WO2015124466A1 - Rack and pinion steering, and end stop damping assembly for such a rack and pinion steering - Google Patents
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- B62D3/00—Steering gears
- B62D3/02—Steering gears mechanical
- B62D3/12—Steering gears mechanical of rack-and-pinion type
Definitions
- the invention relates to a rack and pinion steering for motor vehicles, with a rack having a longitudinal axis, a rack housing in which the rack is axially displaceably guided between two end stops, and at least one received in the rack housing Endanschlag- damping assembly, which is fixed in the axial direction on the rack housing ,
- the end stop damping assembly comprises at least one stop ring and at least one elastic compression body and can be mounted with little effort in the rack housing of the rack and pinion steering.
- the object of the invention is to provide a rack and pinion steering with an end stop damping assembly, which is subject during operation of the rack and pinion steering a particularly low wear and must be replaced accordingly rare.
- this object is achieved by a rack and pinion steering of the type mentioned, in which the end stop damping assembly is rotatably supported in the rack housing in the circumferential direction.
- a steering torque applied by the driver is forwarded in rack-and-pinion steering via a pinion and a meshing with the pinion gear teeth of the rack to steerable wheels of the motor vehicle, the toothing of the rack is in particular a helical toothing.
- the end stop damping assembly has a stop ring, which comes in an axial Endanschlag too the rack and pinion steering frontally with the rack or a firmly connected to the rack member in contact.
- a stop ring provides a substantially uniform load distribution within the end stop damping assembly
- the stop ring is preferably a metal ring, in particular a steel ring. Such a stable and robust design of the stop ring contributes to a particularly low wear of the end stop damping assembly.
- the end stop damping assembly preferably has a compression body which is made of an elastomer and vulcanized directly to the stop ring.
- a compression body which is made of an elastomer and vulcanized directly to the stop ring.
- This compression body in particular an axial dimension of the compression body, can be set with little effort, a maximum steering angle of the motor vehicle and adjust, for example, to a predetermined rim width.
- the end stop damping assembly in another embodiment of the rack and pinion steering, has a mounting ring for mounting the end stop damping assembly in the rack housing.
- the fastening ring can be designed in particular as an auxiliary support which limits a bending of the rack. This additional support of the rack under extreme loads offers the advantage that smaller diameter racks can be used, reducing both the weight and the costs of rack-and-pinion steering.
- auxiliary support tensions due to statically overdetermined storage play no role, because the rack remains largely static stored.
- the auxiliary support is in fact not a permanent bearing, but offers only in the case of extreme bending stress a temporary support.
- the storage of the rack is statically overdetermined only during the short-term extreme load.
- the auxiliary support allows the use of smaller toothed modules (and thus a lower tooth height). This increases the cross-section of the rack and provides benefits in terms of gearing design.
- the attachment ring is preferably a plastic ring which forms a latching connection with the rack housing.
- Made of plastic mounting rings are inexpensive to produce and allow the locking connection a simple and reliable attachment of the Endanschlag-Dämpfungsbau- group on the rack housing.
- latching segments distributed over the circumference of the ring are provided on a radial outer side of the fastening ring, which project radially outwards.
- the fastening ring preferably has segment-shaped recesses which are arranged radially inwardly of the latching segments. These recesses allow or facilitate a radial deformability of the fastening ring in the region of the locking segments. In this way, the mounting ring can be easier to insert into the rack housing and move in the rack housing.
- each locking segment is associated with exactly one segment-shaped recess.
- the rack housing preferably has a cylindrical opening for receiving the rack, wherein in the opening a circumferential groove is formed, in which extend the locking segments of the mounting ring.
- the end stop damping assembly can be fixed with little effort in the axial direction on the rack housing and stored in the circumferential direction rotatably in the rack housing.
- the end-stop cushion assembly has a compression body made of an elastomer and vulcanized directly to the mounting ring or glued to the mounting ring. This embodiment has the advantage that the production of the compression body and its connection with the mounting ring can be done in one step and thus the manufacturing cost of the end stop damping assembly is particularly low.
- the end stop damping assembly on a compression body which is made of an elastomer and locked to the mounting ring, wherein the compression body at least one flexible latching portion is formed.
- the flexible latching section on the compression body is in particular a circumferential latching lug on an end face of the compression body facing the fastening ring.
- the end stop damping assembly preferably includes a stop ring, a mounting ring for mounting the end stop damping assembly in the rack housing, and an axially disposed between the stop ring and the mounting ring compression body.
- the compression body is in particular annular and arranged exactly like the stop ring and the mounting ring concentric with the longitudinal axis.
- an inner diameter of the fastening ring is preferably smaller than an inner diameter of the stop ring and also smaller than an inner diameter of the annular compression body.
- the fastening ring can form an advantageous auxiliary support under extreme bending stress and resulting deformation of the rack. which limits a bend of the rack.
- the stop ring and the compression body do not come because of the larger inner diameter with the rack in contact.
- the invention also includes a Endantsch-Dämpfungsbau- group for the above rack and pinion steering, with a mounting ring having on its radially outer side over the ring circumference distributed locking segments which project radially outward and for fastening the end stop damping assembly in a groove of the Rack housing can intervene.
- a limit stop damping assembly can be mounted with little effort in the rack housing and has a very long service life.
- FIG. 1 shows a schematic sketch of a rack and pinion steering system according to the invention
- FIG. 2 shows a range "A" of the rack and pinion steering according to Figure 1 in detail section;
- FIG. 3 is an exploded perspective view of an end stop damping assembly according to the invention for the rack and pinion steering according to Figure 2;
- FIG. 4 shows a perspective view of the assembled end stop damping assembly according to FIG. 3 for mounting in a rack housing of the rack and pinion steering according to FIG. 2;
- FIG. 5 is a sectional detail of the assembled end stop damping assembly of FIG. 4 according to one embodiment.
