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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der polnischen Patentanmeldung mit der Seriennummer
P.439779 , die am 8 Dezember 2021 eingereicht wurde, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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GEBIET
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Die hier beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Fahrzeuglenksysteme und insbesondere auf einen Stahlstützring zur Verhinderung eines Verbiegens der Zahnstange beim Anfahren an einen Bordstein.
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HINTERGRUND
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Ein Fahrzeug, wie z. B. ein Pkw, ein Lkw, ein Sport Utility Vehicle, ein Crossover, ein Mini-Van, ein Wasserfahrzeug, ein Flugzeug, ein Geländewagen, ein Freizeitfahrzeug oder andere geeignete Fahrzeuge, verfügt über verschiedene Lenksystemschemata, z. B. Steer-by-Wire- (SbW-) und Fahrerschnittstellenlenkung. Häufig umfassen diese verschiedenen Lenkschemata ein elektrisches Servolenksystem (EPS) mit Komponenten wie Lenkrad, Lenksäule, Zahnstangen-RitzelGetriebe, Elektromotoraktor usw. Das EPS unterstützt den Fahrer beim Lenken eines Fahrzeugs, indem es das erforderliche Hilfsdrehmoment bereitstellt. Das Hilfsdrehmoment basiert auf dem vom Bediener aufgebrachten Drehmoment. Im stationären Zustand wirken das Drehmoment des Fahrers und das Hilfsdrehmoment der durch die Wechselwirkung zwischen Reifen und Straße erzeugten Zahnstangenkraft entgegen.
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Beim Wegdrücken vom Bordstein wird ein Fahrzeug parallel geparkt, wobei die Räder der rechten Seite einen Bordstein berühren. Der Fahrer dreht das Lenkrad, um das Fahrzeug durch Verwendung der Kraft auf die Räder vom Bordstein wegzudrücken. Dadurch kann ein Lenkgetriebe oder ein Zahnstangengehäuse einer Biegebeanspruchung ausgesetzt werden. Bei Ausführung dieser Prüfungen wird die Last in Richtung der Zahnstangenverzahnung aufgebracht. Herkömmliche Kunststoffeinsatzringe können sich bei diesem Manöver verformen. Andere Belastungen, wie z. B. Stoßbelastungen, können eine ähnliche unerwünschte Verformung verursachen.
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Eine typische Lösung für dieses Problem ist die Vergrößerung des Durchmessers der Zahnstange oder die Verringerung des Abstands zwischen der Spurstange und dem Kreuzungspunkt von Zahnstange und Ritzel, obwohl diese Lösungen mit hohen Kosten verbunden sind und aus Sicht des Einbauraums möglicherweise nicht akzeptabel sind.
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Unter Bezugnahme auf die 2A und 2B umfasst eine Lenkbaugruppe 20' nach dem Stand der Technik einen Kunststoffring 50', der so konfiguriert ist, dass er fest und in Kontakt mit einer Lenkzahnstange 52' sitzt'. Diese Lenkbaugruppe 20' nach dem Stand der Technik weist eine hohe Reibung auf, der Kunststoffring 50' ist auf der Zahnstange und nicht auf dem Gehäuse angebracht, sie kann sich unter erheblicher Belastung elastisch und plastisch verformen, bietet keine Anschlagfunktion und verhindert nicht, dass sich die Zahnstange löst, wenn das Zahnstangenjoch nicht vorhanden ist.
