DE102013018436A1

DE102013018436A1 - Steering gear with multiple pinions

Info

Publication number: DE102013018436A1
Application number: DE201310018436
Authority: DE
Inventors: Richard Hirschmann; Philippe Steck; Arne Schacht
Original assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2013-11-04
Filing date: 2013-11-04
Publication date: 2015-05-07
Anticipated expiration: 2033-11-05
Also published as: DE102013018436B4; WO2015062739A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkungsgehäuse, in dem eine Zahnstange (6) längsverschiebbar gelagert und zur Verschwenkung von lenkbaren Rädern mit diesen verbunden ist, wobei die Zahnstange (6) mit einem ersten Zahnsegment (5) versehen ist, welches mit einem ersten Lenkritzel (4) einer Ritzelwelle kämmt und wobei die Ritzelwelle über eine Eingangswelle (2) mittelbar mit einem Lenkrad (1) verbunden ist, wobei die Zahnstange (6) mit einem zweiten Zahnsegment (14) versehen ist, welches mit einem zweiten Ritzel (13) kämmt, wobei die Zahnstange (6) ein drittes Zahnsegment (16) aufweist, das dem zweiten Zahnsegment (14) bezüglich der Längsachse der Zahnstange (6) gegenüber liegt, und wobei ein drittes Ritzel (15) vorgesehen ist, das mit dem dritten Zahnsegment (16) in Eingriff steht.The invention relates to a steering gear, in particular for motor vehicles, with a steering housing in which a rack (6) is mounted longitudinally displaceably and connected for pivoting of steerable wheels, wherein the rack (6) is provided with a first toothed segment (5), which meshes with a first steering pinion (4) of a pinion shaft and wherein the pinion shaft via an input shaft (2) is indirectly connected to a steering wheel (1), wherein the rack (6) with a second toothed segment (14) is provided, which with a the second pinion (13) meshes with the rack (6) having a third toothed segment (16) opposite the second toothed segment (14) with respect to the longitudinal axis of the rack (6) and a third pinion (15) being provided; which is in engagement with the third toothed segment (16).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to a steering gear for motor vehicles having the features of the preamble of claim 1.

Für große und schwere Fahrzeuge der sogenannten Mittelklasse, der Luxusklasse, für Geländefahrzeuge und für leichte Nutzfahrzeuge wird eine Bauform der elektrischen unterstützten Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge bevorzugt, bei der die Unterstützungskraft über eine zweite Verzahnung in die Zahnstange eingeleitet wird. Es sind Lenkgetriebe bekannt, bei denen der Servoantrieb über ein zweites Lenkritzel und eine zweite Verzahnung auf die Zahnstange wirkt. Weiter gibt es Lenkgetriebe, bei denen neben dem Eingriff des Lenkritzels ein Kugelgewinde auf der Zahnstange vorgesehen ist, das über einen Kugelgewindetrieb mit einem Servomotor verbunden ist. Hier wird die Lenkhilfskraft über das Kugelgewinde in die Zahnstange eingeleitet. Die Belastung des Lenkritzels wird dadurch reduziert. Lenkgetriebe mit einem auf die Zahnstange wirkenden Kugelgewindetrieb sind relativ teuer.For large and heavy vehicles of the so-called middle class, the luxury class, for off-road vehicles and light commercial vehicles, a design of electrically assisted steering gear for motor vehicles is preferred in which the supporting force is introduced via a second toothing in the rack. There are known steering gear in which the servo drive acts on the rack via a second steering pinion and a second toothing. Next there are steering gear in which in addition to the engagement of the steering pinion, a ball screw is provided on the rack, which is connected via a ball screw with a servo motor. Here, the steering power is introduced via the ball screw in the rack. The load on the steering pinion is thereby reduced. Steering gear with a ball screw acting on the rack are relatively expensive.

Aus der DE 10 2010 027 553 A1 ist ein preisgünstiges Lenkgetriebe mit kompakten Abmessungen bekannt, bei dem die Zahnstange ein erstes und ein dem ersten bezüglich der Längsachse der Zahnstange gegenüberliegendes zweites Zahnsegment aufweist, wobei das Lenkritzel mit dem ersten Zahnsegment und ein zweites von einem Servomotor angetriebene Ritzel mit dem zweiten Zahnsegment kämmt. Durch diese kompakte Anordnung der beiden Ritzel kann auf ein aufwändiges Druckstück verzichtet werden. Da aber das Unterstützungsmoment im Bereich der Eingangswelle eingeleitet wird, ist die Bauraumfreiheit stark begrenzt.From the DE 10 2010 027 553 A1 is known a low-cost steering gear with compact dimensions, in which the rack has a first and the first with respect to the longitudinal axis of the rack opposite second toothed segment, wherein the steering pinion meshes with the first gear segment and a second driven by a servomotor pinion with the second gear segment. This compact arrangement of the two pinion can be dispensed with a complex pressure piece. But since the support torque is introduced in the region of the input shaft, the space freedom is very limited.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lenkgetriebe zu schaffen, das erhöhte Bauraumfreiheit aufweist und dennoch die für schwere Kraftfahrzeuge erforderlichen Lenkhilfskräfte zur Verfügung stellt.It is an object of the present invention to provide a steering gear, which has increased space freedom and still provides the necessary for heavy vehicles steering auxiliary power available.

Diese Aufgabe wird von einem Lenkgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a steering gear having the features of claim 1.

