WO2005038304A1 - Hilfskraft- oder fremdkraftlenkung - Google Patents

Hilfskraft- oder fremdkraftlenkung Download PDF

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WO2005038304A1
WO2005038304A1 PCT/EP2004/011447 EP2004011447W WO2005038304A1 WO 2005038304 A1 WO2005038304 A1 WO 2005038304A1 EP 2004011447 W EP2004011447 W EP 2004011447W WO 2005038304 A1 WO2005038304 A1 WO 2005038304A1
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power steering
hub
ring gear
gear
disks
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Inventor
Joachim Fischer
Olaf Beutler
Ulrich STÖCKERT
Original Assignee
Zf Lenksysteme Gmbh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
    • F16H55/02—Toothed members; Worms
    • F16H55/12—Toothed members; Worms with body or rim assembled out of detachable parts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0409—Electric motor acting on the steering column

Definitions

  • the invention relates to power steering or power steering according to the preamble of claim 1.
  • the built gear provides larger dimensions of the helical gear and paired with metal wheels with high flank smoothness for great smoothness at high speeds Economics.
  • Built gears are known.
  • DE 196 23 773 A1 describes a built gear wheel which is suitable for a helical gear transmission intended for power steering or external power steering, with a ring gear, a hub and a ring gear and hub connecting disc.
  • a second disc is preferably provided with a wedge-shaped toothing in the circumferential direction, which positively engages in the ring gear. All parts of the gearwheel are preferably formed from thick sheet metal in cold forming and connected to one another by pressing, flanging or welding.
  • the invention has for its object to improve a built gear for power steering or power steering, with an electric motor that drives a helical gear, so that a simplified, safe operation of the built gear is possible with simplified assembly.
  • the task is solved with power steering or power steering, with an electric motor that drives a helical gear with a built gear with the features of claim 1.
  • the ring gear and / or the hub is formed with the driver so that the assembly of the components is possible with a predetermined play, which allows the ring gear to be centered even after assembly and the play after centering the ring gear on the hub
  • a liquid-hardening material By filling the clearance between the ring gear, hub and driver with a liquid-hardening material, a built gear wheel is created, the torque transmission from the ring gear to the hub is even and that can be centered exactly and easily during assembly and remains centered during operation ,
  • a preferably full-surface positive and non-positive connection between the ring gear and the hub has been created, which ensures distortion-free operation, in particular when using a plastic ring gear.
  • the ring gear can be installed axially between two disks, the disks being supported both on axial side surfaces of the ring gear and on the hub.
  • the disks are preferably pressed against the hub by connecting elements such as rivet bolts or screw bolts which project axially through the hub.
  • the ring gear can first be floating in the construction with play, the play then being eliminated by pouring or pressing in liquid-hardening material.
  • the driver or several drivers, distributed around the circumference of the hub, which are preferably formed in one piece with the hub, have at least in part a smaller axial width than the hub in the transition region between the ring gear and the hub. This measure creates a cavity between the disks, the driver and the hub, which can be filled with liquid-hardening material.
  • the disks have openings that can communicate with the cavity. Through the openings, liquid-hardening material can be filled into all play-related fits between the hub, ring gear, driver and discs.
  • the openings in the disks are located on approximately the same circumferential circle of the hub, on which the connecting elements are also arranged.
  • the openings are arranged tangentially at approximately the same distance from one another.
  • the disks are preferably sunk in the axial direction of the built gear in the ring gear and in the hub and do not protrude from the contour of the built gear.
  • the design of the gear is very well suited to form the ring gear from a thermoplastic or thermosetting plastic, since the construction avoids the risk of warping with plastic as a material.
  • the liquid-curing material is preferably a casting resin.
  • the gearwheel can be used as a screwwheel in an electric steering system designed as an auxiliary power or external power steering.
  • Fig. 2 shows a partial cross section through the built gear in Fig. 1,
  • Fig. 3 shows a longitudinal section along the line III-III in Fig. 2 through the built gear
  • Fig. 4 shows a longitudinal section along the line IV-IV through the built gear.
