DE10227909A1

DE10227909A1 - Steuermechanismus für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE10227909A1
Application number: DE10227909A
Authority: DE
Inventors: Adrian Jose Ballester
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Automotive Components Holdings LLC
Priority date: 2001-07-06
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2003-01-23
Anticipated expiration: 2022-06-22
Also published as: FR2826922A1; DE10227909B4; US6722465B2; GB2378163A; GB2378163B; JP2003034259A; GB0214048D0; US20030006086A1; KR20030005032A

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem mit einer ersten Röhre mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende, sowie einer ersten Öffnung, angeordnet zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende. Weiterhin ist eine zweite Röhre mit einer zweiten Öffnung vorgesehen, wobei sich die zweite Öffnung zumindest teilweise mit der ersten Öffnung in Deckung befindet. Die erste Röhre und die zweite Röhre sind im Bereich ihrer Öffnungen miteinander verbunden. Es gibt eine Zahnstange innerhalb der ersten Röhre, ein Ritzel innerhalb der zweiten Röhre, ein erstes Lager, angeordnet innerhalb der ersten Röhre im Bereich des ersten Endes und einem zweiten Lager, angeordnet innerhalb der ersten Röhre im Bereich des zweiten Endes. Das erste Lager und das zweite Lager lagern die Zahnstange innerhalb der ersten Röhre, derart, dass die Zahnstange mit dem Ritzel im Eingriff steht. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit dem Steuersstem und Verfahren zur Herstellung des Steuersystems.

Description

Grundsätzlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Steuersystem für ein Kraftfahrzeug. Im Speziellen betrifft die vorliegende Erfindung angetriebene und manuelle Zahnstange-Ritzel-Steuersysteme für Kraftfahrzeuge.
Zahnstange-Ritzel-Steuersysteme werden gewöhnlich in Kraftfahrzeugen genutzt. Um übermäßige Geräusche während des Betriebs des Steuersystems zu verhindern, sollte das Ritzel in einer gewünschten Richtung ausgerichtet sein, sodass sich die Zahnstange aufgrund der Drehung des Ritzels in der gewünschten Art und Weise bewegt. Während des Betriebes sollte diese Position beibehalten werden. Wird die korrekte Positionierung nicht erreicht, können sich dadurch unerwünschte Geräusche entwickeln.
Gewöhnlich sind die Gehäuse der Zahnstange und des Ritzels aus einem einzigen Gussstück zusammengeformt ausgeführt. Derartige Gussstücke werden üblicherweise in einer Gießerei geformt. Ein Nachteil solcher Systeme besteht darin, dass Steuersysteme üblicherweise für die Nutzung in verschiedenen Fahrzeugtypen hergestellt werden. Aus verschiedenen Gründen benötigt jedes Fahrzeug eine leichte Abwandlung der Position der Zahnstange in Bezug auf das Ritzel. Deswegen müssen jedes Mal neue Gussformen und neue Gussstücke geformt werden. Ein weiterer Nachteil dieses Prozesses ist, dass es sehr kostenaufwendig ist, zusätzlich die Gussform für das Formen des Gehäuses herzustellen.
Weiterhin ist in einem konventionellem Steuersystem das Ritzel an einem Ende der Zahnstange positioniert, während das andere Ende der Zahnstange durch ein Lager gehalten wird. Ein Problem dieser Konfiguration ist, dass das nicht gehaltene Ende der Zahnstange mechanische Geräusche aufgrund des Fehlens einer Halterung erzeugen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vielseitiges Steuersystem zu schaffen, welches in einem kostengünstigen Verfahren hergestellt werden kann. Ziel der Erfindung ist es, ein Steuersystem bereitzustellen, das einfach herzustellen ist und ein einfaches mechanisches Ausrichten der Zahnstange in Bezug auf das Ritzel erlaubt. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Steuersystem bereit zustellen, welches die Geräusche während des Betriebes reduziert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 9, sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst.
Das Zulassen bzw. Ermöglichen unterschiedlicher Positionen der Zahnstange im Bezug auf das Ritzel erlaubt eine hohe Flexibilität in der Herstellung des Steuersystems.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist das Steuersystem eine erste Röhre mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende und einer ersten Öffnung, die zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende angeordnet ist, auf. Eine zweite Röhre weist eine mit der ersten Öffnung deckungsgleiche zweite Öffnung. Die erste Röhre und die zweite Röhre sind im Bereich der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung miteinander verbunden. Eine Zahnstange ist innerhalb der ersten Röhre und ein Ritzel innerhalb der zweiten Röhre angeordnet. Ein erstes Lager ist im Bereich des ersten Endes innerhalb der ersten Röhre angeordnet. Ein zweites Lager ist im Bereich des zweiten Endes innerhalb der ersten Röhre angeordnet. Das erste und das zweite Lager lagern die Zahnstange innerhalb der ersten Röhre.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist ein Verfahren zur Herstellung eines Steuersystems folgende Schritte auf:

- Erstellen einer ersten Öffnung in einer ersten Röhre zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende zur Ausbildung einer ersten Hohlkehle,
- Erstellen einer zweiten Öffnung zur Ausbildung einer zweiten Hohlkehle in einer zweiten Röhre,
- Anordnen der ersten Hohlkehle zur zweiten Hohlkehle derart, dass die ersten Röhre in einer vorbestimmten Ausrichtung im Bezug auf die zweite Röhre ausgerichtet ist,
- endgültiges Verbinden der ersten Hohlkehle und der zweiten Hohlkehle,
- Anordnen einer Zahnstange innerhalb der ersten Röhre,
- Anordnen eines Ritzels innerhalb der zweiten Röhre, und
- Ineingriffbringen des Ritzels mit der Zahnstange.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch die vorliegende Erfindung eine hohe Rückstellkraft bereitgestellt werden kann. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Konfiguration sowohl für manuelle als auch angetriebene Steuersysteme eingesetzt werden kann. Wiederum ein Vorteil dieser Erfindung ist, dass das System problemlos auf unterschiedliche Winkel zwischen der Zahnstange und dem Ritzel eingestellt werden kann, ohne jeweils neue komplexe Gussformen für die Gussstücke formen zu müssen.
Weitere Eigenschaften, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden im Rahmen der detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung und den nachfolgenden Ansprüchen deutlich.
Es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Steuersystems nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Röhre und einer zweiten Röhre des Steuersystems,
Fig. 3 das Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung in einem Längsschnitt,
Fig. 4 das Steuersystem der vorliegenden Erfindung in Seitenansicht, teilweise geschnitten entsprechend der in Fig. 3 eingezeichneten Schnittlinie X-X,
Fig. 5 einen Längsschnitt einer ersten alternativen Abstützung nach der vorliegenden Erfindung,
Fig. 6 einen Längsschnitt einer zweiten alternativen Abstützung nach der vorliegenden Erfindung.
In der nachfolgenden Figurenbeschreibung und in den Figuren selbst werden die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung der jeweils gleichen Komponenten aus verschiedenen Ansichten genutzt. Die vorliegende Erfindung ist sowohl für angetriebene als auch für manuelle Steuersysteme nutzbar. Die verschiedenen Formen und Ausrichtungen der Komponenten sind ausschließlich für illustrative Zwecke gedacht und sollen den Umfang der Erfindung nicht begrenzen.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Steuersystems 10 mit einem Zahnstangengehäuse 12, das durch eine erste Röhre 14 geformt ist. Das Steuersystem 10 weist weiterhin ein Ritzelgehäuse 16, geformt aus einer zweiten Röhre 18, auf. Vorzugsweise sind die erste Röhre 14 und die zweite Röhre 18 aus Stahl oder haltbarem Kunststoffmaterial geformt und an der Verbindungsstelle 20 miteinander verbunden, vorzugsweise verschweißt. Die erste Röhre 14 und die zweite Röhre 18 weisen vorzugsweise einen runden Querschnitt auf, jedoch können auch andersartig geformte Röhren genutzt werden, beispielsweise mit quadratischem, ovalem oder rechteckigem Querschnitt.
Die erste Röhre 14 hat ein erstes Ende 22 und ein zweites Ende 24. Die zweite Röhre 18 ist zwischen dem ersten Ende 22 und dem zweiten Ende 24 angeordnet. Eine erste Halterung 26 ist mit dem ersten Ende 22 verbunden und geeignet, das Steuersystem 10 mit einem Kraftfahrzeug zu verbinden (hierfür weist die erste Halterung 26 einen Bereich 30 aul). Eine zweite Halterung 28 ist am zweiten Ende 24 angeordnet und weist ebenfalls einen Bereich 30 zur Verbindung der zweiten Halterung 28 mit dem Kraftfahrzeug auf.