Danach ist ein Lenkgetriebe vorgesehen, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkungsgehäuse, in dem eine Zahnstange längsverschiebbar gelagert und zur Verschwenkung von lenkbaren Rädern mit diesen verbunden ist, wobei die Zahnstange mit einem ersten Zahnsegment versehen ist, welches mit einem ersten Lenkritzel einer Ritzelwelle kämmt und wobei die Ritzelwelle über eine Eingangswelle mittelbar mit einem Lenkrad verbunden ist, und wobei die Zahnstange mit einem zweiten Zahnsegment versehen ist, welches mit einem zweiten Ritzel kämmt, und wobei die Zahnstange ein drittes Zahnsegment aufweist, das dem zweiten Zahnsegment bezüglich der Längsachse der Zahnstange gegenüber liegt, und wobei ein drittes Ritzel vorgesehen ist, das mit dem dritten Zahnsegment in Eingriff steht. Durch das Vorhandensein von insgesamt drei Ritzeln kann die Bauraumgestaltung sehr flexibel gestaltet werden.Thereafter, a steering gear is provided, in particular for motor vehicles, with a steering housing in which a rack is longitudinally displaceable and connected for pivoting steerable wheels with these, wherein the rack is provided with a first toothed segment, which meshes with a first steering pinion of a pinion shaft and wherein the pinion shaft is indirectly connected to a steering wheel via an input shaft, and wherein the rack is provided with a second sector gear meshing with a second pinion, and wherein the rack has a third sector gear opposite to the second sector gear with respect to the longitudinal axis of the rack is located, and wherein a third pinion is provided, which is in engagement with the third toothed segment. Due to the presence of a total of three pinions, the space design can be made very flexible.

Die erforderliche Lenkhilfskraft wird vorzugsweise durch wenigstens einen Elektromotor aufgebracht, der an dem zweiten Ritzel und/oder dem dritten Ritzel angreift.The required steering assist force is preferably applied by at least one electric motor, which acts on the second pinion and / or the third pinion.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn das zweite Zahnsegment und das dritte Zahnsegment in einem zweiten Zahnstangenabschnitt angeordnet sind und das erste Zahnsegment in einem vom zweiten Zahnstangenabschnitt beabstandeten ersten Zahnstangenabschnitt angeordnet ist. Diese Anordnung ergibt eine erhöhte Bauraumfreiheit, da das Unterstützungsmoment nicht im Bereich der Eingangswelle eingeleitet wird.It is advantageous if the second toothed segment and the third toothed segment are arranged in a second toothed rack section and the first toothed segment is arranged in a first toothed rack section spaced from the second toothed rack section. This arrangement results in an increased space freedom, since the support torque is not initiated in the region of the input shaft.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Ritzel von einem ersten Elektromotor und das dritte Ritzel von einem zweiten Elektromotor angetrieben werden.In one embodiment, it is provided that the second pinion are driven by a first electric motor and the third pinion by a second electric motor.

Diese Ausführungsform ist besonders bei Lenkgetrieben einer Steer-by-Wire Lenkung vorteilhaft.This embodiment is particularly advantageous in steering gears of a steer-by-wire steering.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das zweite Ritzel mit dem dritten Ritzel zu einer gegensinnigen Drehung mechanisch zwangsgekoppelt ist.In a further embodiment it is provided that the second pinion with the third pinion is mechanically positively coupled to an opposite rotation.

Diese mechanische Kopplung der beiden Ritzel erfolgt vorzugsweise über Zahnräder, Schneckenräder und/oder Kegelräder.This mechanical coupling of the two pinions is preferably via gears, worm wheels and / or bevel gears.

Es ist besonders bevorzugt, wenn die Drehachsen der beiden sich gegenüber liegenden Ritzel in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind und wenn die beiden Zahnstangensegmente, die sich an der Zahnstange bezüglich der Längsachse gegenüber liegen, in zueinander geneigten Ebenen angeordnet sind, weil auf diese Weise eine Spielfreiheit der Verzahnungseingriffe durch eine Vorspannung der Zahnstange in den eingeschlossenen Winkel hinein erzielt werden kann. Es ist aber auch denkbar und möglich, die Drehachsen der beiden gegenüberliegenden Ritzel parallel anzuordnen. In diesem Falle können spezielle Druckstücke vorgesehen sein, die Spiele zwischen den Verzahnungen beseitigen und die Verzahnungen unter Vorspannung in Eingriff bringen. Dazu können elastisch vorgespannte Lagerungen der Ritzelwellen und oder andere Techniken, wie sie bei der Spielbeseitigung von Schneckenradgetrieben bekannt sind, eingesetzt werden.It is particularly preferred if the axes of rotation of the two opposing pinions are arranged at an acute angle to each other and if the two rack segments which are located on the rack relative to the longitudinal axis, are arranged in mutually inclined planes, because in this way a Backlash of the teeth engagement by a bias of the rack can be achieved in the included angle into it. But it is also conceivable and possible to arrange the axes of rotation of the two opposing pinions parallel. In this case, special pressure pieces can be provided to eliminate the games between the teeth and bring the teeth under bias in engagement. For this purpose, elastically biased bearings of the pinion shafts and other techniques, such as those known in the game clearance of worm gear, can be used.

Wenn weiter die Zahnstange im Bereich des zweiten Zahnstangenabschnitts wenigstens eine Führung aufweist, die mit wenigstens einem Führungselement zur Führung der Zahnstange in Richtung der parallelen oder in einem spitzen Winkel zueinander angeordneten Drehachsen der Lenkritzel zusammenwirkt, bleiben die Lenkritzel nahezu frei von Axialkräften, das Spiel kann eingestellt werden und die Zahnstange wird präzise geführt. Further, if the rack in the region of the second rack section has at least one guide which cooperates with at least one guide element for guiding the rack in the direction of the parallel or at an acute angle to each other arranged rotational axes of the steering pinion, the steering pinion remain almost free of axial forces, the game can be set and the rack is precisely guided.