  • a built gear is shown, as it is used in a helical gear transmission for power steering or power steering, in which the gear serves as a helical gear which engages in a screw or worm to bring about steering assistance or all the steering force required applied.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a built gearwheel 1, which is designed as a screwwheel 14 of an electrical auxiliary or external power steering of a vehicle.
  • the built gear 1 is, as is also the Fig. 2 in one partial cross section and FIG. 3 in a longitudinal section along the line III-III and FIG. 4 in a longitudinal section along the line IV-IV in FIG. 2 clarify, from a plastic ring gear 3, a hub 2 and two disks 6,6 'formed' The discs 6,6 'radially overlap the hub 2 and the ring gear 3 on axial side surfaces 7,7'.
  • the hub 2 engages in the toothed ring 3 with the aid of drivers 4 formed integrally with it and protruding on its circumference in the radial direction.
  • the drivers 4 engage with the ring gear 3 with tangential and radial play.
  • the drivers 4 have a tooth-shaped profile, each third driver 4 viewed around the circumference of the hub 2, having a smaller axial width 9 than the axial width or thickness of the hub 2 in the transition region 10 to the ring gear 3. This is a cavity 15 (see FIG. 4) formed between the hub 2, the ring gear 3 and the disc 6 '.
  • the annular disks 6, 6 ' are pressed on the axial side surfaces 7, 7' of the hub 2 with the aid of six connecting elements 8, which are designed as rivets 13.
  • the toothed ring 3 lies between the disks 7, 7 'after riveting the disks 6, 6', initially floating, with play.
  • the rivets 13 are arranged at the same tangential distance from one another and project through the disk 6, the hub 2 and the disk 6 '. As FIG. 2 shows, the disk 6 'has circular openings 11 adjacent to a respective rivet 13.
  • the openings 11 lie on a circumferential circle 12 of the disk 6 ', on which the rivets 13 come to rest.
  • liquid-curing material 5 preferably cast resin
  • the casting resin passes through the openings 11 into the cavities 15 and to all surfaces of the play fits between the hub 2, driver 4, ring gear 3 and disks 6, 6 '.
  • the hardening process which can be a polycondensation or a polymerization or a cooling of the liquid-hardening material 5
  • the ring gear 3 is permanently and circumferentially fixed on the hub 2 and the disks 6, 6 '.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung , mit einem Elektromotor, der ein Schraubradgetriebe antreibt, das ein gebautes Zahnrad (1) mit einer Nabe (2) und einem Zahnkranz (3), wobei der Zahnkranz (3) formschlüssig mit einem Mitnehmer (4) auf der Nabe (2) festgelegt ist, aufweist. Um bei einfacher Montage des gebauten Zahnrades (1) ein Zahnrad darzustellen, das einen dauerhaften, sicheren Betrieb gewährleistet, ist vorgesehen, zwischen dem Zahnkranz (3) und der Nabe (2) und/oder dem Mitnehmer (4) Spiel vorzusehen, welches nach der Montage der Nabe (2) und dem Zahnkranz (3) durch flüssighärtendes Material (5) beseitigt wird.

Description

Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung
Die Erfindung betrifft eine Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei Hilfskraftlenkungen oder Fremdkraftlenkungen, mit einem Elektromotor, der ein Schraubradgetriebe antreibt, das ein gebautes Zahnrad, vorzugsweise mit einem Zahnkranz aus Kunststoff, enthält, sorgt das gebaute Zahnrad bei größeren Abmessungen des Schraubradgetriebes und in Paarung mit Metallrädern hoher Flankenglätte für eine große Laufruhe bei hoher Wirtschaftlichkeit. Gebaute Zahnräder sind bekannt.
Die DE 196 23 773 A1 beschreibt ein gebautes Zahnrad, welches für ein für eine Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung bestimmtes Schraubradgetriebe geeignet ist, mit einem Zahnkranz, einer Nabe und einer Zahnkranz und Nabe verbindenden Scheibe. Zur Versteifung des gebauten Zahnrades ist eine vorzugsweise mit einer keilförmigen Verzahnung in Umfangsrichtung formschlüssig in den Zahnkranz eingreifende, zweite Scheibe vorgesehen. Bevorzugt sind alle Teile des Zahnrades aus Dickblech in Kaltumformung gebildet und durch Verpressen, Umbördeln oder Schweißen miteinander verbunden.
