäuses 2 ist eine Zahnstange 3 axial bewegbar gelagert. Die Zahnstange 3 ist an ihren Enden mit Spurstangen gekoppelt, welche zu lenkbaren gelagerten Fahrzeugrädern führen. Das Lenkgetriebe 1 umfasst weiterhin ein Lenkungsritzel 4, das mit einem Verzahnungsabschnitt der Zahnstange 3 kämmt. Das Lenkungsritzel 4 ist über eine nicht näher dargestellte Lenksäule mit einem Lenkrad gekoppelt und um ein Drehzentrum Z drehbar. Das Lenkungsritzel 4 ist dabei an einer Eingangswelle des Lenkgetriebes 1 ausgebildet oder befestigt, welche mit der Lenksäule gekoppelt ist oder einen unteren Abschnitt derselben darstellt. Aufgrund des Verzahnungseingriffs zwischen der Zahnstange 3 und dem Lenkungsritzel 4 steht eine Drehung des Lenkungsritzels 4 in festem Zusammenhang mit einem Axialhub der Zahnstange 3. 1 shows a steering gear 1 a motor vehicle, not shown in detail, in particular passenger car. Inside a steering gear housing 2 is a rack 3 mounted axially movable. The rack 3 is coupled at its ends with tie rods, which lead to steerable stored vehicle wheels. The steering gear 1 further includes a steering pinion 4 that with a toothing section of the rack 3 combs. The steering pinion 4 is coupled via a steering column not shown with a steering wheel and rotatable about a center of rotation Z. The steering pinion 4 is on an input shaft of the steering gear 1 formed or fixed, which is coupled to the steering column or a lower portion of the same represents. Due to the meshing engagement between the rack 3 and the steering pinion 4 is a rotation of the steering pinion 4 in connection with an axial stroke of the rack 3 ,

Die Verzahnungsgeometrie der Zahnstange 3 und des Lenkungsritzels 4 ist in den 2 bis 4 näher dargestellt. In 4 sind zusätzlich die Wälzkurve 5 der Zahnstange 3 sowie die Wälzkurve 6 des Lenkungsritzels 4 eingezeichnet. Wie 4 weiter entnommen werden kann, ist die Wälzkurve 5 der Zahnstange 3 wellenförmig ausgebildet, wobei sich im Bereich der Mittelstellung der Lenkung ein Wellenberg 7 befindet. An diesen mittigen Wellenberg 7 schließt beidseits jeweils ein Wellental 8 an, dass im weiteren Verlauf wieder zu einem Wellenberg 9 ansteigt. Die Verzahnung der Zahnstange 3 ist dabei derart ausgebildet, dass alle Zähne die gleiche Geometrie und den gleichen Abstand auf der Wälzkurve 5 aufweisen. Jeder Zahn 10 ist dazu rechtwinklig zur entsprechenden Tangente der Wälzkurve 5 ausgerichtet.The gear geometry of the rack 3 and the steering pinion 4 is in the 2 to 4 shown in more detail. In 4 are additionally the Wälzkurve 5 the rack 3 as well as the rolling curve 6 of the steering pinion 4 located. As 4 can be taken further, is the Wälzkurve 5 the rack 3 Wavy, which forms a wave crest in the region of the center position of the steering 7 located. At this central wave mountain 7 closes on both sides in each case a wave trough 8th at that later in the course again to a wave mountain 9 increases. The toothing of the rack 3 is designed such that all teeth the same geometry and the same distance on the Wälzkurve 5 exhibit. Every tooth 10 is at right angles to the corresponding tangent of the rolling curve 5 aligned.

Im Gegensatz zu der Verzahnung der Zahnstange 3 weist die Verzahnung des Lenkungsritzels 4 nicht notwendigerweise gleichartige Zähne 11 auf. Vielmehr ergibt sich die Zahnform am Ritzel für jeden Zahn 11 individuell aus der Verzahnung mit der Zahnstange 3. In der Regel werden die Zahnform sowie die Abstände zwischen den Zähnen 11 variieren. Die Zahnform am Ritzel 4 ist durch die Verzahnung der Zahnstange 3 festgelegt bzw. von dieser abgeleitet. Das Lenkungsritzel 4 bzw. dessen Wälzkurve 6 weist dementsprechend eine Freiform auf, worunter vorliegend eine nicht-runde, nicht-elliptische Form verstanden wird.In contrast to the toothing of the rack 3 has the teeth of the steering pinion 4 not necessarily similar teeth 11 on. Rather, the tooth shape on the pinion results for each tooth 11 individually from the teeth with the rack 3 , As a rule, the tooth shape and the distances between the teeth 11 vary. The tooth form on the pinion 4 is due to the toothing of the rack 3 determined or derived from this. The steering pinion 4 or its rolling curve 6 has accordingly a free form, which in the present case is understood to mean a non-round, non-elliptical shape.