Es kann vorgesehen sein, dass die Zahnstange im Bereich des ersten Zahnstangenabschnitts wenigstens eine Führung aufweist, die mit wenigstens einem Führungselement zur Führung der Zahnstange in Richtung der Drehachse des ersten Lenkritzels zusammenwirkt.It can be provided that the rack has at least one guide in the region of the first rack section, which cooperates with at least one guide element for guiding the rack in the direction of the axis of rotation of the first steering pinion.

In einer Ausführungsform kann weiterhin vorgesehen sein, dass das zweite Zahnsegment und das dritte Zahnsegment gegenüber dem ersten Zahnsegment um einen Winkel im Bereich von 60 bis 90 Grad um die Längsachse der Zahnstange versetzt sind. Bevorzugt sind dabei 90 Grad. Diese unabhängige Orientierung der gegenüberliegenden Zahnsegmente im Bezug auf das erste Zahnsegment ermöglicht erheblich mehr Bauraumfreiheit.In an embodiment, it can further be provided that the second toothed segment and the third toothed segment are offset relative to the first toothed segment by an angle in the range of 60 to 90 degrees about the longitudinal axis of the rack. Preference is given to 90 degrees. This independent orientation of the opposing tooth segments with respect to the first toothed segment allows considerably more space freedom.

Weiterhin ist es bevorzugt, dass der wenigstens eine Elektromotor durch einen Torsionssensor an der Lenkwelle gesteuert wird.Furthermore, it is preferred that the at least one electric motor is controlled by a torsion sensor on the steering shaft.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

Gleichwirkende oder gleichartige Elemente in verschiedenen Ausführungsbeispielen sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, um die Übersichtlichkeit zu erhöhen.Equivalent or similar elements in different embodiments are provided with the same reference numerals in order to increase the clarity.

Es zeigen:Show it:

1: eine schematische Anordnung eines Lenkgetriebes mit zwei Ritzel sowie zwei Antriebsmotoren und einem Lenkritzel, 1 a schematic arrangement of a steering gear with two pinions and two drive motors and a steering pinion,

2: eine Ansicht eines Lenkgetriebes analog zur 1, 2 : a view of a steering gear analogous to 1 .

3: eine andere Ansicht des Lenkgetriebes der 2, 3 : another view of the steering gear of the 2 .

4: einen Längsschnitt durch eine Lenkwelle mit Torsionssensor, 4 a longitudinal section through a steering shaft with torsion,

5: eine räumliche Darstellung eines Lenkgetriebes mit zwei Ritzeln sowie einem Antriebsmotor, 5 a spatial representation of a steering gear with two pinions and a drive motor,

6: eine räumliche Darstellung eines weiteren Lenkgetriebes mit zwei Ritzeln sowie einem Antriebsmotor, 6 a spatial representation of another steering gear with two pinions and a drive motor,

7: eine räumliche Darstellung eines weiteren Lenkgetriebes mit zwei von einem Antriebsmotor mittels einer Schneckenwelle und zwei Schneckenräder angetriebenen Ritzeln, 7 FIG. 2: a three-dimensional view of another steering gear with two pinions driven by a drive motor by means of a worm shaft and two worm gears, FIG.

8: eine räumliche Darstellung eines weiteren Lenkgetriebes mit zwei Ritzeln sowie zwei Antriebsmotoren, 8th a spatial representation of another steering gear with two pinions and two drive motors,

9: schematische Darstellungen des Lenkgetriebes aus 7, 9 : schematic representations of the steering gear off 7 .

10: schematische Darstellungen eines Lenkgetriebes mit Schneckenradgetriebe, 10 : schematic representations of a steering gear with worm gear,

11, 12: schematische Darstellungen eines Lenkgetriebes mit Zahnradgetriebe, sowie 11 . 12 : schematic representations of a steering gear with gear transmission, as well

13, 14: schematische Darstellungen eines Lenkgetriebes mit Kegelradgetriebe. 13 . 14 : schematic representations of a steering gear with bevel gear.

