WO2014079635A1 - Hilfskraftlenkung für kraftfahrzeuge mit reversibler pumpe - Google Patents

Hilfskraftlenkung für kraftfahrzeuge mit reversibler pumpe Download PDF

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steering gear
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pressure
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Michael Hägele
Helmut Bareis
Daniel Forster
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Zf Lenksysteme Gmbh
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    • B62D6/08—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque
    • B62D6/10—Arrangements for automatically controlling steering depending on driving conditions sensed and responded to, e.g. control circuits responsive only to driver input torque characterised by means for sensing or determining torque

Definitions

  • the present invention relates to a steering gear for a vehicle and a
  • a steering gear for a vehicle comprising: a worm, which is rotatably and axially immovably mounted, wherein the worm has a ball screw for receiving a row of balls, and a ball nut, in driving connection by means of the ball row with the screw is, wherein the ball nut acts as a piston of a cylinder for steering power assistance, wherein on the steering shaft a signal transmitter for a transducer and the worm of the transducer is arranged or being arranged on the steering shaft of the transducer and on the screw of the signal generator for the transducer is.
  • a steering system comprising a steering gear according to one of claims 1 to 7, wherein the steering system comprises an electric motor for driving a pump for generating a pressure of a pressure medium, in particular oil, for power steering assistance.
  • a steering gear wherein the signal transmitter is a magnetic ring and the transducer is a torque sensor.
  • a steering gear is provided, wherein a torsion bar ensures a connection between the screw and the steering shaft and wherein in the screw a metal tube is pressed, wherein a bearing between the metal tube and the steering shaft is arranged.
  • a steering gear is provided, wherein the storage results from one, two, three, four, five, six or any number of needle bearings.
  • a steering gear is provided, wherein the cylinder is sealed for steering power assistance with exactly one step seals.
  • a steering gear is provided, wherein the seal is a high pressure seal.
  • a steering gear is provided, wherein the high-pressure seal has a support ring.
  • a steering system is provided, wherein the pump is a reversible pump, wherein the cylinder has a first pressure chamber and a second pressure chamber, wherein the pump in the first pressure chamber and / or in the second pressure chamber, a pressure medium, in particular Oil, can pump.
  • a reversible pump By using a reversible pump can be dispensed with an extensive channel system for supplying the pressure chambers of the cylinder, whereby a compact design can be achieved.
  • a reversible pump can be driven in a clockwise or counterclockwise rotation. In reverse, a first pressure chamber can be acted upon with pressure medium and in the clockwise direction, a second pressure chamber can be acted upon with pressure medium.
  • the supply lines of the reversible pump are connected directly to the first and / or second pressure chamber, which can be dispensed with an extensive and complex line system.
  • a steering system wherein the torque sensor is provided for driving the electric motor.
  • FIG. 2 shows an inventive steering gear in a sectional view
  • Fig. 3 shows an enlarged detail in the region of the seal in the lid
  • FIG. 1 shows a steering gear 10 of the prior art in a sectional view.
  • the steering gear 10 includes a rotary slide valve 15.
  • a ball nut 13 is arranged, which is designed as a piston of a cylinder for power steering assistance.
  • the two walls 44, 45 of the ball nut 13 are movable boundaries of the cylinder chambers / pressure chambers 16, 43.
  • a pressure medium in particular oil
  • the cylinder chambers 16, 43 within the housing 11 are sealed with a cover 12.
  • Such a steering gear 10 is particularly suitable for commercial vehicles (commercial vehicles).
  • the steering gear 10 has an auxiliary power assistance with a rotary valve 15.
  • FIG. 2 shows an inventive steering gear 20 with a torque sensor 25.
  • the magnetic ring 35 is formed as a signal generator of the torque sensor 25 and attached to the steering shaft 27.
  • the torque sensor 25 is fixed to the worm 26. If there is a rotation of the steering spindle 27 with respect to the worm 26, this can be detected by the torque sensor 25 and an initiation of the power steering system is initiated.
  • a metal pipe 34 is Ltdpres st inserted / and between the metal pipe 34 and the steering shaft 27 is a storage, for example, by one or more needle roller bearings 33 is provided.
  • the signals of the torque sensor 25 can be used to control an electric motor (not shown) in order to be able to generate a necessary, for example hydraulic, pressure for power steering assistance.
  • an electric motor for driving and supplying the reversible pump can be used to pump into the cylinder chambers 46, 47, for example, oil for power steering assistance.
  • a rotary valve therefore, only one stage of seals, which are designed as high-pressure seals 31, is necessary.
  • the space required by the steering gear space kept small, resulting in a compact design.
  • FIG. 3 shows an enlarged section of the steering gear with the torsion bar 30, which ensures a connection between the screw 26 and the steering shaft.
  • the steering gear has only one step of seals with the high pressure seals 31.
  • FIG. 4 shows a high-pressure seal 31 with a support ring 36.