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Unter Bezugnahme auf die 3A und 3B umfasst eine andere Lenkbaugruppe 20" nach dem Stand der Technik einen Kunststoffring 50", der so konfiguriert ist, dass er in dem Gehäuse sitzt. Diese Lenkbaugruppe 20" nach dem Stand der Technik weist eine hohe Reibung auf, kann sich unter erheblicher Belastung verformen, verfügt nicht über eine Endanschlagfunktion und kann nicht verhindern, dass die Zahnstange außer Eingriff kommt, wenn das Zahnstangenjoch nicht vorhanden ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst einen Biegebegrenzer für Lenkzahnstangen zur Verhinderung einer Biegung einer Lenkzahnstange einen nicht aus Kunststoff bestehenden Stützring, der eine ringförmige Wand mit einem Außenumfang und einem Innenumfang aufweist. Eine Vielzahl von Zahnstangeneingriffsmerkmalen erstreckt sich von einem inneren Umfang der ringförmigen Wand radial nach innen. Die Vielzahl von Zahnstangeneingriffsmerkmalen sind so angeordnet, dass sie mit der Zahnstange in Eingriff kommen, um ein Verbiegen der Zahnstange zu verhindern.
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Gemäß einem anderen Aspekt umfasst eine Lenkbaugruppe ein Gehäuse mit einer Bohrung und einen nicht aus Kunststoff bestehenden Stützring, der in der Bohrung angeordnet ist. Der nicht aus Kunststoff bestehende Stützring hat eine ringförmige Wand mit einem Außenumfang und einem Innenumfang. Eine Vielzahl von Zahnstangeneingriffsmerkmalen erstreckt sich vom inneren Umfang der ringförmigen Wand radial nach innen. Die Vielzahl von Zahnstangeneingriffsmerkmalen sind so angeordnet, dass sie in eine Zahnstange eingreifen, um ein Verbiegen der Zahnstange zu verhindern.
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Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der folgenden Beschreibung in Verbindung genommen mit den Zeichnungen deutlicher.
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Figurenliste
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Der Gegenstand, der als die Erfindung angesehen wird, wird in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung besonders herausgestellt und im Einzelnen beansprucht. Die vorstehenden und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung genommen mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, wobei:
- 1 zeigt schematisch ein Lenksystem mit einer Servounterstützungseinheit gemäß der vorliegenden Offenbarung;
- 2A und 2B sind perspektivische Ansichten eines Lenksystems nach dem Stand der Technik;
- 3A und 3B sind perspektivische Ansichten eines anderen Lenksystems nach dem Stand der Technik;
- 4A ist eine perspektivische Ansicht eines Lenksystems mit einem Stützring, der gemäß einem Aspekt der Offenbarung konstruiert ist;
- 4B ist eine Querschnittsansicht eines Lenksystems mit dem Stützring aus 4A; und
- 5A und 5B sind verschiedene perspektivische Ansichten des Stützrings der 4A und 4B.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die folgende Diskussion bezieht sich auf verschiedene Ausführungsformen der Offenbarung. Die hier offengelegten Ausführungsformen sollten nicht als Einschränkung des Umfangs der Offenlegung, einschließlich der Ansprüche, ausgelegt oder anderweitig verwendet werden. Darüber sei dem Fachmann zu verstehen, dass die folgende Beschreibung eine breite Anwendung hat, und die Erörterung einer beliebigen Ausführungsform soll nur beispielhaft für diese Ausführungsform sein und nicht bedeuten, dass der Umfang der Offenbarung, einschließlich der Ansprüche, auf diese Ausführungsform beschränkt ist.
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Das Fahrzeug kann jedes geeignete Fahrzeug sein, wie z. B. ein Pkw, ein Lkw, ein Sport Utility Vehicle, ein Mini-Van, ein Crossover, ein beliebiges anderes Personenfahrzeug, ein geeignetes Nutzfahrzeug oder ein anderes geeignetes Fahrzeug. Darüber hinaus können die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung auch auf andere Fahrzeuge, wie Flugzeuge, Boote, Züge, Drohnen oder andere geeignete Fahrzeuge, angewendet sein. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung in verschiedene Lenksystemschemata und elektrische Servolenk- (EPS-)Systeme integriert werden.
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Es wird nun auf die Zeichnungen verwiesen, in denen die verschiedenen Ausführungsformen dargestellt und beschrieben sind, ohne diese einzuschränken.