- FIG. 6 is a sectional detail of the assembled end stop damping assembly of FIG. 4 according to an alternative embodiment.
- FIG. 1 shows a rack-and-pinion steering system 10 for motor vehicles.
- the rack and pinion steering 10 is part of an electro-hydraulic vehicle steering system in which a steering wheel 12 is connected via a steering column 14 is connected to a servo valve 16 and a pinion 18.
- the pinion 18 meshes with a rack 20 so that it is acted upon by a force applied to the steering wheel 12, manual steering force.
- a hydraulic actuating cylinder 22 is provided which can act on the rack 20 in a known manner with a hydraulic power steering assist.
- the steering assist force can also be applied differently, for example by means of an electric motor.
- the rack 20 is coupled via tie rods 24 with steerable wheels 26 of a motor vehicle, wherein the rack 20 is connected by a respective ball joint 28 with the tie rods 24.
- An end stop for the toothed rack 20 is formed on a rack housing 30 in a connection area "A" between the toothed rack 20 and the tie rod 24.
- a maximum steering angle is defined by the end stop When steering up to the end stop, high mechanical stresses occur in the rack and pinion steering 10 In order to avoid damage to the steering, it is therefore customary to provide damping in the region of the limit stop.
- FIG. 2 shows in section the region "A" of Figure 1.
- the rack and pinion steering 10 comprises according to Figure 2, the rack 20, which has a longitudinal axis X, the rack housing 30, in the the rack 20 is axially slidably guided between two end stops, and at least one received in the rack housing 30 end stop damping assembly 32 which is fixed in the axial direction on the rack housing 30.
- FIG. 3 shows an exploded perspective view of the end stop damping assembly 32 with a stop ring 34, a mounting ring 36 for mounting the end stop damping assembly 32 in the rack and pinion housing 30 and an axially disposed between the stop ring 34 and the mounting ring 36 compression body 38th
- the mounting ring 36 is a plastic ring, which forms a latching connection with the rack housing 30.
- locking segments 42 distributed over the circumference of the ring are provided on a radial outer side 40 of the fastening ring 36, which project radially outward.
- the rack housing 30 has according to Figure 2 a cylindrical opening 44 for receiving the rack 20, wherein in the opening 44, a circumferential groove 46 is formed, in which the locking segments 42 of the mounting ring 36 engage.
- FIG 4 shows the rack housing 30 of the rack and pinion steering 10 and the assembled in the rack housing 30, composite end stop damping assembly 32 shown in FIG 3.
- the circumferential groove 46 is indicated, in which the radially outwardly projecting locking segments 42 of the mounting ring 36 for securing the end stop damping assembly 32 can engage.
- fastening ring 36 In order for the fastening ring 36 to be axially insertable into the cylindrical opening 44 of the rack housing 30 during assembly of the end stop damping assembly 32 according to FIG. 4, it must have a certain elastic deformability in the radial direction at least in the region of the latching segments 42.
- the fastening ring 36 has segment-shaped recesses 48, which are arranged radially inward of the latching segments 42.
- each locking segment 42 can be associated with exactly one segment-shaped recess 48.
- the recesses 48 allow elastic deformation of the mounting ring 36 in the region of the locking segments 42 radially inwardly, so that the end stop damping assembly 32 can be inserted into the cylindrical opening 44.
- a push-in force to be applied for mounting the end stop damping assembly 32 can be adjusted via the size and geometry of the cutouts 48. Does the end stop damping assembly 32 reach its mounting position?
- the end stop damping assembly 32 is fixed in a simple manner in the axial direction of the rack housing 30. In the circumferential direction, the end stop damping assembly 32, however, rotatably mounted in the rack housing 30, since the groove 46 rotates in the circumferential direction.
- the end stop damping assembly 32 can rotate relative to the rack housing 30, which in particular significantly reduces the torsional stress of the compression body 38 and its concomitant wear.
- FIG. 5 shows an embodiment of the end stop damping assembly 32, in which the compression body 38 is made of an elastomer and locked to the mounting ring 36, wherein the compression body 38 at least one flexible locking portion 50 is formed.
- the latching portion 50 is formed according to Figure 5 as a circumferential latching lug on the mounting ring 36 facing the end face of the compression body 38 and engages in a circumferential groove 52 of the mounting ring 36 a.
- the Endanschlag- damping assembly 32 may also be a relative rotation between the mounting ring 36 and the compression body 38 at a torsional load by the rack 20 possible.
- Figure 6 shows the end stop damping assembly 32 according to an alternative embodiment, in which the compression body 38 is made of an elastomer and vulcanized directly to the mounting ring 36 or bonded to the mounting ring 36.
- This embodiment has the advantage that the production cost for the fastening ring 36 and the compression body 38 in comparison to the embodiment of Figure 5 is significantly lower.
- the limit stop Damper assembly 32 according to Figure 5 and no relative rotation between the mounting ring 36 and the compression body 38 is possible.
- the stop ring 34 of the end stop damping assembly 32 comes in an axial Endanschlag too the rack and pinion steering 10 according to Figure 2 frontally with the rack 20 or a fixed to the rack 20 connected to component 54 in contact and is particularly intended for load distribution and protection of the compression body 38.
- the stop ring 34 is therefore preferably a stable metal ring, in particular a steel ring.
- the compression body 38 is made of an elastomer and vulcanized directly to the stop ring 34 according to the present embodiments. This has the advantage that the production of the compression body 38 and the attachment of the compression body 38 can be made on the stop ring 34 in a single step.
- the compression body 38 is annular and, just like the stop ring 34 and the mounting ring 36 is arranged concentrically to the longitudinal axis X (see Figure 2).