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Abstract

Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit reversibler Pumpe Die Beschreibung umfasst ein Lenkgetriebe (20) für ein Fahrzeug umfassend: eine Schnecke (26), die drehbar und axial unverschiebbar gelagert ist, wobei die Schnecke (26) ein Kugelgewinde zur Aufnahme einer Kugelreihe aufweist, und eine Kugelmutter (23), die in trieblicher Verbindung mittels der Kugelreihe mit der Schnecke (26) ist, wobei die Kugelmutter (23) als Kolben eines Zylinders zur Lenkkraftunterstützung wirkt, wobei an der Lenkspindel (27) ein Signalgeber für einen Messwertaufnehmer und an der Schnecke (26) der Messwertaufnehmer angeordnet ist oder wobei an der Lenkspindel (27) der Messwertaufnehmer und an der Schnecke 26) der Signalgeber für den Messwertaufnehmer angeordnet ist.

Description

Hilfskraftlenkung für Kraftfahrzeuge mit reversibler Pumpe
BESCHREIBUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lenkgetriebe für ein Fahrzeug und ein
Lenksystem.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Im Stand der Technik sind Hilfskraftlenkungen für Fahrzeuge bekannt, die eine Kugelmutter aufweisen, deren seitliche Wandungen als bewegliche Begrenzungen von Zylinderräumen/Druckkammern/Zylinderkammern genutzt werden. Durch das Einbringen von Druckmittel in diese Zylinderräume kann eine Bewegung der Kugelmutter unterstützt werden, wodurch sich eine Hilfskraftunterstützung für die Lenkung des Fahrzeugs ergibt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einem Lenkgetriebe mit Hilfskraftunterstützung wird das Druckmittel, insbesondere Öl, durch eine Pumpe erzeugt und durch ein Drehschieberventil adäquat in zwei Zylinderräume/Druckkammern verteilt. Aufgrund des Drehschieberventils ist ein umfangreiches Leitungskanalsystem notwendig. Die einzelnen Kanäle dieses Systems müssen jeweils abgedichtet werden. Hierdurch ergibt sich ein hoher Raumbedarf. Eine Aufgabe ist daher, ein Lenkgetriebe mit einer Hilfskraftunterstützung zur Verfügung zu stellen, das eine kompakte Bauweise ermöglicht.
Als erste Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenkgetriebe für ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt, umfassend: eine Schnecke, die drehbar und axial unverschiebbar gelagert ist, wobei die Schnecke ein Kugelgewinde zur Aufnahme einer Kugelreihe aufweist, und eine Kugelmutter, die in trieblicher Verbindung mittels der Kugelreihe mit der Schnecke ist, wobei die Kugelmutter als Kolben eines Zylinders zur Lenkkraftunterstützung wirkt, wobei an der Lenkspindel ein Signalgeber für einen Messwertaufnehmer und an der Schnecke der Messwertaufnehmer angeordnet ist oder wobei an der Lenkspindel der Messwertaufnehmer und an der Schnecke der Signalgeber für den Messwertaufnehmer angeordnet ist.
Durch die Anordnung des Signalgebers und des Messwertaufnehmers an der Schnecke bzw. an der Lenkspindel kann eine kompakte Bauweise des Lenkgetriebes erreicht werden.
Als zweite Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, umfassend ein Lenkgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Lenksystem einen Elektromotor zum Antrieb einer Pumpe zur Erzeugung eines Drucks eines Druckmittels, insbesondere Öl, zur Lenkkraftunterstützung aufweist.
Beispielhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei der Signalgeber ein Magnetring und der Messwertaufnehmer ein Drehmomentsensor ist.
Durch die Verwendung eines Drehmomentsensors kann eine schnellere Beaufschlagung des Lenkgetriebes mit einer Hilfskraft sichergestellt werden. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei ein Drehstab eine Verbindung zwischen Schnecke und Lenkspindel sicherstellt und wobei in die Schnecke ein Metallrohr eingepresst ist, wobei eine Lagerung zwischen dem Metallrohr und der Lenkspindel angeordnet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei sich die Lagerung durch ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder beliebig viele Nadellager ergibt. Durch die Anordnung eines Metallrohrs mit einer Lagerung mit beispielsweise einem Nadellager oder Kugellager kann die Signalgewinnung verbessert werden, wodurch genauere Signale des Drehmomentsensors erhalten werden können.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei der Zylinder zur Lenkkraftunterstützung mit genau einer Stufe Dichtungen abgedichtet ist.
