DE102010039605B4 - Slotted rack for reducing the spring rate - Google Patents
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Abstract
Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge aufweisend eine Zahnstange (1, 1', 1'', 1''') und ein Ritzel, wobei das Ritzel in die Verzahnung (2, 2', 2'', 2''') der Zahnstange (1, 1', 1'', 1''') unter Vorspannung eingreift, wobei sich unterhalb der Verzahnung (2, 2', 2'', 2''') ein freier Durchbruch (3, 3', 3'', 3''') mit einer zur Axialrichtung senkrechten Durchbruchsrichtung befindet, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchbruch (3, 3', 3'', 3''') frei ist und wenigstens eine der Verzahnung (2, 2', 2'', 2''') entsprechende Ausdehnung in Axialrichtung aufweist.Rack and pinion steering for motor vehicles comprising a rack (1, 1 ', 1' ', 1' '') and a pinion, wherein the pinion in the toothing (2, 2 ', 2' ', 2' '') of the rack (1 , 1 ', 1' ', 1' '') under bias, wherein below the toothing (2, 2 ', 2' ', 2' '') a free breakthrough (3, 3 ', 3' ', 3 '' ') with an opening direction perpendicular to the axial direction, characterized in that the opening (3, 3', 3 '', 3 '' ') is free and at least one of the teeth (2, 2', 2 '' , 2 '' ') has corresponding expansion in the axial direction.
Description
Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a rack and pinion steering for motor vehicles according to the preamble of
Bei einer Zahnstangenlenkung ist ein Ende einer Lenksäule, die mit Hilfe eines Lenkrads des Kraftfahrzeugs betätigt wird, mit einem Ritzel verbunden. Das Ritzel greift in eine Zahnstange, die gleitend in einem Lenkgehäuse eingebaut ist, ein. Die Drehbewegung des Lenkrads und somit die entsprechende Drehung des Ritzels, wird in eine entsprechende Translation der Zahnstange im Gehäuse umgesetzt. Die Zahnstange bewirkt ihrerseits die Ausrichtung wenigstens eines Rades des Kraftfahrzeugs. Da bei der Zahnstangenlenkung die Lenkstange mit ihrer Verzahnung nur von einer Seite peripher an dem Ritzel anliegt, ist es notwendig das Spiel zwischen der Verzahnung der Zahnstange und dem Ritzel einzustellen. Solche Einstelleinrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.In a rack and pinion steering one end of a steering column, which is actuated by means of a steering wheel of the motor vehicle, connected to a pinion. The pinion engages a rack which is slidably mounted in a steering box. The rotational movement of the steering wheel and thus the corresponding rotation of the pinion, is converted into a corresponding translation of the rack in the housing. The rack in turn causes the alignment of at least one wheel of the motor vehicle. Since in the rack and pinion steering the handlebar with its teeth abuts peripherally only from one side of the pinion, it is necessary to adjust the game between the teeth of the rack and the pinion. Such adjustment devices are known from the prior art.
Aus der Patentschrift
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Zahnstangenlenkung zu schaffen, bei der der Eingriff zwischen Zahnstange und Ritzel verbessert, insbesondere weitgehend automatisch, nachgestellt wird.It is an object of the present invention to provide a rack and pinion steering, in which the engagement between the rack and pinion improved, in particular largely automatically, is readjusted.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Zahnstangenlenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Erfindung zusätzlich.This object is achieved by a rack and pinion steering with the features of
Die vorliegende Erfindung stellt eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge bereit. Die Zahnstangenlenkung weist eine Zahnstange und ein Ritzel auf. Das Ritzel greift in die Verzahnung der Zahnstange ein. In der vorliegenden Erfindung macht man sich die Vorspannung zwischen Zahnstange und Ritzel zu Nutze. Unterhalb der Verzahnung befindet sich ein freier Durchbruch mit einer zur Axialrichtung der Zahnstange senkrechten Durchbruchsrichtung. Freier Durchbruch bedeutet hier, dass keine Mittel, wie zum Beispiel Schrauben oder Keile, in den Durchbruch eingebracht werden. Der erfindungsgemäß vorgesehene Durchbruch sorgt dafür, dass der die Verzahnung tragende Teil der Zahnstange im Vergleich zu einer Zahnstange ohne Durchbruch elastischer wird. Dadurch kann dessen elastische Nachgiebigkeit zum Ausgleich eines verschleißbedingten Abtrags am Ritzel oder der Verzahnung vorteilhaft genutzt werden, also verschleißbedingtes Spiel minimiert werden. Verschleißerscheinungen, Dickenschwankungen der Zahnstange und Rundlauftoleranzen des Ritzels werden erfindungsgemäß automatisch während des Betriebs ausgeglichen. Ferner kann auf einen Gleitstein inklusiver zugehöriger Komponenten sowie entsprechenden Fertigungs- und Montageprozessen verzichtet werden. Der Wegfall des Gleitsteins ist nicht nur aus Kostensicht vorteilhaft. Zudem entsteht durch den Gleitstein bei der Lenkbewegung Reibung, wodurch das Lenkgefühl für den Benutzer unnötig hart ist.The present invention provides a rack-and-pinion steering system for motor vehicles. The rack and pinion steering has a rack and a pinion. The pinion engages in the toothing of the rack. In the present invention, one makes use of the bias between the rack and pinion. Below the toothing is a free opening with a direction perpendicular to the axial direction of the rack breakthrough direction. Free breakthrough here means that no means, such as screws or wedges are introduced into the breakthrough. The breakthrough provided according to the invention ensures that the part of the toothed rack carrying the toothing becomes more elastic in comparison with a rack without a breakthrough. As a result, its elastic compliance can be used to compensate for a wear-related abrasion on the pinion or the toothing advantageous, so wear-related game are minimized. Wear phenomena, variations in thickness of the rack and concentricity tolerances of the pinion are automatically compensated according to the invention during operation. Furthermore, it is possible to dispense with a sliding block including associated components and corresponding production and assembly processes. The omission of the sliding block is not only advantageous from a cost point of view. In addition, caused by the sliding block in the steering movement friction, whereby the steering feel is unnecessarily hard for the user.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Durchbruch wenigstens eine der Verzahnung entsprechende Ausdehnung in Axialrichtung auf. Durch die Einbringung des Durchbruchs unterhalb der Verzahnung ist die Verzahnung nur an den Enden mit der eigentlichen Zahnstange verbunden. Die Federrate der Zahnstange wird durch diesen Aufbau reduziert. Dies ermöglicht es, den Verzahnungsbereich der Zahnstange als federndes Element, welches u. a. die Fertigungstoleranzen ausgleicht, zu verwenden.In a preferred embodiment of the present invention, the opening has at least one extension corresponding to the toothing in the axial direction. By introducing the aperture below the teeth, the teeth are connected only at the ends of the actual rack. The spring rate of the rack is reduced by this structure. This makes it possible, the toothed portion of the rack as a resilient element, which u. a. compensates for the manufacturing tolerances to use.