- An inner diameter r 36 of the mounting ring 36 is smaller than an inner diameter r 34 of the stop ring 34 and smaller than an inner diameter r 38 of the annular compression body 38.
- the mounting ring 36 has the smallest radial distance from the rack 20 and is preferably designed as an auxiliary support , which limits a bending of the rack 20. It should be emphasized that the executed as an auxiliary support mounting ring 36 is not applied to the rack 20 with unloaded rack 20, but circumferentially has a clearance of at least 0.2 mm. By this circumferential, radial gap, the auxiliary support is no additional permanent storage or leadership, so that the rack 20 is further stored statically determined. In the event that a deflection of the rack 20 in the auxiliary support exceeds this gap, the rack 20 comes into contact with the auxiliary support, which then largely prevents further bending of the rack 20.
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Abstract
Description
Zahnstangenlenkung sowie Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe für eine solche Zahnstangenlenkung Rack-and-pinion steering and end stop damping assembly for such rack and pinion steering
Die Erfindung betrifft eine Zahnstangenlenkung für Kraftfahrzeuge, mit einer Zahnstange, die eine Längsachse aufweist, einem Zahnstangengehäuse, in dem die Zahnstange zwischen zwei Endanschlägen axial verschieblich geführt ist, sowie wenigstens einer im Zahnstangengehäuse aufgenommenen Endanschlag- Dämpfungsbaugruppe, welche in axialer Richtung am Zahnstangengehäuse fixiert ist. The invention relates to a rack and pinion steering for motor vehicles, with a rack having a longitudinal axis, a rack housing in which the rack is axially displaceably guided between two end stops, and at least one received in the rack housing Endanschlag- damping assembly, which is fixed in the axial direction on the rack housing ,
Eine solche Zahnstangenlenkung ist beispielsweise aus der gattungsgemäßen DE 10 2009 019 890 A1 bekannt. Die Endanschlag- Dämpfungsbaugruppe umfasst dabei wenigstens einen Anschlagring sowie wenigstens einen elastischen Kompressionskörper und lässt sich mit geringem Aufwand im Zahnstangengehäuse der Zahnstangenlenkung montieren. Such rack and pinion steering is known for example from the generic DE 10 2009 019 890 A1. The end stop damping assembly comprises at least one stop ring and at least one elastic compression body and can be mounted with little effort in the rack housing of the rack and pinion steering.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Zahnstangenlenkung mit einer Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe zu schaffen, welche im Betrieb der Zahnstangenlenkung einem besonders geringen Verschleiß unterworfen ist und entsprechend selten ausgetauscht werden muss. The object of the invention is to provide a rack and pinion steering with an end stop damping assembly, which is subject during operation of the rack and pinion steering a particularly low wear and must be replaced accordingly rare.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Zahnstangenlenkung der eingangs genannten Art, bei der die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe in Umfangsrichtung drehbar im Zahnstangengehäuse gelagert ist. Ein vom Fahrer aufgebrachtes Lenkmoment wird bei Zahnstangenlenkungen über ein Ritzel sowie eine mit dem Ritzel in Eingriff stehende Verzahnung der Zahnstange an lenkbare Räder des Kraftfahrzeugs weitergeleitet, wobei die Verzahnung der Zahnstange insbesondere eine Schrägverzahnung ist. Es hat sich nun herausgestellt, dass die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe im Endanschlag der Zahnstangenlenkung eine erhebliche Torsionsbelastung durch die Zahnstange erfährt. Diese Torsionsbelastung ist darauf zurückzuführen, dass die Zahnstange bei der Kraftübertragung vom Ritzel auf die Zahnstangenverzahnung um ihre Längsachse verdreht wird. Bringt der Fahrer im Endanschlag der Zahnstangenlenkung weiterhin ein Lenkmoment in Richtung zum Endanschlag auf, steigt die Kontaktkraft zwischen dem Ritzel und der Zahnstangenverzahnung so stark an, dass in der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe eine Torsion von bis zu etwa 5° und Torsionsmomente von etwa 30-40 Nm auftreten können. Diese Torsionsbeanspruchung im Endanschlag der Zahnstangenlenkung trägt maßgeblich zum Verschleiß der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe bei und verringert deren Lebensdauer erheblich. Aufgrund der in Umfangsrichtung drehbaren Lagerung im Zahnstangengehäuse lässt sich die Torsionsbeanspruchung der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe deutlich ver- ringern, sodass sich deren Lebensdauer und Austauschintervalle verlängern. According to the invention this object is achieved by a rack and pinion steering of the type mentioned, in which the end stop damping assembly is rotatably supported in the rack housing in the circumferential direction. A steering torque applied by the driver is forwarded in rack-and-pinion steering via a pinion and a meshing with the pinion gear teeth of the rack to steerable wheels of the motor vehicle, the toothing of the rack is in particular a helical toothing. It has now been found that the end stop damping assembly undergoes a significant torsional load through the rack in the end stop of the rack and pinion steering. This torsional load is due to the fact that the rack is rotated about its longitudinal axis during the transmission of power from the pinion to the rack toothing. Bring the driver in the end stop the Rack and pinion steering continues to have a steering torque towards the end stop, the contact force between the pinion and the rack teeth increases so much that in the end stop damping assembly a torsion of up to about 5 ° and torsional moments of about 30-40 Nm can occur. This torsional stress in the end stop of the rack and pinion steering contributes significantly to the wear of the end stop damping assembly and significantly reduces their life. Due to the circumferentially rotatable mounting in the rack housing, the torsional stress of the end stop damping assembly can be significantly reduced, so that their service life and replacement intervals are extended.