Durch die Verwendung einer reversiblen Pumpe kann auf ein aufwändiges Leitungskanalsystem für die Zu- und Ableitung des Druckmittels verzichtet werden. Hierdurch kann eine vereinfachte Abdichtung der Druckkammern des Zylinders zur Hilfskrafterzeugung mit nur einer Dichtungs stufe erzielt werden.
In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei die Dichtung eine Hochdruckdichtung ist.
Durch die Verwendung einer Hochdruckdichtung wird eine sichere Abdichtung der Druckkammern des Zylinders zur Hilfskrafterzeugung sichergestellt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird ein Lenkgetriebe zur Verfügung gestellt, wobei die Hochdruckdichtung einen Stützring aufweist. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei die Pumpe eine reversible Pumpe ist, wobei der Zylinder eine erste Druckkammer und eine zweite Druckkammer aufweist, wobei die Pumpe in die erste Druckkammer und/oder in die zweite Druckkammer ein Druckmittel, insbesondere Öl, einpumpen kann.
Durch die Verwendung einer reversiblen Pumpe kann auf ein umfangreiches Kanalsystem zur Versorgung der Druckkammern des Zylinders verzichtet werden, wodurch eine kompakte Bauweise erreicht werden kann. Eine reversible Pumpe kann in einem Rechts- oder Linkslauf gefahren werden. Im Linkslauf kann eine erste Druckkammer mit Druckmittel beaufschlagt werden und im Rechtslauf kann eine zweite Druckkammer mit Druckmittel beaufschlagt werden. Die Zuleitungen der reversiblen Pumpe werden direkt an die erste und/oder zweite Druckkammer angeschlossen, wodurch auf ein umfangreiches und komplexes Leitungssystem verzichtet werden kann.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Lenksystem zur Verfügung gestellt, wobei der Drehmomentsensor zur Ansteuerung des Elektromotors vorgesehen ist.
Als eine Idee der Erfindung kann angesehen werden, ein Lenkgetriebe mit einer Hilfskraftunterstützung zur Verfügung zu stellen, wobei statt eines Drehschieberventils ein Elektromotor mit reversibler Pumpe eingesetzt wird. Hierdurch kann auf ein aufwändiges Kanalsystem aufgrund des Drehschieberventils verzichtet werden, was auch die Abdichtung dieses Kanalsystems überflüssig werden lässt. Insgesamt ergibt sich dadurch eine kompakte Bauweise eines Lenkgetriebes.
Die einzelnen Merkmale können selbstverständlich auch untereinander kombiniert werden, wodurch sich zum Teil auch vorteilhafte Wirkungen einstellen können, die über die Summe der Einzelwirkungen hinausgehen. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich. Es zeigen
Fig. 1 ein Lenkgetriebe des Stands der Technik in einer Schnittdarstellung,
Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe in einer Schnittdarstellung, Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt im Bereich der Abdichtung im Deckel,
Fig. 4 die Hochdruckdichtung in einer Schnittdarstellung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Figur 1 zeigt ein Lenkgetriebe 10 des Stands der Technik in einer Schnittdarstellung. Das Lenkgetriebe 10 umfasst ein Drehschieberventil 15. Außerdem ist eine Kugelmutter 13 angeordnet, die als Kolben eines Zylinders zur Lenkkraftunterstützung ausgebildet ist. Die beiden Wandungen 44, 45 der Kugelmutter 13 stellen bewegliche Begrenzungen der Zylinderräume/Druckkammern 16, 43 dar. Durch das Einleiten bzw. Abführen eines Druckmittels, insbesondere Öl, in die Zylinderräume 16, 43 kann eine Kraft auf die Kugelmutter 13 ausgeübt werden, wodurch sich eine Lenkkraftunterstützung ergibt. Die Zylinderräume 16, 43 innerhalb des Gehäuses 11 sind mit einem Deckel 12 abgedichtet. Ein derartiges Lenkgetriebe 10 ist insbesondere für Nutzkraftwagen (NKW) geeignet. Das Lenkgetriebe 10 weist eine Hilfskraftunterstützung mit einem Drehschieberventil 15 auf. Durch den Einsatz des Drehschieberventils 15 sind Leitungskanäle 18, 42, 52, 58 notwendig, die jeweils allseitig abgedichtet werden müssen. Die Abdichtung erfolgt durch Dichtungen 17, 19, 48, 49, 51, 53 die im rechten Bereich (bezüglich der Figur 1) des Lenkgetriebes 