DE4235635A1

DE4235635A1 - Servo-assisted rack=and=pinion steering gear for vehicle - incorporates servo piston and piston rod forged in one piece with rack

Info

Publication number: DE4235635A1
Application number: DE19924235635
Authority: DE
Inventors: Werner Breitweg; Arthur Rupp; Goetz Schweitzer
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 1992-10-22
Filing date: 1992-10-22
Publication date: 1994-04-28

Abstract

The simplified servo steering mechanism for a vehicle has the servo piston rod (10) forged in one piece with the piston (26,26A). The blank for the workpiece is round bar or tube and the piston is formed by forging the rod between moulds from both ends, followed by machine finishing. The one-piece construction provides a cost saving in workpiece parts and connectors. The piston end faces are shaped into the contour of the rod. The forging may be performed by hammering or pressing. USE/ADVANTAGE - One-piece construction of piston, piston rod and rack in vehicle steering gear gives low mfr. cost.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zahnstangen-Hilfskraftlen kung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Bei einer derartigen Hilfskraftlenkung ist in einem Lenkgehäuse ein Ritzel drehbar gelagert. Eine Zahn stange ist in dem Lenkgehäuse axial verschiebbar geführt und wird durch ein federbelastetes Druckstück in Eingriff mit dem Ritzel gehalten. Zur Hilfskraftunterstützung dient ein Servo motor, dessen Kolbenstange trieblich mit der Zahnstange ver bunden ist. Eine Steuereinrichtung für die Steuerung des Druckmittels zu und von dem Servomotor ist in Abhängigkeit von einer Bewegung des Ritzels verstellbar.The invention relates to a rack auxiliary power kung, especially for motor vehicles, according to the generic term of claim 1. In such a power steering a pinion rotatably mounted in a steering housing. A tooth rod is guided and axially displaceable in the steering housing is engaged by a spring-loaded pressure piece Pinion held. A servo is used to assist assistants motor, the piston rod of which drives the rack is bound. A control device for controlling the Pressure medium to and from the servo motor is dependent adjustable by movement of the pinion.

Eine derartige Zahnstangen-Hilfskraftlenkung ist bekannt aus der DE-A1 32 48 001. Bei einer derartigen Zahnstangen- Hilfskraftlenkung ist der Kolben auf die Kolbenstange aufge schoben und durch zwei Sicherungsringe oder durch Einbördeln eines Teiles des Kolbens in Rillen der Kolbenstange in axialer Richtung auf der Kolbenstange befestigt.Such an auxiliary power steering system is known from DE-A1 32 48 001. With such a rack Power steering is the piston on the piston rod pushed and by two circlips or by crimping part of the piston in grooves of the piston rod in attached to the piston rod in the axial direction.

Die Befestigung des Kolbens auf der Kolbenstange erfor dert mehrere Einzelteile. Außerdem ist bei dieser Befesti gungsart des Kolbens auf der Kolbenstange eine Schwächung der Kolbenstange im Bereich der in sie eingearbeiteten Rillen oder Nuten nicht zu vermeiden.The fastening of the piston on the piston rod is necessary changes several parts. Also with this fastener type of piston on the piston rod weakening the piston rod in the area of the grooves worked into it or not avoiding grooves.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte Zahnstangen-Hilfskraftlenkung derart zu verbessern, daß die aus Kolben und Kolbenstange bestehende Baueinheit kosten günstiger hinsichtlich der Teilekosten, der Fertigungskosten und der Montagekosten ausgeführt ist. Dabei sollen alle An forderungen hinsichtlich Funktion und Festigkeit, wie bei bisher bekannten Zahnstangen-Hilfskraftlenkungen, erreicht werden. The invention has for its object the known Rack and pinion power steering to improve such that the unit consisting of piston and piston rod cost cheaper in terms of parts costs, manufacturing costs and the assembly costs have been met. All should requirements with regard to function and strength, as with previously known rack and pinion power steering systems become.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeich nete Zahnstangen-Hilfskraftlenkung und durch das im An spruch 2 gekennzeichnete Verfahren zur Herstellung der Kol benstange aus Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die Merkmals kombinationen der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und einzelnen Anspruchsmerkmalen aus der Aufgaben stellung.This object is characterized by in claim 1 nete rack and pinion steering and by that in the An Proverb 2 marked process for the preparation of the Kol benstange solved from claim 1. Practical and advantageous Embodiments of the invention are in the subclaims specified. However, the invention is not based on the feature combinations of claims limited. For the specialist there are further useful combinations of Claims and individual claim characteristics from the tasks position.