In einer Ausführungsform der Zahnstangenlenkung weist die Endanschlag- Dämpfungsbaugruppe einen Anschlagring auf, der in einer axialen Endanschlagstellung der Zahnstangenlenkung stirnseitig mit der Zahnstange oder einem fest mit der Zahnstange verbundenen Bauteil in Kontakt kommt. Ein solcher Anschlagring sorgt für eine weitgehend gleichmäßige Lastverteilung innerhalb der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe In one embodiment of the rack and pinion steering, the end stop damping assembly has a stop ring, which comes in an axial Endanschlagstellung the rack and pinion steering frontally with the rack or a firmly connected to the rack member in contact. Such a stop ring provides a substantially uniform load distribution within the end stop damping assembly
Der Anschlagring ist dabei bevorzugt ein Metallring, insbesondere ein Stahlring. Eine solch stabile und robuste Ausführung des Anschlagrings trägt zu einem besonders geringen Verschleiß der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe bei. The stop ring is preferably a metal ring, in particular a steel ring. Such a stable and robust design of the stop ring contributes to a particularly low wear of the end stop damping assembly.
Die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe weist bevorzugt einen Kompressionskörper auf, der aus einem Elastomer hergestellt und unmittelbar an den Anschlagring anvulkanisiert ist. Über diesen Kompressionskörper, insbesondere eine axiale Abmessung des Kompressionskörpers, lässt sich mit geringem Aufwand ein maximaler Lenkwinkel des Kraftfahrzeugs einstellen und beispielsweise an eine vorgegebene Felgenbreite anpassen. The end stop damping assembly preferably has a compression body which is made of an elastomer and vulcanized directly to the stop ring. About this compression body, in particular an axial dimension of the compression body, can be set with little effort, a maximum steering angle of the motor vehicle and adjust, for example, to a predetermined rim width.
Die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe weist in einer weiteren Ausführungsform der Zahnstangenlenkung einen Befestigungsring zur Befestigung der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe im Zahnstangengehäuse auf. Mittels eines solchen Befestigungsrings lässt sich mit geringem Aufwand eine stabile und zuverlässige Befestigung der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe realisieren. Der Befestigungsring kann in dieser Ausführungsform insbesondere als Hilfs- abstützung ausgebildet sein, die eine Biegung der Zahnstange begrenzt. Diese zusätzliche Unterstützung der Zahnstange bei extremen Belastungen bietet den Vorteil, dass Zahnstangen mit kleinerem Durchmesser eingesetzt werden können, wodurch sich zum einen das Gewicht und zum anderen die Kosten der Zahnstangenlenkung reduzieren. Im Übrigen ist hervorzuheben, dass trotz der Hilfsabstützung Verspannungen aufgrund statisch überbestimmter Lagerung keine Rolle spielen, weil die Zahnstange weitgehend statisch bestimmt gelagert bleibt. Die Hilfsabstützung ist nämlich kein permanentes Lager, sondern bietet lediglich im Fall extremer Biegebeanspruchung eine temporäre Abstützung. Damit ist die Lagerung der Zahnstange nur während der kurzzeitigen Extrembelastung statisch überbestimmt. Außerdem ermöglicht die Hilfsabstützung die Verwendung kleinerer Verzahnungsmodule (und damit einer geringeren Zahnhöhe). Dies vergrößert den Querschnitt der Zahnstange und bietet Vorteile hinsichtlich der Verzahnungsauslegung. The end stop damping assembly, in another embodiment of the rack and pinion steering, has a mounting ring for mounting the end stop damping assembly in the rack housing. By means of such a fastening ring can be realized with little effort, a stable and reliable attachment of the end stop damping assembly. In this embodiment, the fastening ring can be designed in particular as an auxiliary support which limits a bending of the rack. This additional support of the rack under extreme loads offers the advantage that smaller diameter racks can be used, reducing both the weight and the costs of rack-and-pinion steering. Incidentally, it should be emphasized that despite the auxiliary support tensions due to statically overdetermined storage play no role, because the rack remains largely static stored. The auxiliary support is in fact not a permanent bearing, but offers only in the case of extreme bending stress a temporary support. Thus, the storage of the rack is statically overdetermined only during the short-term extreme load. In addition, the auxiliary support allows the use of smaller toothed modules (and thus a lower tooth height). This increases the cross-section of the rack and provides benefits in terms of gearing design.
Der Befestigungsring ist vorzugsweise ein Kunststoff ring, der mit dem Zahnstangengehäuse eine Rastverbindung ausbildet. Aus Kunststoff gefertigte Befestigungsringe sind preiswert herstellbar und ermöglichen über die Rastverbindung eine einfache und zuverlässige Befestigung der Endanschlag-Dämpfungsbau- gruppe am Zahnstangengehäuse. The attachment ring is preferably a plastic ring which forms a latching connection with the rack housing. Made of plastic mounting rings are inexpensive to produce and allow the locking connection a simple and reliable attachment of the Endanschlag-Dämpfungsbau- group on the rack housing.
Zur Ausbildung der Rastverbindung sind in einer Ausführungsform der Zahnstangenlenkung an einer radialen Außenseite des Befestigungsrings über den Ringumfang verteilte Rastsegmente vorgesehen, die radial nach außen vorstehen. Ferner weist der Befestigungsring bevorzugt segmentförmige Ausnehmungen auf, die radial einwärts der Rastsegmente angeordnet sind. Diese Ausnehmungen ermöglichen oder erleichtern eine radiale Verformbarkeit des Befestigungsrings im Bereich der Rastsegmente. Auf diese Weise lässt sich der Befestigungsring einfacher in das Zahnstangengehäuse einführen und im Zahnstangengehäuse verschieben. In einer speziellen Ausführungsvariante ist dabei jedem Rastsegment genau eine segmentförmige Ausnehmung zugeordnet. To form the latching connection, in one embodiment of the rack and pinion steering system, latching segments distributed over the circumference of the ring are provided on a radial outer side of the fastening ring, which project radially outwards. Furthermore, the fastening ring preferably has segment-shaped recesses which are arranged radially inwardly of the latching segments. These recesses allow or facilitate a radial deformability of the fastening ring in the region of the locking segments. In this way, the mounting ring can be easier to insert into the rack housing and move in the rack housing. In a special embodiment, each locking segment is associated with exactly one segment-shaped recess.