Aus K.-H. Decker „Maschinenelemente", 15. Auflage, S. 537,538 sind gebaute Zahnräder mit einer Nabe und einem Zahnkranz bekannt, wobei der Zahnkranz formschlüssig mit einem Mitnehmer, wie etwa mit an der Nabe angefräste Flächen, mit einer Rändelverzahnung oder an die Nabe angestauchten Lappen, verbunden ist. Ist der Zahnkranz an einem metallischen Radkörper an die Nabe angeschraubt oder mit Verbindungselementen in geeigneter Weise an dem Radkörper festgelegt, so kann eine Zentrierung des Zahnkranzes bei der Montage und im späteren Betrieb des Zahnrades problematisch sein. Zudem ist die Drehmomentenübertragung in einem solchen gebauten Zahnrad nicht gleichmäßig, was zu Verspannungen insbesondere bei einem aus Kunststoff gebildeten Zahnkranz führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gebautes Zahnrad für Hilfskraftlenkungen oder Fremdkraftlenkungen, mit einem Elektromotor, der ein Schraubradgetriebe antreibt, so zu verbessern, dass bei vereinfachter Montage ein sicherer, dauerhafter Betrieb des gebauten Zahnrades ermöglicht ist. Die Aufgabe wird bei Hilfskraftlenkungen oder Fremdkraftlenkungen, mit einem Elektromotor, der ein Schraubradgetriebe antreibt mit einem gebauten Zahnrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Dadurch , dass der Zahnkranz und/oder die Nabe mit dem Mitnehmer so gebildet ist, dass die Montage der Bauteile mit einem vorgebbaren Spiel möglich ist, das eine Zentrierung des Zahnkranzes auch nach der Montage ermöglicht und nach der Zentrierung des Zahnkranzes auf der Nabe das Spiel durch Füllen der spielbedingten Zwischenräume zwischen Zahnkranz, Nabe und Mitnehmer mit einem flüssighärtenden Material beseitigt ist, ist ein gebautes Zahnrad geschaffen, dessen Drehmomentenübertragung von dem Zahnkranz auf die Nabe vergleichmäßigt ist und das bei der Montage exakt und einfach zentriert werden kann und im Betrieb zentriert bleibt.
Es ist eine bevorzugt vollflächige form- und kraftschlüssige Verbindung von Zahnkranz und Nabe geschaffen worden, die einen verzugsfreien Betrieb insbesondere bei Anwendung eines Zahnkranzes aus Kunststoff gewährleistet.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Zahnkranz kann axial zwischen zwei Scheiben eingebaut sein, wobei sich die Scheiben sowohl an axialen Seitenflächen des Zahnkranzes als auch der Nabe abstützen. Die Scheiben sind bevorzugt durch Verbindungselemente wie Niet- oder Schraubbolzen, die die Nabe axial durchragen, gegen die Nabe gepresst. Der Zahnkranz kann dabei zunächst mit Spiel schwimmend in der Konstruktion gelagert sein, wobei das Spiel dann durch Eingießen oder Einpressen flüssighärtenden Materials beseitigt wird. Der Mitnehmer oder mehrere Mitnehmer, um den Umfang der Nabe verteilt, die bevorzugt einstückig mit der Nabe gebildet sind, weisen zumindest zum Teil eine geringere axiale Breite als die Nabe in dem Übergangsbereich zwischen dem Zahnkranz und der Nabe auf. Durch diese Maßnahme ist ein Hohlraum zwischen den Scheiben, dem Mitnehmer und der Nabe geschaffen, der mit flüssighärtendem Material gefüllt werden kann. Zu diesem Zweck weisen die Scheiben Öffnungen auf, die