Die zweite Röhre 18 kann bei einem Einsatz in einer angetrieben Steuerkonfiguration zusätzlich ein hydraulisches Ventil beinhalten. Wie gezeigt, erstrecken sich Flüssigkeitsdurchlässe 29 durch die zweite Röhre 18 um einen Flüssigkeitsaustausch mit dem darin befindlichen Ventil zu gewährleisten. Im Falle von manuell betriebenen Steuersystemen können die Flüssigkeitsdurchlässe 29 versiegelt sein oder vollständig fehlen. Die Flüssigkeitsdurch- lässe 29 können durch ein separates Bauteil gebildet sein oder in die zweite Röhre 18 integriert sein, beispielsweise durch eine entsprechende Gussform.
Fig. 2 zeigt die erste Röhre 14 und die zweite Röhre 18 getrennt voneinander. Jede Röhre weist eine zugehörige Öffnung 31, 33 auf, welche Hohlkehlen 32, 34 ausbilden. Die Hohlkehlen 32, 34 werden bereits vor dem Zusammenbau der entsprechenden Röhren 14, 18 in diesen ausgebildet. Die Ausrichtung der Hohlkehle 32 in Bezug auf die Hohlkehle 34 bestimmt den Winkel für den Zusammenbau der ersten Röhre 14 in Bezug zur zweiten Röhre 18. Demnach wird durch eine Änderung der Ausrichtung der Hohlkehlen 32, 34 zueinander die relative Ausrichtung der ersten Röhre 14 und der zweiten Röhre 18 zueinander geändert. Vorteilhafterweise können derartige Variationen in der Ausrichtung der Öffnungen 31, 33 bzw. der Hohlkehlen 32, 34 für einen Einsatz in verschieden Kraftfahrzeugtypen genutzt werden. Die Hohlkehlen 32, 34 sind Aussparungen, welche ein halbkreisförmiges Profil aufweisen, das sich jeweils in die Röhre 14 bzw. Röhre 18 erstreckt. Wie gezeigt, hat die zweite Röhre 18 einen geringeren Durchmesser als die erste Röhre 14. Dies bewirkt ein Halten der Hohlkehle 34 innerhalb der Hohlkehle 32 der ersten Röhre 14.
Die Fig. 3 und 4 zeigen, dass eine Zahnstange 36 innerhalb der ersten Röhre 14 angeordnet ist. Die Zahnstange 36 ist in einer gewöhnlichen Art und Weise ausgeformt und weist eine Vielzahl von Zahnstangenzähnen 38 auf. Die Zahnstange 36 ist schließlich mit Rädern eines Fahrzeugs verbunden und bewegt diese. Die Zahnstange 36 weist vorzugsweise einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Die Zahnstange 36 wird durch ein erstes Lager 40 und ein zweites Lager 42 gehalten. Die Lager 40, 42 sind vorzugsweise aus einem elastischen Material geformt, sodass Kräfte, die auf die Zahnstange 36 wirken durch die Lager 40, 42 absorbiert werden können. Jedes Lager 40, 42 hat eine derartige Öffnung 44 bzw. 46, dass sich die Zahnstange 36 durch diese erstrecken kann. Vorzugsweise sind die Lager 40, 42 jeweils im Bereich der zugehörigen ersten Halterung 26 und zweiten Halterung 28 innerhalb der ersten Röhre 14 angeordnet. Eine erste Abstützung 48 und eine zweite Abstützung 50 sind angrenzend an das jeweils zugehörige Lager 40, 42 zur Beibehaltung der Position der Lager 40, 42 innerhalb der ersten Röhre 14 angeordnet.
In der dargestellten Ausführungsform weist die Abstützung 48 und die Abstützung 50 jeweils eine Kerbe 52 bzw. eine Kerbe 54 auf. Die Lager 40, 42 weisen einen korrespondierenden Stift oder eine Vielzahl von Stiften 56, 58 auf. Die Stifte 56, 58 greifen in die Kerben 52, 54 ein, die wiederum die Lager 40, 42 in ihrer Position halten.