Die Wellenform der Wälzkurve 5 der Zahnstange 3 bedingt aufgrund der räumlichen Festlegung des Drehzentrums Z bzw. der Drehachse des Lenkungsritzels 4 eine Wälzkurve 6 am Lenkungsritzel 4, die einen vom Ritzelwinkel abhängigen, veränderlichen Abstand zum Drehzentrum Z aufweist. The waveform of the rolling curve 5 the rack 3 due to the spatial definition of the center of rotation Z or the axis of rotation of the steering pinion 4 a rolling curve 6 on the steering pinion 4 , which has a dependent on the pinion angle, variable distance to the center of rotation Z.

In der dargestellten Mittelstellung der Lenkung befindet sich der mittige Wellenberg 7 der Wälzkurve 5 der Zahnstange 3 in Eingriff mit einem Abschnitt der Wälzkurve 6 des Lenkungsritzels 4, der den kleinsten Abstand zum Drehzentrum Z des Lenkungsritzels 4 aufweist. Wird das Lenkungsritzel um 180° in die eine oder andere Richtung gedreht, gelangt es in Eingriff mit einem der Wellentäler 8. Bei einem Weiterdrehen um erneut 180° steht der vorgenannte Abschnitt der Wälzkurve 6 mit kleinstem Abstand zum Drehzentrum Z in Eingriff mit einem der äußeren Wellenberge 9.In the illustrated middle position of the steering is the central wave crest 7 the rolling curve 5 the rack 3 in engagement with a portion of the Wälzkurve 6 of the steering pinion 4 , which is the smallest distance to the center of rotation Z of the steering pinion 4 having. If the steering pinion is rotated by 180 ° in one direction or the other, it comes into engagement with one of the troughs 8th , When turning again by 180 ° is the aforementioned section of the rolling curve 6 with the smallest distance to the center of rotation Z in engagement with one of the outer peaks 9 ,

Durch ein Verdrehen des Lenkungsritzels 4 wird die Zahnstange 3 gemäß der in 5 dargestellten Kennlinie a axial verschoben. Die Kennlinie a repräsentiert dabei den Verlauf des Axialhubs der Zahnstange 3 in Abhängigkeit des auf die Mittelstellung bezogenen Ritzelwinkels. Wie 4 entnommen werden kann, nimmt der Radius R der Wälzkurve 6 des Lenkungsritzels 4 bis zu einem Ritzelwinkel von 180° so zu, dass der in 5 für diesen Winkelbereich dargestellte progressive Verlauf erzielt wird. Ab einem Ritzelwinkel von 180° ist die Zahngeometrie des Lenkungsritzels 4 über die durch das Drehzentrum Z verlaufende Spiegelebene SE gespiegelt. Die Wälzkurve 6 des Lenkungsritzels 4 ist folglich achssymmetrisch. Das in 5 dargestellte Maß A, welches den Abstand zwischen einem Punkt auf der Wälzkurve 5 der Zahnstange 3 und einer durch das Drehzentrum Z des Lenkungsritzels 4 verlaufenden Parallele der Längsachse W der Zahnstange 3 darstellt, kennzeichnet das lokale Übersetzungsverhältnis für den jeweiligen Punkt auf der Wälzkurve 5 der Zahnstange 3. Es resultiert gewissermaßen durch Abwälzen des Radius R der Wälzkurve 6 des Lenkungsritzels 4 auf der Zahnstange 3 bei konstantem Achseabstand zwischen dem Drehzentrum Z des Lenkungsritzels 4 und der Längsachse der Zahnstange 3.By turning the steering pinion 4 becomes the rack 3 according to the in 5 shown characteristic shifted axially. The characteristic curve a represents the course of the axial stroke of the rack 3 depending on the center position related pinion angle. As 4 can be taken, the radius R takes the Wälzkurve 6 of the steering pinion 4 up to a pinion angle of 180 ° so that the in 5 For this angular range shown progressive course is achieved. From a pinion angle of 180 ° is the tooth geometry of the steering pinion 4 mirrored over the passing through the center of rotation Z mirror plane SE. The rolling curve 6 of the steering pinion 4 is therefore axisymmetric. This in 5 shown measure A, which is the distance between a point on the Wälzkurve 5 the rack 3 and one through the center of rotation Z of the steering pinion 4 extending parallel to the longitudinal axis W of the rack 3 represents the local gear ratio for the particular point on the Wälzkurve 5 the rack 3 , It results in a sense by rolling the radius R of the rolling curve 6 of the steering pinion 4 on the rack 3 at a constant center distance between the center of rotation Z of the steering pinion 4 and the longitudinal axis of the rack 3 ,