Die 1 zeigt eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug mit einem Lenkrad 1, das mit einer oberen Lenkwelle 2 und einer unteren Lenkwelle 3 drehfest gekoppelt ist. Die untere Lenkwelle 3 ist wiederum drehfest mit einem ersten Lenkritzel 4 gekoppelt. Das Lenkritzel 4 kämmt in bekannter Weise mit einem Zahnsegment 5 einer Zahnstange 6. Die Zahnstange 6 ist in einem Lenkungsgehäuse in Richtung ihrer Längsachse verschieblich gelagert. An ihrem freien Ende ist die Zahnstange 6 mit Spurstangen 7 über nicht dargestellte Kugelgelenke verbunden. Die Spurstangen 7 selbst sind in bekannter Weise über Achsschenkel mit je einem gelenkten Rad 8 des Kraftfahrzeugs verbunden. Eine Drehung des Lenkrades 1 führt über die Verbindung der Lenkwelle 2 und 3 und des Ritzels 4 zu einer Längsverschiebung der Zahnstange 6 und damit zu einer Verschwenkung der gelenkten Räder 8. Die gelenkten Räder 8 erfahren über eine Fahrbahn 9 eine Rückwirkung, die der Lenkbewegung entgegen wirkt. Zum Verschwenken der Räder 8 ist folglich eine Kraft erforderlich, die ein entsprechendes Drehmoment am Lenkrad 1 erforderlich macht. Zwei Servomotoren 10, 11 sind vorgesehen, um dem Fahrer bei dieser Lenkbewegung zu unterstützen. Die Drehrichtung und das Drehmoment der Servomotoren 10, 11 werden durch einen Torsionssensors 12 an der Lenkwelle gesteuert. Die Servomotoren 10, 11 leiten die Lenkhilfskraft über ein zweites Ritzel 13, das mit einem zweiten Zahnsegment 14 in Eingriff steht bzw. ein drittes Ritzel 15, welches mit einem dritten Zahnsegment 16 in Eingriff steht, in die Zahnstange 6 ein. Das erste Zahnsegment 5 liegt dabei in einem ersten Zahnstangenabschnitt 17 und das zweite und dritte Zahnsegment 14, 16 sind in einem zweiten, von dem ersten beabstandeten Zahnstangenabschnitt 18 angeordnet. Weiterhin sind das zweite und dritte Zahnsegment 14, 16 auf gegenüberliegenden Seiten der Zahnstange 6 angeordnet, wobei das dritte Zahnsegment 16 auf der gleichen Zahnstangenseite wie das erste Zahnsegment 5 vorgesehen ist. Die Drehachse 131 (= Wellenachse) des zweiten Ritzels 13 und die Drehachse 151 (= Wellenachse) des dritten Ritzels 15 sind in diesem Beispiel parallel zueinander ausgerichtet. Mit nicht dargestellten Vorspannelementen und/oder exzentrischen Lagerungen der Wellen der Ritzel 13, 15 erfolgt die Spielreduktion des Flankenspiels im Getriebeeingriff zwischen Ritzel 13, 15 und Verzahnung 14, 16 der Zahnstange 6. Eine alternative Ausrichtung der Wellenachsen in einem spitzen Winkel zueinander ist jedoch möglich.The 1 shows a steering for a motor vehicle with a steering wheel 1 that with an upper steering shaft 2 and a lower steering shaft 3 rotatably coupled. The lower steering shaft 3 is in turn rotationally fixed with a first steering pinion 4 coupled. The steering pinion 4 meshes in a known manner with a toothed segment 5 a rack 6 , The rack 6 is slidably mounted in a steering housing in the direction of its longitudinal axis. At its free end is the rack 6 with tie rods 7 connected via ball joints, not shown. The tie rods 7 themselves are in a known manner via steering knuckle, each with a steered wheel 8th connected to the motor vehicle. A turn of the steering wheel 1 leads through the connection of the steering shaft 2 and 3 and the pinion 4 to a longitudinal displacement of the rack 6 and thus to a pivoting of the steered wheels 8th , The steered wheels 8th learn about a roadway 9 a reaction that counteracts the steering movement. For pivoting the wheels 8th Consequently, a force is required, the corresponding torque on the steering wheel 1 required. Two servomotors 10 . 11 are provided to assist the driver in this steering movement. The direction of rotation and the torque of the servomotors 10 . 11 be through a torsion sensor 12 controlled on the steering shaft. The servomotors 10 . 11 direct the power steering via a second pinion 13 that with a second toothed segment 14 engaged or a third pinion 15 , which with a third toothed segment 16 engaged in the rack 6 one. The first toothed segment 5 lies in a first rack section 17 and the second and third toothed segments 14 . 16 are in a second, from the first spaced rack section 18 arranged. Furthermore, the second and third toothed segments 14 . 16 on opposite sides of the rack 6 arranged, wherein the third toothed segment 16 on the same rack side as the first sector gear 5 is provided. The rotation axis 131 (= Shaft axis) of the second pinion 13 and the rotation axis 151 (= Shaft axis) of the third pinion 15 are aligned parallel to each other in this example. With biasing elements, not shown, and / or eccentric bearings of the shafts of the pinion 13 . 15 the game reduction of the backlash takes place in the gear engagement between pinion 13 . 15 and gearing 14 . 16 the rack 6 , An alternative orientation of the shaft axes at an acute angle to each other is possible.