Das Ritzelgehäuse 16 weist in seinem Inneren ein Ritzel mit einem Ritzelschaft 60 auf. Der Ritzelschaft 60 ist wiederum mit einem Ritzelzahnrad 62 verbunden, welches mit dem Zahnstangenzähnen 38 in Eingriff steht. Der Ritzelschaft 60 kann in einer angetriebenen Steuerkonfiguration ein Ventilteil 64 aufweisen, das drehbar mit diesem verbunden ist. Der Ritzelschaft 60 ist schließlich mit einem nicht gezeigten Lenkrad eines Kraftfahrzeuges verbunden. Demnach dreht sich der Ritzelschaft 60, wenn das Lenkrad gedreht wird und bewegt somit die Zahnstange 36 entlang der Längsachse der ersten Röhre 14.
Die zweite Röhre 18 weist einen Endverschluss 66 auf, welcher das Ende des Ritzelschaftes 60 aufnimmt. Der Ritzelschaft 60 ist somit mit den Endverschluss 66 verbunden, das zu diesem Zweck ein Lager aufweist, welches eine Drehbewegung des Ritzelschaftes 60 erlaubt. Während bzw. vor der Herstellung wird die gewünschte Ausrichtung des Zahnstange 36 in Bezug auf den Ritzelschaft 60 bzw. das Ritzelzahnrad 62 für jeden einzelnen Fahrzeugtyp ermittelt, für den das Steuersystem 10 genutzt wird. Das Ausformen der ersten Öffnung 31 und der zweiten Öffnung 33 bzw. der ersten Hohlkehle 32 und der zweiten Hohlkehle 34 kann durch einen automatisierten Prozess leicht erreicht werden. Die erste Hohlkehle 32 der ersten Röhre 14 wird gegen die zweite Hohlkehle 34 der zweiten Röhre 18 in der vorbestimmten Position ausgerichtet. Die erste Hohlkehle 32 und die zweite Hohlkehle 34 werden dann endgültig durch Schweißen oder andere für die jeweiligen Materialien, aus denen die erste Röhre 14 und die zweite Röhre 18bestehen, geeignete Verbindungsmittel, miteinander verbunden. Der Ritzelschaft 60 ist innerhalb der zweiten Röhre 18 angeordnet und die Zahnstange 36 ist innerhalb der ersten Röhre 14 angeordnet und mit dem Ritzelzahnrad 62 verbunden. Die Lager 40, 42 werden genutzt, um die Zahnstangenzähne 38 während des Betriebes gegen das Ritzelzahnrad 62 zu drücken. Die erste Abstützung 58 und die zweite Abstützung 60 werden wiederum genutzt um die Lager 40, 42 in Position zu halten.
Zur Befestigung des Steuersystems 10 innerhalb des Kraftfahrzeugs sind eine erste Halterung 26 und eine zweite Halterung 28 an den entgegengesetzten Enden der ersten Rohre 14 angeordnet. Vorzugsweise sind die erste Halterung 26 und die zweite Halterung 28 an den äußeren Enden 22, 24 der ersten Röhre 14 im Bereich des ersten Lagers 40 bzw. des zweiten Lagers 42, vorzugsweise einander gegenüberliegend, also nur durch die Mantelfläche der ersten Röhre 14 voneinander getrennt, angeordnet.
In Fig. 5 ist eine alternative Abstützung 48' gezeigt. In dieser Ausführungsform ist ein Kanal 70 innerhalb der ersten Röhre 14 ausgeformt. Das erste Lager 40 und auch das zweite Lager 42 werden jeweils beim Einfügen zusammengedrückt und expandieren wieder, wenn sie innerhalb des Kanals 70 ausgerichtet sind.
Fig. 6 zeigt eine weitere alternative Abstützung 48". In dieser Ausführungsform ist eine Stufe 72 innerhalb der ersten Röhre 14 ausgeformt. Das erste Lager 40 und das zweite Lager 42 werden in die erste Röhre 14 eingesetzt und jeweils mit Hilfe eines Klipps 74 in Position gehalten. Der Klipp 74 kann beispielsweise als sogenannter Seegerklipp ausgebildet sein.
Die in Fig. 5 und in Fig. 6 gezeigten alternativen Abstützungen 48', 48" können prinzipiell auch an anderen geeigneten Stellen beispielsweise auch innerhalb der zweiten Röhre 18 eingesetzt werden.
Neben den gezeigten und beschriebenen speziellen Ausführungsformen der Erfindung sind auch zahlreiche weitere und gleichwirkende Ausführungsformen möglich und ergeben sich dem Fachmann aufgrund der vorangegangenen Ausführungen. Insofern sind die beschriebenen Ausführungsformen keinesfalls als Einschränkung bzw. Limitierung der Erfindung zu verstehen.