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Zunächst wird in 1 ein Lenksystem 20 allgemein dargestellt. Das Lenksystem 20 kann als ein Lenksystem mit Fahrerschnittstelle, als autonomes Fahrsystem (ADS) oder als System, das sowohl eine Fahrerschnittstelle als auch eine autonome Lenkung ermöglicht, konfiguriert sein. Das Lenksystem kann eine Eingabevorrichtung 22, wie ein Lenkrad oder andere HWAs, umfassen, wobei ein Fahrer mechanisch eine Lenkeingabe durch Drehen des Lenkrads vornehmen kann. An oder in der Nähe der Eingabevorrichtung 22 kann sich eine Airbagvorrichtung 24 befinden. Eine Lenksäule 26 erstreckt sich entlang einer Achse von der Eingabevorrichtung 22 zu einer Ausgangsbaugruppe 28. Die Lenksäule 26 kann mindestens zwei axial verstellbare Teile umfassen, z. B. einen ersten Abschnitt 30 und einen zweiten Abschnitt 32, die axial zueinander verstellbar sind. Die Ausgangsbaugruppe 28 kann eine Ritzelwellenbaugruppe, eine I-Welle, ein Kardangelenk, Steer-by-Wire- (SBW)Komponenten oder andere Merkmale umfassen, die üblicherweise gegenüber der Eingangsvorrichtung 22 angeordnet sind. Die Ausgangsbaugruppe 28 kann über eine Verbindung 36 mit einem servounterstützten Straßenradaktor 34 (RWA) verbunden sein. Bei der Verbindung 36 kann es sich um eine Lenkgetriebe-Eingangswelle, eine Fortsetzung der Ritzelwellenbaugruppe oder um verdrahtete oder drahtlose digitale Kommunikationsprotokolle handeln.
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Die Servobaugruppe 34 kann Lenkgetriebekomponenten 38 enthalten, wie z. B. ein Zahnstangen- und Ritzelgetriebe, ein Kugelumlauflenkgetriebe oder andere Arten von Lenkgetrieben, die mit autonomen Lenksystemen mit Fahrerschnittstelle oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Servobaugruppe 34 kann dann über die Lenkgetriebekomponenten 38 mit einer Antriebsachsenbaugruppe 40 funktional verbunden werden. Im Betrieb bewirkt eine Betätigung der Fahrereingabe 22 eine entsprechende Bewegung der Servobaugruppe 34 und veranlasst die Antriebsachsenbaugruppe 40, die Antriebsräder 42 eines zugehörigen Fahrzeugs zu drehen. Die Servobaugruppe 34 kann Teil eines elektronisch unterstützten Einzelritzel-Servo- (SPEPS-) Systems, eines elektronisch unterstützten Doppelritzel-Servo- (DPEPS-) Systems, eines elektrischen Säulen-Servo- (CEPS-) Systems oder eines elektrischen Zahnstangen-Servolenksystems vom Kugelumlauftyp (REPS) sein.
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Die 4A und 4B zeigen eine Ausführungsform einer Lenkbaugruppe 100 mit einem Zahnstangenbiegebegrenzer, der das Verbiegen einer Lenkzahnstange 104 verhindert. Der Zahnstangen-Biegebegrenzer umfasst einen in Umfangsrichtung durchgehenden, ringförmigen, nicht aus Kunststoff bestehenden Stützring 102 (d. h. Biegebegrenzer), wie z. B. einen Stahlstützring 102. Es versteht sich von selbst, dass der nicht aus Kunststoff bestehende Stützring 102, der im Folgenden als Metallstützring 102 bezeichnet wird, auch aus anderen starken, haltbaren Metallwerkstoffen hergestellt sein kann, wie dies für eine Person mit normalem Fachwissen (POSA) verständlich ist). Die 5A und 5B zeigen perspektivische Ansichten des Metallstützrings 102 gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung. In der in den 4A und 4B gezeigten Ausführungsform umfasst die Lenkbaugruppe 100 einen Metallstützring 102, der so konfiguriert ist, dass er um die Lenkzahnstange 104 angeordnet sein kann. Ein Pfeil 106 (4A) zeigt die Belastungsrichtung an, wenn das Rad/die Achse von der Bordsteinkante weggedrückt oder auf andere Weise seitlich belastet wird. Der Metallstützring 102 begrenzt die Biegung der Zahnstange 104 innerhalb des Gehäuses 110, ohne dass die Größe (der Durchmesser) der Zahnstange 104 vergrößert oder der Abstand zwischen der Spurstange und dem Kreuzungspunkt von Zahnstange und Ritzel anderweitig verkürzt werden muss, wie dies bei Kunststoffstützringen nach dem Stand der Technik typischerweise erforderlich ist (2A, 2B, 3A, 3B).