10 bzw. innerhalb des Deckels 12 angeordnet sind. Durch die Verwendung des Drehschieberventils 15 ergibt sich daher ein System von Leitungskanälen 18, 42, 52, 58 zur Beförderung eines Druckmittels, beispielsweise Öl, um eine Hilfskraftunterstützung realisieren zu können. Daraus folgt ein notwendiger voluminöser Aufbau des Deckels 12. Nachteilig bei der Verwendung eines Drehschieberventils 15 zur Generierung einer Hilfskraftunterstützung ist daher, dass durch die diversen Leitungskanäle 18, 42, 52, 58 und die sich daraus ergebenden Dichtungen 17, 19, 48, 49, 51, 53 sich ein hoher Raumbedarf des Lenkgetriebes 10 ergibt.
Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Lenkgetriebe 20 mit einem Drehmomentsensor 25. Der Magnetring 35 ist als Signalgeber des Drehmomentsensors 25 ausgebildet und an der Lenkspindel 27 befestigt. Der Drehmomentsensor 25 ist mit der Schnecke 26 befestigt. Findet eine Verdrehung der Lenkspindel 27 bezüglich der Schnecke 26 statt, kann diese durch den Drehmomentsensor 25 festgestellt werden und eine Initiierung der Hilfskraftlenkung wird eingeleitet. In die Schnecke 26 ist ein Metallrohr 34 eingepres st/eingefügt und zwischen Metallrohr 34 und Lenkspindel 27 ist eine Lagerung, beispielsweise durch ein oder mehrere Nadellager 33 vorgesehen. Durch diese Anordnung des Metallrohrs 34 und der Lagerung, kann eine Verdrehung zwischen Lenkspindel 27 und Schnecke 26 präziser festgestellt werden, wodurch die Signalerzeugung genauer wird. Die Signale des Drehmomentsensors 25 können zur Ansteuerung eines Elektromotors (nicht dargestellt) genutzt werden, um damit einen notwendigen, beispielsweise hydraulischen, Druck zur Lenkkraftunterstützung generieren zu können. Zur Druckerzeugung wird insbesondere eine reversible Pumpe verwendet, wodurch sich ein einfacher Leitungskanalaufbau zu den Zylinderkammern 46, 47 ergibt. Vorteilhafterweise kann nur eine Stufe von Hochdruckdichtungen 31 eingesetzt werden, um die Zylinderkammer 46 abzudichten. Es kann auf zusätzliche Abdichtungen aufgrund des einfachen drucktechnischen Aufbaus verzichtet werden. Erfindungsgemäß kann ein Elektromotor zur Ansteuerung und Versorgung der reversiblen Pumpe verwendet werden, um in die Zylinderräume 46, 47 beispielsweise Öl zur Lenkkraftunterstützung zu pumpen. Im Vergleich zum Einsatz eines Drehschieberventils ist daher nur eine Stufe von Dichtungen, die als Hochdruckdichtungen 31 ausgebildet sind, notwendig. Vorteilhafterweise wird daher der von dem Lenkgetriebe benötigte Bauraum klein gehalten, wodurch sich eine kompakte Bauweise ergibt.
Figur 3 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Lenkgetriebes mit dem Drehstab 30, der eine Verbindung zwischen Schnecke 26 und Lenkspindel sicherstellt. Das Lenkgetriebe weist nur eine Stufe von Dichtungen mit den Hochdruckdichtungen 31 auf.
Figur 4 zeigt eine Hochdruckdichtung 31 mit einem Stützring 36.
Es sei angemerkt, dass der Begriff „umfassen" weitere Elemente oder Verfahrensschritte nicht ausschließt, ebenso wie der Begriff„ein" und„eine" mehrere Elemente und Schritte nicht ausschließt. Die verwendeten Bezugszeichen dienen lediglich zur Erhöhung der Verständlichkeit und sollen keinesfalls als einschränkend betrachtet werden, wobei der Schutzbereich der Erfindung durch die Ansprüche wiedergegeben wird.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN
10 Lenkgetriebe
11 Gehäuse
12 Deckel
13 Kugelmutter als Kolben zur Lenkunterstützung
14 Segmentwelle
15 Drehschieberventil
16 Zylinderraum
17 Dichtung
18 Leitungskanal
19 Dichtung
20 Lenkgetriebe
21 Gehäuse
22 Deckel
23 Kugelmutter als Kolben zur Lenkunterstützung
24 Segmentwelle
25 Drehmoment sen s or
26 Schnecke/Kugelgewindespindel
27 Lenkspindel
28 Sensordeckel
30 Drehstab
31 Hochdruckdichtung
32 Axiallager
33 Nadellager
34 Rohr
35 Magnetring
36 Stützring
40 gehärtete Scheibe
41 Axiallager
42 Leitungskanal
43 Zylinderraum 44 Wandung einer Kugelmutter
45 Wandung einer Kugelmutter
46 Zylinderkammer/Druckkammer
47 Zylinderkammer/Druckkammer
48 Dichtung
49 Dichtung
50 Axiallager
51 Dichtung
52 Leitungskanal
53 Dichtung
54 Axiallager
55 Axiallager
56 gehärtete Scheibe
57 gehärtete Scheibe
58 Leitungskanal