Erfindungsgemäß besteht die Kolbenstange zusammen mit dem Kolben aus einem Stück. Dies wird dadurch erreicht, daß die Kolbenstange aus einem Rohling im Bereich des Kolbens derart gestaucht wird, daß sich ein radial nach außen erfol gender Werkstofffluß ergibt und daß nach dem spanlosen An stauchen des Kolbens dessen Außenkontur an der Umfangsfläche in einem weiteren Verfahrensschritt fertigbearbeitet wird. Vorteilhaft ist es, wenn im Bereich des anzuformenden Kolbens an der Kolbenstange ein Gesenk angesetzt wird, dessen Innen kontur der Außenkontur des anzuformenden Kolbens entspricht. Je nach den Anforderungen hinsichtlich Festigkeit und Gewicht kann als Rohling für die Kolbenstangen-Kolben-Einheit ein Voll-Rundmaterial oder ein rohrförmiges Rundmaterial ver wendet werden.According to the invention, the piston rod consists of the piston in one piece. This is achieved in that the piston rod from a blank in the area of the piston is compressed so that a radially outward success gender material flow results and that after the non-cutting type compress the piston its outer contour on the peripheral surface is finished in a further process step. It is advantageous if in the area of the piston to be molded a die is placed on the piston rod, the inside of which contour corresponds to the outer contour of the piston to be molded. Depending on the requirements regarding strength and weight can be used as a blank for the piston rod-piston unit Full round material or a tubular round material ver be applied.

Durch die einteilige Ausbildung von Kolbenstange und Kolben wird die Teileanzahl reduziert, Montagekosten ent stehen nicht. Gleichzeitig entstehen durch den günstigen Materialfluß bessere Festigkeitseigenschaften.Due to the one-piece design of the piston rod and Piston the number of parts is reduced, assembly costs ent do not stand. At the same time arise from the cheap Material flow better strength properties.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher er läutert.The invention is based on two in the following Drawing illustrated embodiments he closer purifies.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Zahnstangen-Hilfskraftlenkung nach einem ersten Ausführungsbeispiel; Figure 1 shows a longitudinal section through the power assisted steering according to the invention according to a first embodiment.

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch die Zahnstangen- Hilfskraftlenkung der Fig. 1 im Bereich des Ritzels und des Druckstücks; FIG. 2 shows a partial cross section through the power assisted-rack steering system of FIG. 1 in the region of the pinion and the pressure piece;

Fig. 3 einen Teillängsschnitt durch die Kolbenstange im Bereich des Kolbens nach einem zweiten Aus führungsbeispiel. Fig. 3 shows a partial longitudinal section through the piston rod in the region of the piston according to a second exemplary embodiment.

In einem Lenkgehäuse 1 ist ein Ritzel 2 in zwei Lagern 3 und 4 drehbar gelagert. Das Ritzel 2 trägt an seinem einen Ende einen Lenkspindelanschluß 5 für den Anschluß an ein Lenkorgan, beispielsweise eine nicht dargestellte Lenkspindel mit einem Lenkhandrad.In a steering housing 1 , a pinion 2 is rotatably mounted in two bearings 3 and 4 . The pinion 2 carries at one end a steering spindle connection 5 for connection to a steering element, for example a steering spindle (not shown) with a steering handwheel.

Das Ritzel 2 steht über seine Verzahnung in Eingriff mit einer Zahnstange 6, die in dem Lenkgehäuse 1 axial verschiebbar geführt ist. Die Zahnstange 6 wird mit Hilfe eines federbelasteten Druckstückes 7 in bekannter Weise gegen die Verzahnung des Ritzels 2 gedrückt.The pinion 2 is in engagement with a toothed rack 6 , which is guided axially displaceably in the steering housing 1 . The rack 6 is pressed in a known manner against the teeth of the pinion 2 by means of a spring-loaded pressure piece 7 .

Zur Hilfskraftunterstützung dient ein Servomotor 8, dessen Kolbenstange 10 fest mit der Zahnstange 6 verbunden ist. Der Servomotor 8 enthält in einem Zylinder 11 zwei Zylinderräume 12 und 13, die über Arbeitsleitungen 14 und 15 mit zwei Zylinderanschlüssen 16 und 17 einer Steuereinrich tung 18 verbunden sind. Die Steuereinrichtung 18 weist außer dem noch einen Zulaufanschluß 20 auf, an den eine Servo pumpe 21 angeschlossen ist. An einen Rücklaufanschluß 22 ist ein Behälter 23 angeschlossen. Die Arbeitsleitungen 14 und 15 sind an den Zylinder 11 über zwei Anschlußteile 24 und 25 an geschlossen. A servo motor 8 is used for auxiliary power support, the piston rod 10 of which is firmly connected to the toothed rack 6 . The servo motor 8 contains in a cylinder 11 two cylinder spaces 12 and 13 which are connected via working lines 14 and 15 to two cylinder ports 16 and 17 of a device 18 Steuereinrich. The control device 18 also has an inlet connection 20 to which a servo pump 21 is connected. A container 23 is connected to a return connection 22 . The working lines 14 and 15 are closed on the cylinder 11 via two connecting parts 24 and 25 .