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Der Metallstützring 102 umfasst eine Vielzahl von Zahnstangeneingriffsmerkmalen, die als zwei Zahnstangeneingriffsmerkmale 108 dargestellt sind, die von einem ringförmigen Innenumfang einer ringförmigen Wand des Metallstützrings 102 radial nach innen ragen und leicht aus der spiegelbildlichen Beziehung zueinander in allgemein entgegengesetzter Beziehung zueinander versetzt sind, um ein Verbiegen der Lenkzahnstange 104 zu verhindern. Dementsprechend befinden sich die beiden Zahnstangeneingriffsmerkmale 108 in einer nicht gespiegelten Beziehung zueinander über eine zentrale Achse der ringförmigen Wand des Metallstützrings 108. Wie dargestellt, sind die Eingriffsmerkmale 108 asymmetrisch um eine Mittelachse des Metallstützrings 102 versetzt und in einer beispielhaften gezeigten Ausführungsform in einem Innenwinkel A von 125 Grad zueinander angeordnet. Es versteht sich von selbst, dass im Schutzumfang der Erfindung und dieser Offenbarung auch andere Winkel in Betracht gezogen werden, wie beispielhaft und nicht einschränkend z. B. +/-30 Grad. Der Metallstützring 102 befindet sich außerdem im Inneren des Gehäuses 110. In einigen Ausführungsformen wird der Metallstützring 102 mit leichtem Presssitz in eine Bohrung des Gehäuses 110 eingepresst. Die Presspassung gewährleistet den axialen Halt des Metallstützrings 102 in der Bohrung, obwohl auch ein Pflock verwendet werden kann, um einen redundanten Mechanismus für den axialen Halt zu schaffen. Der Metallstützring 102 enthält eine Arretierung 112 an einem Außenumfang der ringförmigen Wand des Metallstützrings 102. Die Arretierung 112 ist zwischen den beiden Zahnstangeneingriffsmerkmalen 108 angeordnet, die in gleichem Abstand zu den Zahnstangeneingriffsmerkmalen 108 dargestellt sind. Die Arretierung 112 ist beispielhaft und ohne Einschränkung als eine vertiefte Kerbe dargestellt, die sich in eine ansonsten zylindrische Außenfläche erstreckt, die den Außenumfang definiert. Das Gehäuse 110 enthält ein Positionierungsmerkmal, das so konfiguriert ist, dass es mit der Arretierung 112 zusammenpasst, um den Metallstützring 102 in Bezug auf das Gehäuse 110 und die Lenkzahnstange 104 fest auszurichten. Das Positionierungsmerkmal ist als ein Vorsprung 114 dargestellt, der sich von einer allgemein zylindrischen Innenfläche, die die Bohrung des Gehäuses 110 begrenzt, radial nach innen erstreckt. Der Vorsprung 114 ist so konfiguriert, dass er in der Arretierung 112 des Metallstützrings 102 angeordnet ist, um eine ordnungsgemäße radiale Ausrichtung des Metallstützrings 102 innerhalb des Gehäuses 110 zu gewährleisten, wodurch sichergestellt wird, dass der Metallstützring 102 in Bezug auf die Lenkzahnstange 104 ordnungsgemäß ausgerichtet ist. Der Vorsprung 114 ist so konfiguriert, dass er eng in die Arretierung 112 einpasst ist.