Das Zahnstangengehäuse hat vorzugsweise eine zylindrische Öffnung zur Aufnahme der Zahnstange, wobei in der Öffnung eine umlaufende Nut ausgebildet ist, in welche sich die Rastsegmente des Befestigungsrings erstrecken. Auf diese Weise lässt sich die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe mit geringem Aufwand in axialer Richtung am Zahnstangengehäuse fixieren sowie in Umfangsrichtung drehbar im Zahnstangengehäuse lagern. In einer Ausführungsform der Zahnstangenlenkung weist die Endanschlag- Dämpfungsbaugruppe einen Kompressionskörper auf, der aus einem Elastomer hergestellt und unmittelbar an den Befestigungsring anvulkanisiert oder mit dem Befestigungsring verklebt ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Herstellung des Kompressionskörpers sowie dessen Verbindung mit dem Befestigungsring in einem Arbeitsschritt erfolgen kann und somit der Fertigungsaufwand für die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe besonders gering ist. The rack housing preferably has a cylindrical opening for receiving the rack, wherein in the opening a circumferential groove is formed, in which extend the locking segments of the mounting ring. In this way, the end stop damping assembly can be fixed with little effort in the axial direction on the rack housing and stored in the circumferential direction rotatably in the rack housing. In one embodiment of the rack-and-pinion steering, the end-stop cushion assembly has a compression body made of an elastomer and vulcanized directly to the mounting ring or glued to the mounting ring. This embodiment has the advantage that the production of the compression body and its connection with the mounting ring can be done in one step and thus the manufacturing cost of the end stop damping assembly is particularly low.
Alternativ weist die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe einen Kompressionskörper auf, der aus einem Elastomer hergestellt und mit dem Befestigungsring verrastet ist, wobei am Kompressionskörper wenigstens ein flexibler Rastabschnitt ausgebildet ist. Dies bietet den Vorteil, dass unter Umständen auch zwischen dem Befestigungsring und dem Kompressionskörper eine Relativdrehung in Umfangsrichtung möglich ist. Der flexible Rastabschnitt am Kompressionskörper ist dabei insbesondere eine umlaufende Rastnase an einer dem Befestigungsring zugewandten Stirnseite des Kompressionskörpers. Alternatively, the end stop damping assembly on a compression body, which is made of an elastomer and locked to the mounting ring, wherein the compression body at least one flexible latching portion is formed. This offers the advantage that, under certain circumstances, a relative rotation in the circumferential direction is also possible between the fastening ring and the compression body. The flexible latching section on the compression body is in particular a circumferential latching lug on an end face of the compression body facing the fastening ring.
Die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe weist bevorzugt einen Anschlagring, einen Befestigungsring zur Befestigung der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe im Zahnstangengehäuse sowie einen axial zwischen dem Anschlagring und dem Befestigungsring angeordneten Kompressionskörper auf. Der Kompressionskörper ist insbesondere ringförmig ausgebildet und genau wie der Anschlagring und der Befestigungsring konzentrisch zur Längsachse angeordnet. The end stop damping assembly preferably includes a stop ring, a mounting ring for mounting the end stop damping assembly in the rack housing, and an axially disposed between the stop ring and the mounting ring compression body. The compression body is in particular annular and arranged exactly like the stop ring and the mounting ring concentric with the longitudinal axis.
Hierbei ist ein Innendurchmesser des Befestigungsrings vorzugsweise kleiner als ein Innendurchmesser des Anschlagrings und auch kleiner als ein Innen- durchmesser des ringförmigen Kompressionskörpers. In diesem Fall kann der Befestigungsring bei einer extremen Biegebeanspruchung und einer daraus resultierenden Verformung der Zahnstange eine vorteilhafte Hilfsabstützung bilden, die eine Biegung der Zahnstange begrenzt. Der Anschlagring und der Kompressionskörper kommen dabei aufgrund des größeren Innendurchmessers nicht mit der Zahnstange in Kontakt. In this case, an inner diameter of the fastening ring is preferably smaller than an inner diameter of the stop ring and also smaller than an inner diameter of the annular compression body. In this case, the fastening ring can form an advantageous auxiliary support under extreme bending stress and resulting deformation of the rack. which limits a bend of the rack. The stop ring and the compression body do not come because of the larger inner diameter with the rack in contact.