Die dargestellte Verzahnungsstruktur ermöglicht es, das Lenkungsritzel 4 aus der Mittelstellung beidseits bis zu einer vollen Umdrehung von 360° zu drehen, wodurch nach Überschreiten eines Ritzelwinkels von 180° das Lenkungsritzel 4 mit zu den äußeren Wellenbergen 9 wieder ansteigenden Abschnitten der Wälzkurve 6 der Zahnstange 3 in Eingriff gelangt. Wie 5 zeigt, nimmt der Anstieg der Kurve a in diesen Winkelbereich weniger stark zu. Gleichwohl zeigt der Kennlinienverlauf insgesamt einen überproportionalen Anstieg des Axialhubs der Zahnstange 3. In 5 ist zum Vergleich eine Kennlinie b mit einem proportionalen Anstieg und somit konstanter Übersetzung eingezeichnet. Ein Vergleich der beiden Kurven a und b zeigt, dass der Verlauf der Kennlinie a stets links, das heißt bei kleineren Ritzelwinkeln bleibt, als der Verlauf der Kennlinie b, wobei in einem kleinen Winkelbereich um die Nullstellung beide Kennlinien nahezu zusammenfallen. Praktisch bedeutet dies, dass die erfindungsgemäße Lenkung zu größeren Ritzelwinkeln hin, welche mit entsprechend größeren Lenkradwinkeln korrespondieren, direkter wird, so dass der Fahrer im Vergleich zur Kennlinie b einen weniger starken Lenkradeinschlag aufbringen muss, um den gleichen Radeinschlag zu bewirken.The illustrated tooth structure allows the steering pinion 4 to turn from the center position on both sides to a full rotation of 360 °, whereby after exceeding a pinion angle of 180 °, the steering pinion 4 with to the outer wave mountains 9 again rising sections of the rolling curve 6 the rack 3 engaged. As 5 shows, the increase of the curve a in this angular range increases less. Nevertheless, the characteristic curve overall shows a disproportionate increase in the axial stroke of the rack 3 , In 5 For comparison, a characteristic b is shown with a proportional increase and thus constant translation. A comparison of the two curves a and b shows that the course of the characteristic a always left, that is remains at smaller pinion angles, as the course of the curve b, wherein coincide in a small angular range around the zero position both characteristics almost. In practical terms, this means that the steering according to the invention becomes more direct to larger pinion angles, which correspond to correspondingly larger steering wheel angles, so that the driver must apply a less steep steering wheel angle compared to the characteristic curve b in order to effect the same wheel deflection.

Prinzipiell können die Zahnstange 3 und das Lenkungsritzel 4 so angeordnet werden, dass deren Achsen sich im rechten Winkel schneiden. Die erfindungsgemäße Verzahnungsstruktur gestattet jedoch Achskreuzungswinkel α bis 30° Grad, wobei vorliegend unter dem Achskreuzungswinkel α der Winkel zwischen der Drehachse X des Lenkungsritzels 4 und der Querrichtung Y zur Längsachse der Zahnstange 3 verstanden wird, wie dies in 2 dargestellt ist. Hierdurch können Richtung und Lage der Eingangswelle sehr flexibel gewählt und die räumlichen Gegebenheiten angepasst werden.In principle, the rack can 3 and the steering pinion 4 be arranged so that their axes intersect at right angles. However, the tooth structure according to the invention allows Achskreuzungswinkel α to 30 ° degree, wherein present under the Achskreuzungswinkel α, the angle between the axis of rotation X of the steering pinion 4 and the transverse direction Y to the longitudinal axis of the rack 3 is understood, as in 2 is shown. As a result, the direction and position of the input shaft can be chosen very flexibly and the spatial conditions can be adjusted.