Die beiden Zylinderräume 12 und 13 sind durch einen Kolben 26 voneinander getrennt. Der Kolben 26 und die Kolben stange 10 bestehen zusammen aus einem Stück. Dies wird da durch erreicht, daß die Kolbenstange 10 bzw. ein Kolben stangen-Rohling im Bereich des Kolbens derart gestaucht wird, daß sich ein radial nach außen erfolgender Werkstofffluß er gibt. Dieser Werkstofffluß wird zweckmäßigerweise durch ein Gesenk, das die Kolbenstange 10 im Bereich des anzuformenden Kolbens umgibt, in die Form des Kolbens 26 gelenkt. Die Innen kontur des Gesenkes entspricht der Außenkontur des anzuformen den Kolbens 26. Nach dem Anstauchen des Kolbens 26 an die Kolbenstange 10 wird die Außenkontur des Kolbens 26 an der Umfangsfläche in einem weiteren Verfahrensschritt, beispiels weise spanabhebend, fertigbearbeitet. Dabei wird die zylin drische Umfangsfläche des Kolbens 26 beispielsweise überdreht und geschliffen und mit einer Ringnut für einen Kolbenring 27 versehen.The two cylinder spaces 12 and 13 are separated from one another by a piston 26 . The piston 26 and the piston rod 10 together consist of one piece. This is achieved by the fact that the piston rod 10 or a piston rod blank is compressed in the region of the piston in such a way that there is a radially outward flow of material. This material flow is expediently directed into the shape of the piston 26 by a die which surrounds the piston rod 10 in the region of the piston to be molded. The inner contour of the die corresponds to the outer contour of the piston 26 to be molded. After the piston 26 has been compressed on the piston rod 10 , the outer contour of the piston 26 is finished on the peripheral surface in a further process step, for example by machining. The cylin drical peripheral surface of the piston 26 is, for example, turned and ground and provided with an annular groove for a piston ring 27 .

Die beiden Zylinderräume 12 und 13 werden an ihren, von dem Kolben 26 abgewandten Seiten durch Dichtungen 28 bzw. 30 abgeschlossen, die in dem Lenkgehäuse 1 bzw. dem Zylinder 11 angeordnet sind.The two cylinder spaces 12 and 13 are closed off on their sides facing away from the piston 26 by seals 28 and 30 , respectively, which are arranged in the steering housing 1 and the cylinder 11 , respectively.

In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Kolben stange 10 zusammen mit dem Kolben 26 aus einem Rohling in der Form von Voll-Rundmaterial gefertigt. In dem Ausführungs beispiel nach Fig. 2 ist der Rohling für die Kolbenstange 10A und den Kolben 24A ein rohrförmiges Rundmaterial. Wie leicht zu erkennen ist, ergibt sich in beiden Fällen ein sehr gün stiger Gefügeverlauf. Im Fall des rohrförmigen Rundmaterials ergibt sich zusätzlich der Vorteil einer beträchtlichen Ge wichtsersparnis. Dabei ist es auch möglich, einen Rohling mit einer abgestuften Innenkontur zu verwenden, so daß im Be reich der Zahnstange ein dickwandigeres Material zur Ver fügung gestellt werden kann als dies im Bereich der Kolben stange erforderlich ist.In the embodiment of FIG. 1, the piston rod 10 is made together with the piston 26 from a blank in the form of solid round material. In the execution example according to FIG. 2, the blank for the piston rod 10 and the piston 24 A A a tubular round material. As can easily be seen, the structure of the structure is very favorable in both cases. In the case of the tubular round material, there is also the advantage of considerable weight savings. It is also possible to use a blank with a stepped inner contour, so that a thick-walled material can be made available in the area of the rack as this rod is required in the area of the piston.