Der Getriebebereich der Lenkhilfe analog zur 1 ist in der 2 und der 3 detaillierter dargestellt. Die Zahnstange 6 ist im Bereich der sich gegenüber liegenden Zahnsegmente 14 und 16 mit einem etwa quadratischen Querschnitt versehen. Die Zahnsegmente 14 und 16 sind an zwei sich gegenüber liegenden Seitenflächen der Zahnstange 6 angeordnet. In diesem konkreten Ausführungsbeispiel sind die Zahnsegmente 14 und 16 in einem spitzen Winkel von etwa 10° gegeneinander geneigt, so dass die von den Zahnsegmenten 14 und 16 definierten Ebenen von den Servomotoren 10, 11 gesehen aufeinander zulaufen. Dementsprechend sind die Drehachse 131 des zweiten Ritzels 13 und die Drehachse 151 des dritten Ritzels 15, im Unterschied zur Darstellung in 1, in einem spitzen Winkel zueinander orientiert. Die angetrieben Seiten der Ritzel 13 und 15, die einerseits mit dem Servoantrieb 10 und andererseits mit dem Servoantrieb 11 verbunden sind, weisen einen größeren Abstand voneinander auf als die freien Enden der Lenkritzel 13 und 15. Zwischen den Zahnsegmenten 14 und 16 weist die Zahnstange 6 zwei sich gegenüber liegende Führungen 19 auf, die in Form von Längsnuten etwa über die Länge der Zahnsegmente auf der Zahnstange angebracht sind. Die Führungen 19 verlaufen etwa parallel zu den Zahnsegmenten 14 und 16. In die Führungen 19 greifen bezüglich des Getriebegehäuses ortsfest in dem Lenkgetriebe angeordnete Führungselemente 20 ein, die die Zahnstange 6 führen. Die Zahnstange 6 wird durch die Führungselemente 20 in ihrer vertikalen Ausrichtung, also in ihrer relativen Lage zu den Drehachsen der Ritzel 13 und 15 fixiert. Auf diese Weise kann das Flankenspiel des Verzahnungseingriffs zwischen dem zweiten Lenkritzel 13 und dem Zahnsegment 14 sowie zwischen dem dritten Lenkritzel 15 und dem Zahnsegment 16 auf einen vordefinierten kleinen Wert, oder gar auf Null, eingestellt werden. Die Einstellung nutzt dabei die etwa V-förmige Orientierung der Ritzel 13 und 15 zueinander. Mit nicht dargestellten elastischen Elementen kann eine entsprechende Vorspannung zur Reduktion des Flankenspiels ausgebildet sein.The transmission range of the power steering analogous to 1 is in the 2 and the 3 shown in more detail. The rack 6 is in the area of the opposing tooth segments 14 and 16 provided with an approximately square cross-section. The tooth segments 14 and 16 are on two opposite side surfaces of the rack 6 arranged. In this particular embodiment, the tooth segments 14 and 16 inclined at an acute angle of about 10 ° to each other, so that the teeth of the tooth segments 14 and 16 defined levels of the servomotors 10 . 11 seen converge. Accordingly, the axis of rotation 131 of the second pinion 13 and the rotation axis 151 of the third pinion 15 , unlike the illustration in 1 , oriented at an acute angle to each other. The driven sides of the pinions 13 and 15 , on the one hand with the servo drive 10 and on the other hand with the servo drive 11 are connected, have a greater distance from each other than the free ends of the steering pinion 13 and 15 , Between the tooth segments 14 and 16 has the rack 6 two opposing guides 19 on, which are mounted in the form of longitudinal grooves approximately over the length of the toothed segments on the rack. The guides 19 run approximately parallel to the tooth segments 14 and 16 , In the guides 19 engage with respect to the gear housing fixed in the steering gear arranged guide elements 20 one, the rack 6 to lead. The rack 6 is through the guide elements 20 in their vertical orientation, ie in their relative position to the axes of rotation of the pinion 13 and 15 fixed. In this way, the backlash of the meshing engagement between the second steering pinion 13 and the toothed segment 14 and between the third steering pinion 15 and the toothed segment 16 be set to a predefined small value, or even zero. The setting uses the approximately V-shaped orientation of the pinion 13 and 15 to each other. With elastic elements, not shown, a corresponding bias to reduce the backlash can be formed.

Das zweite Ritzel 13 und das dritte Ritzel 15 müssen sich im Betrieb gegensinnig drehen. Eine genau synchronisierte Bewegung ist für einen präzisen Antrieb der Zahnstange 6 erforderlich. Die beiden Ritzel 13, 15 werden durch zwei separate Antriebsmotoren angetrieben. Dabei sind die Ritzel 13, 15 über ein Untersetzungsgetriebe, insbesondere ein Harmonic-Drive-Getriebe, ein Planetengetriebe oder ein Zykloidengetriebe mit dem jeweiligen Servomotor 10, 11 gekoppelt.The second pinion 13 and the third pinion 15 must rotate in opposite directions during operation. A precisely synchronized movement is for a precise drive of the rack 6 required. The two pinions 13 . 15 are driven by two separate drive motors. Here are the pinions 13 . 15 via a reduction gear, in particular a harmonic drive gear, a planetary gear or a cycloid gear with the respective servo motor 10 . 11 coupled.

In der 4 ist der Torsionssensor 12 mit einem Torsionsstab 21, der zwischen der Lenkwelle und dem ersten Lenkritzel 4 angeordnet ist, dargestellt. Eine Drehung des Lenkrads 1 führt zu einer Drehung der Lenkwelle und somit zur Verdrehung des Torsionsstabs 21. Diese Torsion wird von dem Torsionssensor erfasst und dem Lenkungssteuergerät zugeführt. Das Steuergerät ermittelt daraus die richtige Steuergröße für die Servomotoren 10, 11. Die Lenkkraftunterstützung ist dabei in Abhängigkeit von der Torsion des Torsionsstabs 21 bemessen.In the 4 is the torsion sensor 12 with a torsion bar 21 between the steering shaft and the first steering pinion 4 is arranged, shown. A rotation of the steering wheel 1 leads to a rotation of the steering shaft and thus to the rotation of the torsion bar 21 , This torsion is detected by the torsion sensor and fed to the steering controller. From this, the control unit determines the correct control variable for the servomotors 10 . 11 , The power steering is dependent on the torsion of the torsion bar 21 sized.

Die 5, 6 und 7 zeigen drei Ausführungsbeispiele mit nur einem einzigen Servomotor.The 5 . 6 and 7 show three embodiments with only a single servomotor.

In der 5 treibt der Servomotor 11 das dritte Ritzel 15 an, wobei das zweite Ritzel 13 über eine Verzahnung eines Zahnradgetriebes angetrieben wird. Hierzu ist es nur schematisch veranschaulicht, dass das Ritzel 13 mit einem ersten Zahnrad 22 drehfest verbunden ist, während das zweite Lenkritzel 15 mit einem zweiten Zahnrad 23 drehfest verbunden ist. Die Zahnräder 22 und 23 stehen miteinander im Eingriff. Sie weisen den gleichen Umfang auf, so dass die Drehwinkelgeschwindigkeit der Ritzel 13 und 15 identisch ist. Dies ist bei identisch ausgebildeten Eingriffen zwischen dem Ritzel 13 und dem Zahnsegment 14 einerseits und dem Ritzel 15 und dem Zahnsegment 16 andererseits erforderlich. Es kann in anderen Ausführungsformen auch vorgesehen sein, dass die Verzahnungseingriffe zu beiden Seiten der Zahnstange 6 unterschiedlich ausgebildet sind, insbesondere die beiden Ritzel einen unterschiedlichen Umfang oder Wälzkreis aufweisen. Dann muss die Synchronisierung über entsprechend angepasste Zahnräder oder andere Synchronisierungsmittel erfolgen.In the 5 drives the servomotor 11 the third pinion 15 on, wherein the second pinion 13 is driven by a toothing of a gear transmission. For this it is only schematically illustrated that the pinion 13 with a first gear 22 rotatably connected while the second steering pinion 15 with a second gear 23 rotatably connected. The gears 22 and 23 are engaged with each other. They have the same circumference, so that the rotational angular velocity of the pinion 13 and 15 is identical. This is with identical trained interventions between the pinion 13 and the toothed segment 14 on the one hand and the pinion 15 and the toothed segment 16 on the other hand required. It may also be provided in other embodiments, that the meshing interventions on both sides of the rack 6 are formed differently, in particular the two pinions have a different circumference or pitch circle. Then the synchronization must be done via appropriately adapted gears or other synchronization means.