Da die Federrate zu den Rändern der Verzahnung hin stark ansteigt, ist es noch vorteilhafter, dass der Durchbruch über die Verzahnung der Zahnstange, bevorzugt beiderseitig, noch bevorzugter um das gleiche Maß, hinausgeht. Durch diese Ausgestaltung kann über den axialen Ausdehnungsbereich der Verzahnung die Federrate gleichmäßiger ausfallen.Since the spring rate increases sharply towards the edges of the toothing, it is even more advantageous that the breakthrough over the toothing of the rack, preferably on both sides, more preferably by the same amount, goes out. As a result of this configuration, the spring rate can be more uniform over the axial extent of the toothing.
In einer Ausgestaltung weist der Durchbruch einen Abschnitt auf, bei dem der Abstand zwischen dem Durchbruch und der Verzahnung konstant ist. Bevorzugt ist dieser Abschnitt genauso lang wie die Ausdehnung der Verzahnung in Axialrichtung.In one embodiment, the opening has a section in which the distance between the opening and the toothing is constant. Preferably, this section is the same length as the extension of the toothing in the axial direction.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ändert sich der Abstand des Durchbruchs zur Achse der Zahnstange. Beispielsweise nimmt der Abstand des Durchbruchs zur Achse der Zahnstange zu, je weiter man sich nach außen von dem Mittelpunkt bezogen auf die Axialrichtung der Verzahnung entfernt.According to a preferred embodiment, the distance of the aperture changes to the axis of the rack. For example, the distance of the aperture to the axis of the rack increases as one moves away from the center relative to the axial direction of the gear.
Der Verlauf des Durchbruchs kann Abschnitte mit einem gekrümmten Verlauf sowie mehrere geradlinige Abschnitte, die zueinander gewinkelt sind, jeweils bezogen auf die Axialrichtung, aufweisen.The course of the breakthrough may have sections with a curved course and a plurality of straight sections, which are angled relative to each other, in each case with respect to the axial direction.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Verzahnungsverlauf gekrümmt ist. Bevorzugt ist die Verzahnung konvex gekrümmt, dadurch wird die Federrate über den Verlauf der Verzahnung in Axialrichtung gleichmäßiger.In a further embodiment, it is provided that the toothing profile is curved. Preferably, the toothing is convexly curved, thereby the spring rate over the course of the toothing in the axial direction is uniform.
Um eine über die gesamte Länge der Verzahnung gleichbleibende Federrate zu erzeugen, kann die Weite des Durchbruchs senkrecht zur Durchbruchsrichtung in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung variieren. Denkbar ist auch, dass die Weite des Durchbruchs größer ist als die Zahnhöhe der Verzahnung.In order to produce a constant over the entire length of the toothing spring rate, the width of the aperture can vary perpendicular to the breakthrough direction in an advantageous embodiment of the invention. It is also conceivable that the width of the opening is greater than the tooth height of the toothing.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Mittel zur Variation des Eingriffs beziehungsweise der Vorspannung zwischen Ritzel und Zahnstange am Ritzel und/oder Stützlager vorgesehen.In a further advantageous embodiment of the invention, a means for varying the engagement or the bias between the pinion and rack on the pinion and / or support bearing is provided.
Bei der vorliegenden Erfindung soll in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Führung der Lenkstange durch zwei, bevorzugt ausschließlich zwei, Stützlager erfolgen. Hierdurch wird die Zahnstange über die zwei Stützlager auf das Lenkritzel gedrückt. Durch diese Umgestaltung können nicht nur Kosten einspart werden, sondern es kann auch eine Verbesserung in der Performance erzielt werden. Ein Klappern der Zahnstange wird in dieser Ausführungsform vermieden. Denkbar ist auch, dass die Zahnstange exzentrisch gelagert wird.In the present invention, in an advantageous embodiment, the leadership of the handlebar by two, preferably only two, support bearings done. As a result, the rack is pressed onto the steering pinion via the two support bearings. This transformation not only saves costs, but also improves performance. Rattling of the rack is avoided in this embodiment. It is also conceivable that the rack is mounted eccentrically.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhang der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen, diese jedoch nicht darauf beschränkt sind. Es zeigen:The invention and the technical environment will be explained in more detail in the appendix of the figures. It should be noted that the figures show a particularly preferred embodiment of the invention, but these are not limited thereto. Show it:
Die Figuren zeigen Ausgestaltungsmöglichkeiten des Durchbruchs (
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