BezugszeichenReference numerals

1 Lenkgehäuse
2 Ritzel
3 Lager
4 Lager
5 Lenkspindelanschluß
6 Zahnstange
7 Druckstück
8 Servomotor
9 -
10, 10A Kolbenstange
11 Zylinder
12 Zylinderraum
13 Zylinderraum
14 Arbeitsleitung
15 Arbeitsleitung
16 Zylinderanschluß
17 Zylinderanschluß
18 Steuereinrichtung
19 -
20 Zulaufanschluß
21 Servopumpe
22 Rücklaufanschluß
23 Behälter
24 Anschlußteil
25 Anschlußteil
26, 26A Kolben
27 Kolbenring
28 Dichtung
29 -
30 Dichtung 1 steering housing
2 sprockets
3 bearings
4 bearings
5 steering spindle connection
6 rack
7 pressure piece
8 servo motor
9 -
10, 10 A piston rod
11 cylinders
12 cylinder space
13 cylinder space
14 work management
15 work management
16 cylinder connection
17 cylinder connection
18 control device
19 -
20 inlet connection
21 servo pump
22 return connection
23 containers
24 connecting part
25 connecting part
26 , 26 A pistons
27 piston ring
28 seal
29 -
30 seal

Claims

1. Zahnstangen-Hilfskraftlenkung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit folgenden Merkmalen:

- in einem Lenkgehäuse (1) ist ein Ritzel (2) drehbar gelagert,
- eine in dem Lenkgehäuse (1) axial verschiebbar geführte Zahnstange (6) wird durch ein federbelastetes Druckstück (7) in Eingriff mit dem Ritzel (2) gehalten,
- zur Hilfskraftunterstützung ist ein Servomotor (8) an geordnet, dessen Kolbenstange (10) trieblich mit der Zahnstange (6) verbunden ist,
- eine Steuereinrichtung (18) zur Steuerung eines Druckmittels zu und von dem Servomotor (8) ist in Abhängigkeit von einer Bewegung des Ritzels (2) verstellbar, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben stange (10) mit einem Kolben (26) des Servomotors (8) aus einem Stück besteht.

1. Power assisted rack and pinion steering, in particular for motor vehicles, with the following features:

- A pinion ( 2 ) is rotatably mounted in a steering housing ( 1 ),
a toothed rack ( 6 ) which is axially displaceably guided in the steering housing ( 1 ) is held in engagement with the pinion ( 2 ) by a spring-loaded pressure piece ( 7 ),
- For auxiliary power support, a servo motor ( 8 ) is arranged, the piston rod ( 10 ) of which is operatively connected to the rack ( 6 ),
- A control device ( 18 ) for controlling a pressure medium to and from the servo motor ( 8 ) is adjustable depending on a movement of the pinion ( 2 ), characterized in that the piston rod ( 10 ) with a piston ( 26 ) of the servo motor ( 8 ) consists of one piece.

2. Verfahren zur Herstellung der Kolbenstange (10) und des Kolbens (26) aus Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet,

- daß die Kolbenstange (10) aus einem Rohling im Bereich des Kolbens (26) derart gestaucht wird, daß sich ein radial nach außen erfolgender Werkstofffluß ergibt, der in die Form des Kolbens (26) gelenkt wird und
- daß nach dem spanlosen Anstauchen des Kolbens (26) an die Kolbenstange (10) die Außenkontur des Kolbens (26) an seiner Umfangsfläche in einem weiteren Verfahrens schritt fertigbearbeitet wird.

2. A method for producing the piston rod ( 10 ) and the piston ( 26 ) from claim 1, characterized in that

- That the piston rod ( 10 ) is compressed from a blank in the region of the piston ( 26 ) such that there is a radially outward flow of material which is directed into the shape of the piston ( 26 ) and
- That after the chipless upsetting of the piston ( 26 ) on the piston rod ( 10 ), the outer contour of the piston ( 26 ) is finished on its peripheral surface in a further process step.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der weitere Verfahrensschritt span abhebend erfolgt. 3. The method according to claim 2, characterized records that the further process step span taking off.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß im Bereich des anzuformenden Kolbens (26) an der Kolbenstange (10) ein Gesenk angesetzt wird, dessen Innenkontur der Außenkontur des anzuformenden Kolbens (26) entspricht.4. The method according to claim 2, characterized in that in the region of the piston to be molded ( 26 ) on the piston rod ( 10 ) a die is applied, the inner contour of which corresponds to the outer contour of the piston ( 26 ) to be molded.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als Rohling für die Kolbenstange (10) ein Voll-Rundmaterial verwendet wird.5. The method according to claim 2, characterized in that a solid round material is used as a blank for the piston rod ( 10 ).

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, daß als Rohling für die Kolbenstange (10) ein rohrförmiges Rundmaterial verwendet wird.6. The method according to claim 2, characterized in that a tubular round material is used as a blank for the piston rod ( 10 ).

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Rohling eine abgestufte Innen kontur aufweist.7. The method according to claim 6, characterized records that the blank has a graduated interior has a contour.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kolben (26) durch Hämmern oder Rundkneten angeformt wird.8. The method according to claim 6, characterized in that the piston ( 26 ) is formed by hammering or kneading.