In der 6 treibt der einzige Servomotor 11 ein drittes Ritzel 15 an, wobei das zweite Ritzel 13 über eine Verzahnung eines Zahnradgetriebes angetrieben wird. Im Gegensatz zur Ausführungsform der 5 sind die gegenüberliegenden Zahnsegmente der beiden Ritzel 13, 15 um 90 Grad um die Längsachse der Zahnstange 6 gegenüber einem Zahnsegment, welches in Eingriff mit dem mit der Lenkwelle gekoppelten Lenkritzel 4 steht, versetzt. Durch die Anordnung der Ritzel auf separaten Zahnstangenabschnitten ist es möglich die Verzahnungen in unterschiedlichen Winkellagen anzuordnen und somit das Lenkgetriebe an verschiedene Fahrzeuge und ihre Bauräume individuell anzupassen.In the 6 drives the only servomotor 11 a third pinion 15 on, wherein the second pinion 13 is driven by a toothing of a gear transmission. In contrast to the embodiment of 5 are the opposite tooth segments of the two pinions 13 . 15 90 degrees around the longitudinal axis of the rack 6 against a sector gear which engages with the steering pinion coupled to the steering shaft 4 stands, staggered. By the arrangement of the pinions on separate Rack sections, it is possible to arrange the gears in different angular positions and thus adjust the steering gear to different vehicles and their space individually.

Die beiden Ausführungsformen der 5 und 6 zeigen einen ersten Zahnstangenabschnitt 17 mit nur einem Zahnsegment, welches mit dem ersten Ritzel 4 in Eingriff steht. Zusätzlich zu dem Führungselement 20 ist hier im Bereich des Eingriffs des ersten Ritzels 4 in die Zahnstange 6 ebenfalls eine Führung 24 mit einem bezüglich des Getriebegehäuses ortsfest in dem Lenkgetriebe angeordnete Führungselement 25 vorgesehen, sowie eine Führung 26 der Zahnstange auf der dem Ritzel 4 gegenüberliegenden Seite. Die Führung 26 kann auch als Druckstück ausgebildet sein, wie dies im Stand der Technik bekannt ist. Allerdings kann es Ausführungsformen geben, bei denen auf ein aufwendiges Druckstück zur Einstellung des Spiels des Eingriffs Ritzel/Zahnstange verzichtet werden kann.The two embodiments of the 5 and 6 show a first rack section 17 with only one toothed segment, which with the first pinion 4 engaged. In addition to the guide element 20 Here is in the field of engagement of the first pinion 4 in the rack 6 also a guide 24 with a reference to the transmission housing fixed in the steering gear arranged guide element 25 provided, as well as a guide 26 the rack on the pinion 4 opposite side. The leadership 26 may also be designed as a pressure piece, as is known in the art. However, there may be embodiments in which it can be dispensed with a complex pressure piece for adjusting the game of engagement pinion / rack.

Eine weitere Ausführungsform des Getriebes nach den 5 und 6 sieht vor, dass das Zahnrad 22 mit dem zweiten Ritzel 13 starr in dem Getriebegehäuse gelagert und mit dem Ritzel 13 verbunden ist, während die Lagerung des zweiten Zahnrades 23 und des dritten Ritzels 15 ist in engen Grenzen beweglich ausgeführt, so dass ein variabler Achsabstand zwischen dem Ritzel 13 und dem Ritzel 15 gewährleistet ist. Durch geeignete Anfederung kann dann das dargestellte Getriebe spielfrei gehalten werden. Die bei der Fertigung einzuhaltenden Toleranzen werden dadurch vergrößert, was die Fertigung vereinfacht.Another embodiment of the transmission according to the 5 and 6 Provides that gear 22 with the second pinion 13 rigidly mounted in the gear housing and with the pinion 13 is connected while the storage of the second gear 23 and the third pinion 15 is designed to be movable within narrow limits, so that a variable center distance between the pinion 13 and the pinion 15 is guaranteed. By suitable springing the illustrated transmission can then be kept free of play. The tolerances to be maintained during manufacturing are thereby increased, which simplifies the production.

In der 7 ist eine weitere Ausführungsform mit einem einzigen Antriebsmotor 11 gezeigt, wobei das zweite und dritte Ritzel 13, 15 mittels Schneckenräder 27, 28 über eine Schneckenwelle 29 angetrieben werden.In the 7 is another embodiment with a single drive motor 11 shown, wherein the second and third pinion 13 . 15 by means of worm wheels 27 . 28 over a worm shaft 29 are driven.