Wie den 2 und 3 weiter entnommen werden kann, weist das Lenkungsritzel 4 eine Geradverzahnung auf. Dementsprechend ist, sofern ein Achskreuzungswinkel α von ungleich Null vorgesehen ist, die Zahnstange 3 mit einer Schrägverzahnung versehen. Vorzugsweise liegt der Schrägungswinkel der Schrägverzahnung im Bereich von 0 bis 30°, weiterbevorzugt im Bereich von 5 bis 26°. Es ist jedoch auch denkbar, an der Zahnstange 3 eine Geradverzahnung vorzusehen und das Lenkungsritzel 4 mit einer Schrägverzahnung auszubilden. Ferner ist es denkbar, sowohl die Zahnstange 3 als auch das Lenkungsritzel 4 mit einer Schrägverzahnung auszuführen.Like that 2 and 3 can be further removed, the steering pinion 4 a spur toothing on. Accordingly, provided that a non-zero axis crossing angle α is provided, the rack is 3 provided with a helical toothing. Preferably, the skew angle of the helical gearing is in the range of 0 to 30 °, more preferably in the range of 5 to 26 °. However, it is also conceivable on the rack 3 to provide a spur toothing and the steering pinion 4 form with a helical toothing. Furthermore, it is conceivable both the rack 3 as well as the steering pinion 4 to perform with a helical toothing.

Wie oben bereits angedeutet, wird die Verzahnung am Lenkungsritzel 4 aus der Verzahnung der Zahnstange 3 gewonnen. Hierzu wird zunächst der gewünschte Verlauf der Kennlinie a in 5 für den Bereich von 0 bis 180° vorgegeben. Aus einem festgelegten Abstand zwischen dem Drehzentrum Z des Lenkungsritzels 4 und der Längsachse der Zahnstange 3 werden dann die Wälzkurven 5 und 6 erzeugt. Auf der Wälzkurve 5 der Zahnstange 3 wird anschließend eine Verzahnungsgeometrie vorgegeben, beider alle Zähne 10 auf der Wälzkurve 5 den gleichen Abstand sowie tangential hierzu die gleiche Form aufweisen. Durch schrittweises Anfahren der Ritzelwinkel sowie der dazugehörigen Zahnstangenverschiebung wird die jeweilige Zahnstangenverzahnungsfläche in das Lenkungsritzel 4 kopiert. Die hierbei verbleibende Kontur stellt dann die Verzahnungsgeometrie des Lenkungsritzels 4 dar. In der Regel wird sich hierbei am Lenkungsritzel 4 eine nicht-konstante Form der Zähne 11 ergeben.As already indicated above, the teeth on the steering pinion 4 from the teeth of the rack 3 won. For this purpose, the desired course of the characteristic a in 5 specified for the range from 0 to 180 °. From a specified distance between the center of rotation Z of the steering pinion 4 and the longitudinal axis of the rack 3 then the rolling curves 5 and 6 generated. On the rolling curve 5 the rack 3 Subsequently, a tooth geometry is specified, both teeth 10 on the rolling curve 5 have the same distance and tangent to the same shape. By gradually approaching the pinion angle and the associated rack displacement, the respective rack toothing surface is in the steering pinion 4 copied. The remaining contour then represents the Gear geometry of the steering pinion 4 As a rule, this is the steering pinion 4 a non-constant shape of the teeth 11 result.

Die Herstellung eines solchen Lenkungsritzels 4 kann, wie in 6 angedeutet, durch Zeilenfräsen mit einem Formfräser 20 erfolgen. Der Formfräser 20 weist dabei die gleiche Kontur wie die Zahnstange 3 auf. Zur Herstellung der Verzahnung wird der Formfräser 20 in einem zum Ritzelwinkel korrespondierende Stellung gebracht und dann in einer linienförmigen Vorschubbewegung, wie durch Pfeile in 6 angedeutet, verfahren. Dieser Vorgang wird schrittweise für alle Ritzelwinkel über den Umfang des Lenkungsritzels 4 wiederholt. Mittels Zeilenfräsen können insbesondere auch Lenkungsritzel mit kleinem Durchmesser gut hergestellt werden.The production of such a steering pinion 4 can, as in 6 indicated by line milling with a form cutter 20 respectively. The form cutter 20 has the same contour as the rack 3 on. For the preparation of the teeth of the form cutter 20 placed in a position corresponding to the pinion angle and then in a linear feed motion, as indicated by arrows in 6 indicated, proceed. This process will be gradual for all pinion angles over the circumference of the steering pinion 4 repeated. By means of line milling in particular small diameter steering pinions can be made well.