mit dem Hohlraum kommunizieren können. Über die Öffnungen kann flüssighärtendes Material in alle spielbehafteten Passungen zwischen Nabe, Zahnkranz, Mitnehmer und Scheiben gefüllt werden. Die Öffnungen in den Scheiben befinden sich in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel auf einem etwa gleichen Umfangskreis der Nabe, auf dem auch die Verbindungselemente angeordnet sind. Die Öffnungen sind tangential mit etwa gleichem Abstand zueinander angeordnet. Die Scheiben sind bevorzugt in axialer Richtung des gebauten Zahnrades in dem Zahnkranz und in der Nabe versenkt angeordnet und ragen aus der Kontur des gebauten Zahnrades nicht hervor. Die Bauform des Zahnrades eignet sich sehr gut um den Zahnkranz aus einem thermoplastschen oder duroplastischen Kunststoff zu bilden, da die Verzugsgefahr bei Kunststoff als Werkstoff durch die Konstruktion vermieden ist. Das flüssighärtende Material ist bevorzugt ein Gießharz. Das Zahnrad lässt sich als Schraubrad in einer als Hilfskraft- oder Fremdkraftlenkung ausgebildeten Elektrolenkung einsetzen.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der beiliegenden Zeichnung wiedergegeben.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines gebauten Zahnrades,
Fig. 2 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch das gebaut Zahnrad in Fig. 1 ,
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie lll-lll in Fig. 2 durch das gebaute Zahnrad,
Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt entlang der Linie IV-IV durch das gebaute Zahnrad.
In der Zeichnung ist ein gebautes Zahnrad dargestellt, wie es in einem Schraubradgetriebe für Hilfskraftlenkungen oder Fremdkraftlenkungen zur Anwendung kommt, bei dem das Zahnrad als Schraubrad dient, das in eine Schraube oder Schnecke eingreift, um eine Lenkunterstützung herbei zu führen bzw. die ganze benötigte Lenkkraft aufzubringen.
In Figur 1 ist in einer perspektivischen Ansicht ein gebautes Zahnrad 1 , das als Schraubrad 14 einer elektrischen Hilfs- oder Fremdkraftlenkung eines Fahrzeugs ausgebildet ist, gezeigt . Das gebaute Zahnrad 1 ist , wie dies auch die Fig. 2 in einem teilweisen Querschnitt und die Fig. 3 in einem Längsschnitt entlang der Linie lll-lll und die Fig. 4 in einem Längsschnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2 verdeutlichen, aus einem Kunststoff-Zahnkranz 3, einer Nabe 2 und aus zwei Scheiben 6,6' gebildet' Die Scheiben 6,6' überlappen die Nabe 2 und den Zahnkranz 3 an axialen Seitenflächen 7,7' radial.
Wie die Figuren 2 und 4 verdeutlichen, greift die Nabe 2 mit Hilfe von einstückig mit ihr gebildeten, an deren Umfang in radialer Richtung abragenden Mitnehmern 4 in den Zahnkranz 3 ein. Die Mitnehmer 4 greifen mit tangentialem und radialem Spiel in den Zahnkranz 3 ein. Die Mitnehmer 4 haben ein zahnförmiges Profil, wobei jeder dritte Mitnehmer 4 um den Umfang der Nabe 2 betrachtet, eine geringere axiale Breite 9 aufweist, als die axiale Breite oder Dicke der Nabe 2 in dem Übergangsbereich 10 zu dem Zahnkranz 3. Dadurch ist ein Hohlraum 15 (vgl. Fig. 4) zwischen der Nabe 2, dem Zahnkranz 3 und der Scheibe 6' gebildet.