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In der Nähe der Arretierung 112 am inneren Umfang des Metallstützrings 102 befindet sich ein drittes Zahnstangeneingriffsmerkmal 116, das so konfiguriert ist, dass es in die Lenkzahnstange 104 eingreift und verhindert, dass die Lenkzahnstange 104 und das Ritzel außer Eingriff kommen, wenn kein Zahnstangenjoch vorhanden ist. So wird die Lenkzahnstange 104 durch die beiden Zahnstangeneingriffsmerkmale 108 und das dritte Zahnstangeneingriffsmerkmal 116 gegen eine radiale Verschiebung aus ihrer Längsmittelachse gesichert. Das dritte Zahnstangeneingriffsmerkmal 116 ist radial mit der Arretierung 112 ausgerichtet und somit in gleichem Abstand zu den Zahnstangeneingriffsmerkmalen 108 angeordnet gezeigt.
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Diametral gegenüber der Arretierung 112 und dem dritten Zahnstangeneingriffsmerkmal 116 befindet sich eine große vorsprungsfreie Innenzone 118, die als glatter zylindrischer Sektor am Innenumfang des Metallstützrings 102 ausgebildet und so konfiguriert ist, dass sie einen Abstand zwischen dem Metallstützring 102 und den Zähnen 120 der Lenkzahnstange 104 schafft. Der Abstand trägt dazu bei, dass die Zähne 120 der Zahnstange 104 bei der Belastung nicht beschädigt werden. Da die Ausrichtung des Metallrings 102 relativ zu den Zahnstangenzähnen 120 genau gesteuert wird, ist sichergestellt, dass der vorsprungsfreie Innenbereich 118 richtig gegenüber den Zähnen 120 ausgerichtet ist, wodurch gewährleistet wird, dass der richtige Abstand gegenüber den Zähnen 120 vorhanden ist, um eine unbeabsichtigte Beschädigung der Zähne 120 während der Belastung zu verhindern.
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Der Metallstützring 102 ermöglicht daher eine Lenkbaugruppe 108 mit verbesserter Beständigkeit gegen ein Verbiegen und eine Verformung der Zahnstange 104 während der Belastung und verfügt über ein Wegbegrenzungsmerkmal, ohne dass mehr Teile benötigt werden (da der Stahlstützring den herkömmlichen Einsatzring ersetzt) oder das System mit zusätzlicher Reibung belastet wird. Es versteht sich von selbst, dass der abgebildete Metallstützring 102 aus einer beliebigen Anzahl von nicht aus Kunststoff bestehenden oder plastisch nicht verformbaren Materialien oder Verbundwerkstoffen hergestellt werden kann. Ein nicht einschränkendes Beispiel ist Metallpulver, Bronze oder Verbundmaterial, das aus Schichten verschiedener Materialien besteht.
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Obgleich die Erfindung ausführlich mit nur einer begrenzten Zahl von Ausführungsformen beschrieben worden ist, ist leicht zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf solche offenbarten Ausführungsformen begrenzt ist. Vielmehr kann die Erfindung abgewandelt werden, um jede Zahl von Veränderungen, Abänderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die bislang nicht beschrieben wurden, die aber in die Grundidee und den Schutzumfang der Erfindung fallen, einzuarbeiten. Obgleich zusätzlich verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, ist es zu verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen umfassen können. Darüber hinaus kann jedes Merkmal, jedes Element, jede Komponente oder jeder Vorteil einer der Ausführungsformen auch bei allen anderen Ausführungsformen verwendet werden. Dementsprechend ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt anzusehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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