Claims

ANSPRÜCHE
1. Lenkgetriebe (20) für ein Fahrzeug umfassend
eine Schnecke (26), die drehbar und axial un verschiebbar gelagert ist, wobei die Schnecke (26) ein Kugelgewinde zur Aufnahme einer Kugelreihe aufweist, und eine Kugelmutter (23), die in trieblicher Verbindung mittels der Kugelreihe mit der Schnecke (26) ist, wobei die Kugelmutter (23) als Kolben eines Zylinders zur Lenkkraftunterstützung wirkt,
dadurch gekennzeichnet, dass
an der Lenkspindel (27) ein Signalgeber für einen Messwertauf nehmer und an der Schnecke (26) der Messwertaufnehmer angeordnet ist oder wobei an der Lenkspindel (27) der Messwertaufnehmer und an der Schnecke (26) der Signalgeber für den Messwertaufnehmer angeordnet ist.
2. Lenkgetriebe (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber ein Magnetring (35) und der Messwertaufnehmer ein Drehmomentsensor (25) ist.
3. Lenkgetriebe (20) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehstab (30) eine Verbindung zwischen Schnecke (26) und Lenkspindel
(27) sicherstellt und wobei in die Schnecke (26) ein Metallrohr (34) eingepresst ist, wobei eine Lagerung zwischen dem Metallrohr (34) und der Lenkspindel (27) angeordnet ist.
4. Lenkgetriebe (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die
Lagerung durch ein, zwei, drei, vier, fünf, sechs oder beliebig viele Nadellager (33) ergibt.
5. Lenkgetriebe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Zylinder zur Lenkkraftunterstützung mit genau einer Stufe Dichtungen abgedichtet ist.
6. Lenkgetriebe (20) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung eine Hochdruckdichtung (31) ist.
7. Lenkgetriebe (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
Hochdruckdichtung (31) einen Stützring (36) aufweist.
8. Lenksystem umfassend ein Lenkgetriebe (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lenksystem einen Elektromotor zum Antrieb einer Pumpe zur Erzeugung eines Drucks eines Druckmittels, insbesondere Öl, zur
Lenkkraftunterstützung aufweist.
9. Lenksystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe eine reversible Pumpe ist, wobei der Zylinder eine erste Druckkammer (46) und eine zweite Druckkammer (47) aufweist, wobei die Pumpe in die erste Druckkammer (46) und/oder in die zweite Druckkammer (47) ein Druckmittel, insbesondere Öl, einpumpen kann.
10. Lenksystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (25) zur Ansteuerung des Elektromotors vorgesehen ist.
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