Die kreisringförmigen Scheiben 6,6' sind mit Hilfe von sechs Verbindungselementen 8, die als Nieten 13 ausgebildet sind, an den axialen Seitenflächen 7,7' der Nabe 2 gepresst. Der Zahnkranz 3 liegt zwischen den Scheiben 7,7' nach dem Vernieten der Scheiben 6,6' zunächst schwimmend, mit Spiel. Die Scheiben 6,6' sind versenkt in den Seitenflächen 7,7' angeordnet, so dass sie aus der seitlichen Kontur des gebauten Zahnrades 1 nicht hervorstehen. Die Nieten 13 sind mit gleichem tangentialem Abstand zueinander angeordnet und durchragen die Scheibe 6, die Nabe 2 und die Scheibe 6'. Wie Fig. 2 zeigt, weist die Scheibe 6' benachbart zu einer jeweiligen Niete 13 kreisrunde Öffnungen 11 auf. Die Öffnungen 11 liegen auf einem Umfangskreis 12 der Scheibe 6', auf dem die Nieten 13 zu liegen kommen. Durch die Öffnungen 11 wird nach der Montage des gebauten Zahnrades 1 im zentrierten Zustand des Zahnkranzes 3 und der Nabe 2 flüssighärtendes Material 5, vorzugsweise Gießharz, gefüllt. Das Gießharz gelangt durch die Öffnungen 11 in die Hohlräume 15 und an sämtliche Flächen der Spielpassungen zwischen Nabe 2, Mitnehmer 4, Zahnkranz 3 und Scheiben 6,6'. Nach dem Härteprozess, der eine Polykondensation oder eine Polymerisation oder ein Erkalten des flüssighärtenden Materials 5 sein kann, ist der Zahnkranz 3 dauerhaft und allseitig umfangsseitig an der Nabe 2 und den Scheiben 6,6' festgelegt.

Claims

Patentansprüche
1. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung, mit einem Elektromotor, der ein Schraubradgetriebe antreibt, das ein gebautes Zahnrad enthält, das als Schraubrad dient und in eine Schraube eingreift, das eine Nabe (2) und einen Zahnkranz (3) aufweist, der formschlüssig mit einem Mitnehmer (4) auf der Nabe (2) festgelegt ist, d a d u r c h g e k en n z e i c h n e t, dass zwischen dem Zahnkranz (3) und der Nabe (2) und/oder dem Mitnehmer (4) Spiel besteht, welches nach der Montage der Nabe (2) und dem Zahnkranz (3) durch flüssighärtendes Material (5) beseitigt ist.
2. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein oder zwei Scheiben (6,6') an axialen Seitenflächen (7,7') von Nabe (2) und Zahnkranz (3) angeordnet sind und die Scheiben (6,6'), die Nabe (2) und den Zahnkranz (3) in radialer Richtung überlappen.
3. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (6,6') mit Verbindungselementen (8), die die Nabe (2) axial durchragen, gegen die Nabe (2) gepresst sind.
4. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (3) mit Spiel zwischen den Scheiben (6,6') angeordnet ist.
5. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel zwischen den Scheiben (6,6') und dem Zahnkranz (3) nach der Montage und dem Zentrieren des gebauten Zahnrades (1) durch flüssig härtendes Material (5) beseitigt ist.
6. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Mitnehmer (4) ein zahnförmiges Profil aufweist und radial von der Nabe (2) absteht.
7. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Mitnehmer (4) am Umfang der Nabe (2) angeordnet sind.
8. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Mitnehmer (4) eine geringere axiale Breite (9) als die Nabe (2) in dem Übergangsbereich zu dem Zahnkranz (3) haben.
9. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (6,6') Öffnungen (11) zur Leitung von flüssighärtendem Material (5) zwischen Nabe (2), Mitnehmer (4), Zahnkranz (3) und Scheiben (6,6') aufweisen.
10. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (11) an den Scheiben (6,6') etwa auf einem gleichen Umfangskreis (12) der Nabe (2) wie die Verbindungselemente (8) liegen.
11. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben (6,6') in axialer Richtung des gebauten Zahnrades (1) in dem Zahnkranz (3) und der Nabe (2) versenkt angeordnet sind.
12. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (3) aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoff gebildet ist.
13. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssighärtende Material (5) Gießharz ist.
14. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (8) der Scheiben (6,6') Nieten (13) sind.
15. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das gebaute Zahnrad (1) Teil einer Fremd- oder Hilfskraftlenkung eines Fahrzeugs ist.
16. Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das gebaute Zahnrad (1) ein Schraubrad (14) einer Elektrolenkung ist.
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