Im Übrigen umfasst die Erfindung auch eine Endanschlag-Dämpfungsbau- gruppe für die oben genannte Zahnstangenlenkung, mit einem Befestigungsring, der an seiner radialen Außenseite über den Ringumfang verteilte Rastsegmente aufweist, welche radial nach außen vorstehen und zur Befestigung der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe in eine Nut des Zahnstangengehäuses eingreifen können. Eine solche Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe lässt sich mit geringem Aufwand im Zahnstangengehäuse montieren und weist eine besonders hohe Lebensdauer auf. Moreover, the invention also includes a Endanschlag-Dämpfungsbau- group for the above rack and pinion steering, with a mounting ring having on its radially outer side over the ring circumference distributed locking segments which project radially outward and for fastening the end stop damping assembly in a groove of the Rack housing can intervene. Such a limit stop damping assembly can be mounted with little effort in the rack housing and has a very long service life.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen: - Figur 1 eine schematische Skizze einer erfindungsgemäßen Zahnstangenlenkung; Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. 1 shows a schematic sketch of a rack and pinion steering system according to the invention;
- Figur 2 einen Bereich „A" der Zahnstangenlenkung gemäß Figur 1 im Detailschnitt; - Figure 2 shows a range "A" of the rack and pinion steering according to Figure 1 in detail section;
- Figur 3 eine perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe für die Zahnstangenlenkung gemäß Figur 2; - Figure 3 is an exploded perspective view of an end stop damping assembly according to the invention for the rack and pinion steering according to Figure 2;
- Figur 4 eine perspektivische Ansicht der zusammengesetzten Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe gemäß Figur 3 zur Montage in einem Zahnstangengehäuse der Zahnstangenlenkung gemäß Figur 2; FIG. 4 shows a perspective view of the assembled end stop damping assembly according to FIG. 3 for mounting in a rack housing of the rack and pinion steering according to FIG. 2;
- Figur 5 ein Schnittdetail der montierten Endanschlag- Dämpfungsbaugruppe aus Figur 4 gemäß einer Ausführungsform; und FIG. 5 is a sectional detail of the assembled end stop damping assembly of FIG. 4 according to one embodiment; and
- Figur 6 ein Schnittdetail der montierten Endanschlag- Dämpfungsbaugruppe aus Figur 4 gemäß einer alternativen Ausführungsform. FIG. 6 is a sectional detail of the assembled end stop damping assembly of FIG. 4 according to an alternative embodiment.
Die Figur 1 zeigt eine Zahnstangenlenkung 10 für Kraftfahrzeuge. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Zahnstangenlenkung 10 Teil eines elektrohy- draulischen Fahrzeuglenksystems, bei dem ein Lenkrad 12 über eine Lenksäule 14 mit einem Servoventil 16 und einem Ritzel 18 verbunden ist. Das Ritzel 18 kämmt mit einer Zahnstange 20, sodass diese durch eine am Lenkrad 12 aufgebrachte, manuelle Lenkkraft beaufschlagt wird. Außerdem ist ein hydraulischer Stellzylinder 22 vorgesehen, der die Zahnstange 20 in bekannter Art und Weise mit einer hydraulischen Lenkhilfskraft beaufschlagen kann. Alternativ kann die Lenkhilfskraft auch anders aufgebracht werden, beispielsweise mittels eines Elektromotors. FIG. 1 shows a rack-and-pinion steering system 10 for motor vehicles. In the illustrated embodiment, the rack and pinion steering 10 is part of an electro-hydraulic vehicle steering system in which a steering wheel 12 is connected via a steering column 14 is connected to a servo valve 16 and a pinion 18. The pinion 18 meshes with a rack 20 so that it is acted upon by a force applied to the steering wheel 12, manual steering force. In addition, a hydraulic actuating cylinder 22 is provided which can act on the rack 20 in a known manner with a hydraulic power steering assist. Alternatively, the steering assist force can also be applied differently, for example by means of an electric motor.
An ihren axialen Enden ist die Zahnstange 20 über Spurstangen 24 mit lenkbaren Rädern 26 eines Kraftfahrzeugs gekoppelt, wobei die Zahnstange 20 durch jeweils ein Kugelgelenk 28 mit den Spurstangen 24 verbunden ist. In einem Verbindungsbereich„A" zwischen Zahnstange 20 und Spurstange 24 ist an einem Zahnstangengehäuse 30 ein Endanschlag für die Zahnstange 20 ausgebildet, wobei durch den Endanschlag ein maximaler Lenkeinschlag definiert ist. Bei einer Lenkbewegung bis zum Endanschlag treten hohe mechanische Beanspruchungen in der Zahnstangenlenkung 10 auf. Um Schäden an der Lenkung zu vermeiden, ist daher üblicherweise eine Dämpfung im Bereich des Endanschlags vorgesehen. At its axial ends, the rack 20 is coupled via tie rods 24 with steerable wheels 26 of a motor vehicle, wherein the rack 20 is connected by a respective ball joint 28 with the tie rods 24. An end stop for the toothed rack 20 is formed on a rack housing 30 in a connection area "A" between the toothed rack 20 and the tie rod 24. A maximum steering angle is defined by the end stop When steering up to the end stop, high mechanical stresses occur in the rack and pinion steering 10 In order to avoid damage to the steering, it is therefore customary to provide damping in the region of the limit stop.
Eine besonders vorteilhafte Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 ist in der Figur 2 dargestellt, welche den Bereich„A" aus Figur 1 im Schnitt zeigt. Die Zahnstangenlenkung 10 umfasst gemäß Figur 2 die Zahnstange 20, welche eine Längsachse X aufweist, das Zahnstangengehäuse 30, in dem die Zahnstange 20 zwischen zwei Endanschlägen axial verschieblich geführt ist, sowie wenigstens eine im Zahnstangengehäuse 30 aufgenommene Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32, welche in axialer Richtung am Zahnstangengehäuse 30 fixiert ist. A particularly advantageous end stop damping assembly 32 is shown in Figure 2, which shows in section the region "A" of Figure 1. The rack and pinion steering 10 comprises according to Figure 2, the rack 20, which has a longitudinal axis X, the rack housing 30, in the the rack 20 is axially slidably guided between two end stops, and at least one received in the rack housing 30 end stop damping assembly 32 which is fixed in the axial direction on the rack housing 30.