8 zeigt eine weitere mögliche Anordnung des zweiten und dritten Ritzels, bei der die Ritzel entgegengesetzt ausgerichtet sind. Die hier gezeigten Servomotoren 10, 11, die die Ritzel antreiben, liegen somit auf entgegengesetzten Seiten der Zahnstange. Die Drehachsen des zweiten Ritzels 13 und dritten Ritzels 15 sind dabei weiterhin, wie in vorhergehenden Beispielen in einem spitzen Winkel zueinander orientiert. In diesem Beispiel ist jedoch auch eine parallele Lage der Wellenachsen oder Drehachsen 131, 151 der beiden Ritzel 13, 15 möglich. 8th shows another possible arrangement of the second and third pinion, in which the pinions are aligned opposite. The servomotors shown here 10 . 11 , which drive the pinions, thus lie on opposite sides of the rack. The axes of rotation of the second pinion 13 and third pinion 15 are still oriented, as in previous examples at an acute angle to each other. In this example, however, is also a parallel position of the shaft axes or axes of rotation 131 . 151 the two pinions 13 . 15 possible.

Die 9 veranschaulicht eine schematische Getriebeansicht, wie sie der 7 entspricht.The 9 illustrates a schematic transmission view, as the 7 equivalent.

10 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Schneckenradgetriebe, wobei der Antrieb über eine Schneckenwelle 30 ein erstes Schneckenrad 31 verbunden mit dem zweiten Ritzel 13 antreibt, wobei das zweite Schneckenrad 32, welches mit dem dritten Ritzel 15 verbunden ist, von dem ersten Schneckenrad 31 über eine entsprechende Zahngetriebestufe angetrieben wird. 10 shows an embodiment with a worm gear, wherein the drive via a worm shaft 30 a first worm wheel 31 connected to the second pinion 13 drives, with the second worm wheel 32 , which with the third pinion 15 is connected from the first worm wheel 31 is driven via a corresponding gear stage.

Die 9 und 10 veranschaulichen entsprechende Zahnradgetriebe bei denen jeweils ein Ritzel mit einem Zahnrad 33, 34 fest verbunden ist, welches über eine Welle 35 des Servomotors 11 angetrieben wird.The 9 and 10 illustrate corresponding gear transmission in which in each case a pinion with a gear 33 . 34 is firmly connected, which has a wave 35 of the servomotor 11 is driven.

Die 13 und 14 zeigen schematische Kegelradgetriebe. Über ein Kegelrad, welches mit dem Servomotor 11 über eine Welle 36 verbunden ist, werden die beiden Ritzel (13, 15) über jeweils ein Zahnrad 37, 38 angetrieben. Dabei können die beiden fest mit jeweils einem Ritzel in Verbindung stehenden Zahnräder direkt von dem Kegelrad (13) angetrieben werden, oder wie in 14 dargestellt kann ein erstes Zahnrad 37 in das Kegelrad und ein zweites Zahnrad 38 in Eingriff mit dem ersten Zahnrad stehen.The 13 and 14 show schematic bevel gear. About a bevel gear, which with the servomotor 11 over a wave 36 connected, the two pinions ( 13 . 15 ) each have a gear 37 . 38 driven. The two fixedly connected to each pinion gears directly from the bevel gear ( 13 ), or as in 14 can represent a first gear 37 in the bevel gear and a second gear 38 in engagement with the first gear.

Die vorangestellten Figuren sollen verdeutlichen, dass der erfindungsgemäße Gegenstand nicht auf bestimmte Getriebeformen und Anriebe begrenzt ist. Das zweite und dritte Ritzel können über beliebigartige Getriebe angetrieben werden, wobei ein oder zwei Servomotoren vorgesehen sind.The preceding figures are intended to illustrate that the object according to the invention is not limited to specific types of gearboxes and drives. The second and third pinion can be driven by any type of transmission, with one or two servomotors are provided.

Das erfindungsgemäße Lenkgetriebe ermöglicht es, eine Lenkhilfe mit einem oder zwei Servomotoren im Bereich eines zweiten vom Eingriff des Lenkritzel in die Zahnstange beabstandeten Zahnstangenabschnitts zu wählen, so dass das Lenkgetriebe besonders hohe Unterstützungsmomente bei flexibler Bauraumgestaltung aufbringen kann.The steering gear according to the invention makes it possible to choose a power steering with one or two servomotors in the range of a second spaced from the engagement of the steering pinion in the rack rack section, so that the steering gear can muster particularly high support moments with flexible space design.

Das erfindungsgemäße Lenkgetriebe eignet sich zum Einsatz in ein Steer-by-Wire Lenksystem bei dem keine mechanische Kopplung zwischen dem Lenkrad und dem Lenkgetriebe vorhanden ist. Dabei bieten insbesondere die Ausführungsbeispiele entsprechend den 1, 2, 3 und 8, bei denen zwei voneinander unabhängige Antriebsmotoren vorgesehen sind, ein hohes Maß an Redundanz, wie es für Steer-by-Wire Systeme vorteilhaft ist. Bei dem Ausfall einer der beiden Elektromotoren kann der andere Elektromotor somit einen Notbetrieb sicherstellen. Die ist besonders relevant, vor dem Hintergrund, dass die volle Antriebsleistung des Lenksystems bevorzugt beim Einparken und somit bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten benötigt wird.The steering gear according to the invention is suitable for use in a steer-by-wire steering system in which no mechanical coupling between the steering wheel and the steering gear is present. In particular, the embodiments provide according to the 1 . 2 . 3 and 8th , in which two independent drive motors are provided, a high degree of redundancy, as it is advantageous for steer-by-wire systems. In the event of failure of one of the two electric motors, the other electric motor can thus ensure emergency operation. This is particularly relevant, in the light of the fact that the full drive power of the steering system is needed preferably when parking and thus at low vehicle speeds.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010027553 A1 [0003] DE 102010027553 A1 [0003]