Alternativ kann, wie in 7 angedeutet, das Lenkungsritzel 4 auch durch Wälzfräsen hergestellt werden. Dabei kommt ein Walzenfräser 21 zum Einsatz, auf den die Verzahnung der Zahnstange 3 derart übertragen ist, dass dieser in Umfangsrichtung eine Vielzahl aufeinanderfolgender Schneidrippen 22 aufweist, die in mehreren Windungen schraubenförmig angeordnet sind. Beim eigentlichen Fräsvorgang drehen das Lenkungsritzel 4 und der Walzenfräser mit gleicher Winkelgeschwindigkeit. Die Drehachse P des Walzenfräsers 21 verläuft dabei im Wesentlichen quer zur Drehachse Q des Lenkungsritzels 4. Die Verzahnung des Lenkungsritzels 4 wird hierbei in einem Arbeitsgang mit dem Walzenfräser 21 hergestellt.Alternatively, as in 7 indicated, the steering pinion 4 also be produced by hobbing. Here comes a mill cutter 21 used on the teeth of the rack 3 is transferred so that this in the circumferential direction a plurality of successive cutting ribs 22 has, which are arranged helically in several turns. During the actual milling process turn the steering pinion 4 and the milling cutter with the same angular velocity. The axis of rotation P of the milling cutter 21 runs essentially transversely to the axis of rotation Q of the steering pinion 4 , The teeth of the steering pinion 4 This is done in one operation with the roller cutter 21 produced.

Das vorstehend erläuterte Lenkgetriebe ermöglicht auf einfache Art und Weise eine Variation der Lenkübersetzung.The above-explained steering gear allows a simple way a variation of the steering ratio.

Im Vergleich zu Verzahnungsformen, bei denen eine Variation der Lenkübersetzung durch eine veränderliche Profilverschiebung erzielt wird, wird mit der erfindungsgemäßen Lösung eine größere Spreizung der Kennung, insbesondere ein größerer Unterschied zwischen kleinster und größter Übersetzung ermöglicht.In comparison to gear forms in which a variation of the steering ratio is achieved by a variable profile shift, with the solution according to the invention a greater spread of the identifier, in particular a larger difference between smallest and largest translation possible.

Über die Wellenform der Wälzkurve der Zahnstange lässt sich ein gewünschter Axialhub in Abhängigkeit des Ritzelwinkels und damit die Lenkübersetzung in Abhängigkeit des Lenkradwinkels sehr flexibel einstellen.About the waveform of the pitch curve of the rack can be a very flexible set a desired axial stroke as a function of the pinion angle and thus the steering ratio as a function of the steering wheel angle.

Dabei sind für das Lenkungsritzel aus der Mittelstellung der Lenkung beidseits Drehwinkel bis zu 360° problemlos möglich.In this case, the steering pinion from the middle position of the steering on both sides of rotation angle up to 360 ° without any problems.