Claims

1. Ein Steuersystem mit
einer ersten Röhre (14), mit einem ersten Ende (22) und einem zweiten Ende (24), sowie einer ersten Öffnung (31), die zwischen dem ersten Ende (22) und dem zweiten Ende (24) angeordnet ist,
eine zweite Röhre (18) mit einer zweiten Öffnung (33), wobei sich die zweite Öffnung (33) zumindest teilweise mit der ersten Öffnung (31) in Deckung befindet und wobei die erste Röhre (14) und die zweite Röhre (18) im Bereich der ersten Öffnung (31) und der zweiten Öffnung (33) miteinander verbunden sind,
einer Zahnstange (36) innerhalb der ersten Röhre (14),
einem Ritzelschaft (60) innerhalb der zweiten Röhre (18),
einem innerhalb der ersten Röhre (14) im Bereich des ersten Endes (22) angeordneten ersten Lager (40),
einem innerhalb der ersten Röhre (14) im Bereich des zweiten Endes (24) angeordneten zweiten Lager (42), wobei
das erste Lager (40) und das zweite Lager (42) die Zahnstange (36) innerhalb der ersten Röhre (14) derart lagern, dass die Zahnstange (36) mit einem mit dem Ritzelschaft (60) verbundenen Ritzelzahnrad (62) im Eingriff steht.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Röhre (18) zwischen dem ersten Lager (40) und dem zweiten Lager (42) angeordnet ist.

3. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Abstützung (48) an der ersten Röhre (14) im Bereich des ersten Lagers (40) angeordnet ist.

4. Kraftfahrzeug mit einem Steuersystem, wobei das Steuersystem aufweist
ein Zahnstangengehäuse (12) mit einem ersten Ende (22) und einem zweiten Ende (24),
ein Ritzelgehäuse (16), welches mit dem Zahnstangengehäuse (12) verbunden ist
eine Zahnstange (36), angeordnet innerhalb des Zahnstangengehäuses (12),
ein Ritzel, angeordnet innerhalb des Ritzelgehäuses (16),
ein erstes Lager (40), angeordnet innerhalb des Zahnstangengehäuses (12) im Bereich des ersten Endes (22),
ein zweites Lager (42), angeordnet innerhalb des Zahnstangengehäuses (12) im Bereich des zweiten Endes (24), wobei
das erste und das zweite Lager (40, 42) die Zahnstange (36) innerhalb der ersten Röhre (14) lagern.

5. Kraftfahrzeug mit einem Steuersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zahnstangengehäuse (12) durch eine erste Röhre (14) mit einer ersten Öffnung (31), die zwischen dem ersten Ende (22) und dem zweiten Ende (24) angeordnet ist, gebildet ist.

6. Kraftfahrzeug mit einem Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzelgehäuse (16) durch eine zweite Röhre (18) mit einer zweiter Öffnung (31) gebildet ist, wobei sich die zweite Öffnung (33) zumindest teilweise mit der ersten Öffnung (31) in Deckung befindet.

7. Verfahren zur Herstellung eines Steuersystems, bestehend aus den Verfahrenschritten:

- Erstellen einer ersten Öffnung (31) in einer ersten Röhre (14) zwischen einem ersten Ende (22) und einem zweiten Ende (24) zur Ausbildung einer ersten Hohlkehle (32),

- Erstellen einer zweiten Öffnung (33) in einer zweiten Röhre (18) zur Ausbildung einer zweiten Hohlkehle (34),

- Anordnen der ersten Hohlkehle (32) zur zweiten Hohlkehle (34) derart, dass die erste Röhre (14) in einer vorbestimmten Ausrichtung in Bezug auf die zweite Röhre (18) ausgerichtet ist,

- entgültiges Verbinden der ersten Hohlkehle (32) und der zweiten Hohlkehle (34),

- Anordnen einer Zahnstange (36) innerhalb der ersten Röhre (14),

- Anordnen eines Ritzels der zweiten Röhre (18), und

- Ineingriffbringen des Ritzels mit der Zahnstange (36).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des ersten Endes (22) der ersten Röhre (14) ein erstes Lager (40) angeordnet ist.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnstange (36) und das Ritzel durch das erste Lager (40) gegeneinander gedrückt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des zweiten Endes (24) der ersten Röhre (14) ein zweites Lager (42) angeordnet ist.