Claims

Lenkgetriebe, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Lenkungsgehäuse, in dem eine Zahnstange (6) längsverschiebbar gelagert und zur Verschwenkung von lenkbaren Rädern mit diesen verbunden ist, wobei die Zahnstange (6) mit einem ersten Zahnsegment (5) versehen ist, welches mit einem ersten Lenkritzel (4) einer Ritzelwelle kämmt und wobei die Ritzelwelle über eine Eingangswelle (2) mittelbar mit einem Lenkrad (1) verbunden ist, wobei die Zahnstange (6) mit einem zweiten Zahnsegment (14) versehen ist, welches mit einem zweiten Ritzel (13) kämmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (6) ein drittes Zahnsegment (16) aufweist, das dem zweiten Zahnsegment (14) bezüglich der Längsachse der Zahnstange (6) gegenüber liegt, und dass ein drittes Ritzel (15) vorgesehen ist, das mit dem dritten Zahnsegment (16) in Eingriff steht.Steering gear, in particular for motor vehicles, having a steering housing in which a toothed rack ( 6 ) is longitudinally displaceable and connected for pivoting of steerable wheels with these, wherein the rack ( 6 ) with a first toothed segment ( 5 ) provided with a first steering pinion ( 4 ) of a pinion shaft and wherein the pinion shaft via an input shaft ( 2 ) indirectly with a steering wheel ( 1 ), wherein the rack ( 6 ) with a second toothed segment ( 14 ) provided with a second pinion ( 13 ) meshes, characterized in that the rack ( 6 ) a third toothed segment ( 16 ), which is the second toothed segment ( 14 ) with respect to the longitudinal axis of the rack ( 6 ) and that a third pinion ( 15 ) provided with the third toothed segment ( 16 ) is engaged.

Lenkgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Elektromotor vorgesehen ist, der an dem zweiten Ritzel (13) und/oder dem dritten Ritzel (15) angreift.Steering gear according to claim 1, characterized in that at least one electric motor is provided, which on the second pinion ( 13 ) and / or the third pinion ( 15 ) attacks.

Lenkgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnsegment (14) und das dritte Zahnsegment (16) in einem zweiten Zahnstangenabschnitt (18) angeordnet sind und das erste Zahnsegment (5) in einem vom zweiten Zahnstangenabschnitt (18) beabstandeten ersten Zahnstangenabschnitt (17) angeordnet ist.Steering gear according to claim 1 or 2, characterized in that the second toothed segment ( 14 ) and the third toothed segment ( 16 ) in a second rack section ( 18 ) are arranged and the first toothed segment ( 5 ) in one of the second rack section ( 18 ) spaced first rack section ( 17 ) is arranged.

Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ritzel (13) von einem ersten Elektromotor (10) und das dritte Ritzel (15) von einem zweiten Elektromotor (11) angetrieben sind.Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that the second pinion ( 13 ) of a first electric motor ( 10 ) and the third pinion ( 15 ) of a second electric motor ( 11 ) are driven.

Lenkgetriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkgetriebe Teil einer Steer-by-Wire Lenkung ist.Steering gear according to claim 4, characterized in that the steering gear is part of a steer-by-wire steering.

Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ritzel (13) mit dem dritten Ritzel (15) zu einer gegensinnigen Drehung mechanisch zwangsgekoppelt sind.Steering gear according to one of the preceding claims 1 to 3, characterized in that the second pinion ( 13 ) with the third pinion ( 15 ) are mechanically positively coupled to an opposite rotation.

Lenkgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kopplung der beiden Ritzel (13, 15) über Zahnräder (33, 34), Schneckenräder (27, 28, 31, 32) und/oder Kegelräder erfolgt.Steering gear according to claim 6, characterized in that the mechanical coupling of the two pinions ( 13 . 15 ) via gears ( 33 . 34 ), Worm wheels ( 27 . 28 . 31 . 32 ) and / or bevel gears.

Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dass die Drehachsen der beiden sich gegenüber liegenden Lenkritzel (13, 15) in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sind.Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that that the axes of rotation of the two opposite steering pinion ( 13 . 15 ) are arranged at an acute angle to each other.

Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (6) im Bereich des zweiten Zahnstangenabschnitts (18) wenigstens eine Führung (19) aufweist, die mit wenigstens einem Führungselement (20) zur Führung der Zahnstange (6) in Richtung der Drehachsen der Lenkritzel (13, 15) zusammenwirkt.Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that the toothed rack ( 6 ) in the region of the second rack section ( 18 ) at least one guide ( 19 ) having at least one guide element ( 20 ) for guiding the rack ( 6 ) in the direction of the axes of rotation of the steering pinion ( 13 . 15 ) cooperates.

Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (6) im Bereich des ersten Zahnstangenabschnitts (17) wenigstens eine Führung (24) aufweist, die mit wenigstens einem Führungselement (25) zur Führung der Zahnstange (6) in Richtung der Drehachse des ersten Lenkritzels (4) zusammenwirkt.Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that the toothed rack ( 6 ) in the region of the first rack section ( 17 ) at least one guide ( 24 ) having at least one guide element ( 25 ) for guiding the rack ( 6 ) in the direction of the axis of rotation of the first steering pinion ( 4 ) cooperates.

Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnsegment (14) und das dritte Zahnsegment (16) gegenüber dem ersten Zahnsegment (5) um einen Winkel im Bereich von 60 Grad bis 90 Grad um die Längsachse der Zahnstange (9) versetzt sind.Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that the second toothed segment ( 14 ) and the third toothed segment ( 16 ) in relation to the first toothed segment ( 5 ) at an angle in the range of 60 degrees to 90 degrees about the longitudinal axis of the rack ( 9 ) are offset.

Lenkgetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Elektromotor (10, 11) durch einen Torsionssensors 12 an der Lenkwelle gesteuert ist.Steering gear according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one electric motor ( 10 . 11 ) by a torsion sensor 12 is controlled on the steering shaft.