Durch eine auf der Wälzkurve der Zahnstange konstante Zahnform sowie durch einen konstanten Abstand der entsprechenden Zähne bleibt die Herstellung der Zahnstange verhältnismäßig einfach. Die Variation der Lenkübersetzung resultiert aus der Form der Wälzkurve der Zahnstange, während die Verzahnung des Lenkungsritzels durch die Verzahnung der Zahnstange vorgegeben ist. Ein solches Lenkungsritzel kann durch Zeilenfräsen oder Wälzfräsen in einem Arbeitsgang effizient hergestellt werden.By a constant on the Wälzkurve the rack tooth shape and by a constant distance of the corresponding teeth, the production of the rack remains relatively simple. The variation of the steering ratio results from the shape of the rolling curve of the rack, while the teeth of the steering pinion is determined by the teeth of the rack. Such a steering pinion can be efficiently manufactured by row milling or hobbing in one operation.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie verschiedener Abwandlungen näher erläutert. Dabei ist es möglich, Merkmale unterschiedlicher Ausführungsvarianten miteinander zu kombinieren, auch wenn dies nicht explizit beschrieben ist. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.The invention has been explained in detail above with reference to an embodiment and various modifications. It is possible to combine features of different embodiments with each other, even if this is not explicitly described. However, the invention is not limited to the illustrated embodiments and modifications, but includes all embodiments defined by the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Lenkgetriebesteering gear
22
LenkgetriebegehäuseSteering gear housing
33
Zahnstangerack
44
Lenkungsritzelsteering gear
55
Wälzkurve der ZahnstangeRolling curve of the rack
66
Wälzkurve des LenkungsritzelsRolling curve of the steering pinion
77
mittiger Wellenbergcentral wave mountain
88th
Wellentaltrough
99
äußerer Wellenbergouter wave mountain
1010
Zahntooth
1111
Zahntooth
2020
Zeilenfräserline cutter
2121
Walzenfräserrolling mills
2222
Schneidrippecutting rib
AA
Abstanddistance
RR
Radiusradius
SBSB
Symmetrieachseaxis of symmetry
PP
Drehachse des WalzenfräsersRotary axis of the milling cutter
QQ
Drehachse des Lenkungsritzels beim FräsenRotary axis of the steering pinion during milling
XX
Drehachse des LenkungsritzelsRotary axis of the steering pinion
YY
Querachse der ZahnstangeTransverse axis of the rack
ZZ
Drehzentrum des LenkungsritzelsCenter of rotation of the steering pinion
αα
AchskreuzungswinkelAchskreuzungswinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 1146769 A [0003] DE 1146769A [0003]
  • EP 0131674 A1 [0003] EP 0131674 A1 [0003]
  • JP 2006137256 A [0003] JP 2006137256 A [0003]
  • JP 07132837 A [0003] JP 07132837 A [0003]
  • WO 2006/079492 A1 [0003] WO 2006/079492 A1 [0003]

Claims (10)