Um bei einer Torsionsbelastung durch die Zahnstange 20 eine übermäßige Torsionsbeanspruchung und einen damit einhergehenden, hohen Verschleiß der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 zu vermeiden, ist diese in Umfangsrichtung drehbar im Zahnstangengehäuse 30 gelagert. Die Figur 3 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht der Endanschlag- Dämpfungsbaugruppe 32 mit einem Anschlagring 34, einem Befestigungsring 36 zur Befestigung der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 im Zahnstangen- gehäuse 30 sowie einem axial zwischen dem Anschlagring 34 und dem Befestigungsring 36 angeordneten Kompressionskörper 38. In order to avoid an excessive torsional stress and a concomitant, high wear of the end stop damping assembly 32 at a torsional load by the rack 20, this is rotatably mounted in the rack housing 30 in the circumferential direction. 3 shows an exploded perspective view of the end stop damping assembly 32 with a stop ring 34, a mounting ring 36 for mounting the end stop damping assembly 32 in the rack and pinion housing 30 and an axially disposed between the stop ring 34 and the mounting ring 36 compression body 38th
Der Befestigungsring 36 ist dabei ein Kunststoff ring, der mit dem Zahnstangengehäuse 30 eine Rastverbindung ausbildet. Hierzu sind an einer radialen Außenseite 40 des Befestigungsrings 36 über den Ringumfang verteilte Rastsegmente 42 vorgesehen, die radial nach außen vorstehen. The mounting ring 36 is a plastic ring, which forms a latching connection with the rack housing 30. For this purpose, locking segments 42 distributed over the circumference of the ring are provided on a radial outer side 40 of the fastening ring 36, which project radially outward.
Das Zahnstangengehäuse 30 hat gemäß Figur 2 eine zylindrische Öffnung 44 zur Aufnahme der Zahnstange 20, wobei in der Öffnung 44 eine umlaufende Nut 46 ausgebildet ist, in welche die Rastsegmente 42 des Befestigungsrings 36 ein- greifen. The rack housing 30 has according to Figure 2 a cylindrical opening 44 for receiving the rack 20, wherein in the opening 44, a circumferential groove 46 is formed, in which the locking segments 42 of the mounting ring 36 engage.
Die Figur 4 zeigt das Zahnstangengehäuse 30 der Zahnstangenlenkung 10 sowie die im Zahnstangengehäuse 30 zu montierende, zusammengesetzte Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 gemäß Figur 3. In der zylindrischen Öffnung 44 des Zahnstangengehäuses 30 ist die umlaufende Nut 46 angedeutet, in welche die radial nach außen vorstehenden Rastsegmente 42 des Befestigungsrings 36 zur Befestigung der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 eingreifen können. 4 shows the rack housing 30 of the rack and pinion steering 10 and the assembled in the rack housing 30, composite end stop damping assembly 32 shown in FIG 3. In the cylindrical opening 44 of the rack housing 30, the circumferential groove 46 is indicated, in which the radially outwardly projecting locking segments 42 of the mounting ring 36 for securing the end stop damping assembly 32 can engage.
Damit sich der Befestigungsring 36 bei der Montage der Endanschlag- Dämpfungsbaugruppe 32 gemäß Figur 4 axial in die zylindrische Öffnung 44 des Zahnstangengehäuses 30 einführen lässt, muss er zumindest im Bereich der Rastsegmente 42 eine gewisse elastische Verformbarkeit in radialer Richtung aufweisen. In order for the fastening ring 36 to be axially insertable into the cylindrical opening 44 of the rack housing 30 during assembly of the end stop damping assembly 32 according to FIG. 4, it must have a certain elastic deformability in the radial direction at least in the region of the latching segments 42.
Hierzu weist der Befestigungsring 36, wie in Figur 3 dargestellt, segment- förmige Ausnehmungen 48 auf, die radial einwärts der Rastsegmente 42 an- geordnet sind. Insbesondere kann dabei jedem Rastsegment 42 genau eine segmentförmige Ausnehmung 48 zugeordnet sein. Die Ausnehmungen 48 ermöglichen eine elastische Verformung des Befestigungsrings 36 im Bereich der Rastsegmente 42 radial nach innen, sodass die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 in die zylindrische Öffnung 44 eingeschoben werden kann. Eine zur Montage der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 aufzubringende Einschubkraft lässt sich dabei über die Größe und Geometrie der Ausnehmungen 48 einstellen. Erreicht die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 ihre Montage- Stellung im Zahnstangengehäuse 30, so schnappen die radial nach innen vorgespannten Rastsegmente 42 des Befestigungsrings 36 radial nach außen und greifen in die Nut 46 der zylindrischen Öffnung 44 des Zahnstangengehäuses 30 ein. Folglich ist die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 auf einfache Art und Weise in axialer Richtung am Zahnstangengehäuse 30 fixiert. In Umfangsrichtung ist die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 hingegen drehbar im Zahnstangengehäuse 30 gelagert, da die Nut 46 in Umfangsrichtung umläuft. For this purpose, as shown in FIG. 3, the fastening ring 36 has segment-shaped recesses 48, which are arranged radially inward of the latching segments 42. In particular, each locking segment 42 can be associated with exactly one segment-shaped recess 48. The recesses 48 allow elastic deformation of the mounting ring 36 in the region of the locking segments 42 radially inwardly, so that the end stop damping assembly 32 can be inserted into the cylindrical opening 44. A push-in force to be applied for mounting the end stop damping assembly 32 can be adjusted via the size and geometry of the cutouts 48. Does the end stop damping assembly 32 reach its mounting position? Position in the rack housing 30, so grab the radially inwardly biased locking segments 42 of the mounting ring 36 radially outward and engage in the groove 46 of the cylindrical opening 44 of the rack housing 30 a. Consequently, the end stop damping assembly 32 is fixed in a simple manner in the axial direction of the rack housing 30. In the circumferential direction, the end stop damping assembly 32, however, rotatably mounted in the rack housing 30, since the groove 46 rotates in the circumferential direction.