Lenkgetriebe mit variabler Lenkübersetzung, umfassend: eine Zahnstange (3), die in Längsrichtung translatorisch bewegbar ist, und ein Lenkungsritzel (4), das um ein Drehzentrum (Z) drehbar ist, wobei die Zahnstange (3) und das Lenkungsritzel (4) miteinander in Eingriff stehen, so dass eine Drehung des Lenkungsritzels (4) mit einem Axialhub der Zahnstange (3) korrespondiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkungsritzel (4) eine Freiform aufweist, deren Wälzkurve (6) einen vom Ritzelwinkel abhängigen, veränderlichen Abstand zum Drehzentrum (Z) aufweist, und die Zahnstange (3) eine wellenförmige Wälzkurve (5) aufweist, wobei in einer Mittelstellung der Lenkung ein Wellenberg (7) der Wälzkurve (5) der Zahnstange (3) sich in Eingriff mit einem Abschnitt der Wälzkurve (6) des Lenkungsritzels (4) befindet, welcher den kleinsten Abstand zum Drehzentrum (Z) des Lenkungsritzels (4) aufweist.Steering box with variable steering ratio, comprising: a rack ( 3 ), which is translationally movable in the longitudinal direction, and a steering pinion ( 4 ) which is rotatable about a center of rotation (Z), wherein the rack ( 3 ) and the steering pinion ( 4 ) are engaged with each other, so that a rotation of the steering pinion ( 4 ) with an axial stroke of the rack ( 3 ) corresponds, characterized in that the steering pinion ( 4 ) has a free form whose rolling curve ( 6 ) has a dependent on the pinion angle, variable distance to the center of rotation (Z), and the rack ( 3 ) a wave-shaped rolling curve ( 5 ), wherein in a middle position of the steering a wave crest ( 7 ) of the rolling curve ( 5 ) of the rack ( 3 ) engage a portion of the pitch curve ( 6 ) of the steering pinion ( 4 ), which is the smallest distance to the center of rotation (Z) of the steering pinion ( 4 ) having. Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (3) Zähne (10) mit konstanter Geometrie und konstantem Abstand auf der Wälzkurve (5) ausbildet und die Zahnform am Lenkungsritzel (4) aus der Verzahnung der Zahnstange (3) abgeleitet ist.Steering gear according to claim 1, characterized in that the rack ( 3 ) Teeth ( 10 ) with constant geometry and constant distance on the rolling curve ( 5 ) and the tooth shape on the steering pinion ( 4 ) from the toothing of the rack ( 3 ) is derived. Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine durch das Drehzentrum (Z) des Lenkungsritzels (4) verlaufende Achse, um welche das Lenkungsritzel (4) drehbar ist, mit der Längsrichtung (W) der Zahnstange (3) einen Winkel ungleich 90 Grad einschließt.Steering gear according to claim 1 or 2, characterized in that a through the center of rotation (Z) of the steering pinion ( 4 ) extending axis about which the steering pinion ( 4 ) is rotatable with the longitudinal direction (W) of the rack ( 3 ) includes an angle other than 90 degrees. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkungsritzel (4) geradverzahnt ist, die Zahnstange (3) hingegen schrägverzahnt ist, wobei der Schrägungswinkel im Bereich von 5 bis 26 Grad liegt.Steering gear according to one of claims 1 to 3, characterized in that the steering pinion ( 4 ) is straight-toothed, the rack ( 3 on the other hand is helical, with the helix angle in the range of 5 to 26 degrees. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkurve (6) des Lenkungsritzels (4) von einem Ritzelwinkel von 0° in der Mittelstellung der Lenkung bis zu einem Ritzelwinkel von 180° derart ausgebildet ist, dass der Abstand zum Drehzentrum (Z) zunimmt.Steering gear according to one of claims 1 to 4, characterized in that the Wälzkurve ( 6 ) of the steering pinion ( 4 ) is formed from a pinion angle of 0 ° in the center position of the steering to a pinion angle of 180 ° such that the distance to the center of rotation (Z) increases. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Betriebsbereich der Wälzkurve (6) der Zahnstange (3) derart ausgebildet ist, dass beidseits des Wellenbergs (7) jeweils ein Wellental (8) anschließt, das seinerseits im weiteren Verlauf wieder zu einem Wellenberg (9) ansteigt.Steering gear according to one of claims 1 to 5, characterized in that an operating range of the Wälzkurve ( 6 ) of the rack ( 3 ) is formed such that on both sides of the wave mountain ( 7 ) one wave trough ( 8th ), which in turn later in the course of a wave mountain ( 9 ) increases. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der maximale Betriebsdrehwinkel des Lenkungsritzels (4) aus der Mittelstellung der Lenkung in beide Richtungen jeweils mindestens 280 Grad, vorzugsweise mindestens 300 Grad beträgt.Steering gear according to one of claims 1 to 6, characterized in that the maximum operating angle of rotation of the steering pinion ( 4 ) from the central position of the steering in both directions is at least 280 degrees, preferably at least 300 degrees. Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Axialhub der Zahnstange (3) in Abhängigkeit des Ritzelwinkels bis zu einem Ritzelwinkel von 180° progressiv zunimmt.Steering gear according to one of claims 1 to 7, characterized in that the axial stroke of the rack ( 3 ) increases progressively as a function of the pinion angle up to a pinion angle of 180 °. Verfahren zur Herstellung eines Lenkungsritzels (4) eines Lenkgetriebes (1), dessen Zahnstange (3) eine entlang einer Wälzkurve (5) derselben konstante Verzahnung aufweist, wobei die Verzahnung der Zahnstange (3) auf einen Formfräser (20) übertragen ist und die Verzahnung des Lenkungsritzels (4) durch Zeilenfräsen mit dem Formfräser (20) erzeugt wird.Method for producing a steering pinion ( 4 ) of a steering gear ( 1 ) whose rack ( 3 ) one along a rolling curve ( 5 ) has the same constant toothing, wherein the toothing of the rack ( 3 ) on a form cutter ( 20 ) and the teeth of the steering pinion ( 4 ) by line milling with the form cutter ( 20 ) is produced. Verfahren zur Herstellung eines Lenkungsritzels (4) eines Lenkgetriebes (1), dessen Zahnstange (3) eine entlang einer Wälzkurve (5) derselben konstante Verzahnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung des Lenkungsritzels (4) in einem Arbeitsgang mit einem Walzenfräser (21) hergestellt wird.Method for producing a steering pinion ( 4 ) of a steering gear ( 1 ) whose rack ( 3 ) one along a rolling curve ( 5 ) has the same constant toothing, characterized in that the toothing of the steering pinion ( 4 ) in one operation with a roll mill ( 21 ) will be produced.
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