Bei einer Torsionsbeanspruchung durch die Zahnstange 20 kann sich die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 relativ zum Zahnstangengehäuse 30 verdrehen, wodurch sich insbesondere die Torsionsbeanspruchung des Kompressionskörpers 38 und dessen damit einhergehender Verschleiß erheblich reduziert. At a torsional stress by the rack 20, the end stop damping assembly 32 can rotate relative to the rack housing 30, which in particular significantly reduces the torsional stress of the compression body 38 and its concomitant wear.
Die Figur 5 zeigt eine Ausführungsform der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32, bei welcher der Kompressionskörper 38 aus einem Elastomer hergestellt und mit dem Befestigungsring 36 verrastet ist, wobei am Kompressionskörper 38 wenigstens ein flexibler Rastabschnitt 50 angeformt ist. Der Rastabschnitt 50 ist gemäß Figur 5 als umlaufende Rastnase an der dem Befestigungsring 36 zugewandten Stirnseite des Kompressionskörpers 38 ausgebildet und greift in eine umlaufende Nut 52 des Befestigungsrings 36 ein. Abhängig von der Reibung zwischen dem Befestigungsring 36 und dem Zahnstangengehäuse 30 bzw. dem Befestigungsring 36 und dem Kompressionskörper 38 ist in dieser Ausführungsform der Endanschlag- Dämpfungsbaugruppe 32 bei einer Torsionsbelastung durch die Zahnstange 20 unter Umständen auch eine Relativdrehung zwischen dem Befestigungsring 36 und dem Kompressionskörper 38 möglich. 5 shows an embodiment of the end stop damping assembly 32, in which the compression body 38 is made of an elastomer and locked to the mounting ring 36, wherein the compression body 38 at least one flexible locking portion 50 is formed. The latching portion 50 is formed according to Figure 5 as a circumferential latching lug on the mounting ring 36 facing the end face of the compression body 38 and engages in a circumferential groove 52 of the mounting ring 36 a. Depending on the friction between the mounting ring 36 and the rack housing 30 and the mounting ring 36 and the compression body 38 in this embodiment, the Endanschlag- damping assembly 32 may also be a relative rotation between the mounting ring 36 and the compression body 38 at a torsional load by the rack 20 possible.
Demgegenüber zeigt die Figur 6 die Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 gemäß einer alternativen Ausführungsform, bei welcher der Kompressionskörper 38 aus einem Elastomer hergestellt und unmittelbar an den Befestigungsring 36 anvulkanisiert oder mit dem Befestigungsring 36 verklebt ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass der Fertigungsaufwand für den Befestigungsring 36 und den Kompressionskörper 38 im Vergleich zur Ausführungsform gemäß Figur 5 deutlich geringer ist. Allerdings ist im Gegensatz zur Endanschlag- Dämpfungsbaugruppe 32 gemäß Figur 5 auch keine Relativdrehung zwischen dem Befestigungsring 36 und dem Kompressionskörper 38 möglich. In contrast, Figure 6 shows the end stop damping assembly 32 according to an alternative embodiment, in which the compression body 38 is made of an elastomer and vulcanized directly to the mounting ring 36 or bonded to the mounting ring 36. This embodiment has the advantage that the production cost for the fastening ring 36 and the compression body 38 in comparison to the embodiment of Figure 5 is significantly lower. However, in contrast to the limit stop Damper assembly 32 according to Figure 5 and no relative rotation between the mounting ring 36 and the compression body 38 is possible.
Der Anschlagring 34 der Endanschlag-Dämpfungsbaugruppe 32 kommt in einer axialen Endanschlagstellung der Zahnstangenlenkung 10 gemäß Figur 2 stirnseitig mit der Zahnstange 20 oder einem fest mit der Zahnstange 20 verbundenen Bauteil 54 in Kontakt und ist insbesondere zur Lastverteilung und zum Schutz des Kompressionskörpers 38 vorgesehen. Der Anschlagring 34 ist daher vorzugsweise ein stabiler Metallring, insbesondere ein Stahlring. The stop ring 34 of the end stop damping assembly 32 comes in an axial Endanschlagstellung the rack and pinion steering 10 according to Figure 2 frontally with the rack 20 or a fixed to the rack 20 connected to component 54 in contact and is particularly intended for load distribution and protection of the compression body 38. The stop ring 34 is therefore preferably a stable metal ring, in particular a steel ring.
Wie bereits oben erwähnt ist der Kompressionskörper 38 aus einem Elastomer hergestellt und gemäß den vorliegenden Ausführungsbeispielen unmittelbar an den Anschlagring 34 anvulkanisiert. Dies bietet den Vorteil, dass die Herstellung des Kompressionskörpers 38 und die Befestigung des Kompressionskörpers 38 am Anschlagring 34 in einem einzigen Arbeitsschritt erfolgen können. Ferner ist der Kompressionskörper 38 ringförmig ausgebildet und genau wie der Anschlagring 34 und der Befestigungsring 36 konzentrisch zur Längsachse X angeordnet (siehe Figur 2). Ein Innendurchmesser r36 des Befestigungsrings 36 ist dabei kleiner als ein Innendurchmesser r34 des Anschlagrings 34 und auch kleiner als ein Innendurchmesser r38 des ringförmigen Kompressionskörpers 38. Dadurch weist der Befestigungsring 36 den geringsten radialen Abstand zur Zahnstange 20 auf und ist vorzugsweise als Hilfsabstützung ausgebildet, die eine Biegung der Zahnstange 20 begrenzt. Es ist hervorzuheben, dass der als Hilfsabstützung ausgeführte Befestigungsring 36 bei unbelasteter Zahnstange 20 nicht an der Zahnstange 20 anliegt, sondern umlaufend ein Spiel von mindestens 0,2 mm aufweist. Durch diesen umlaufenden, radialen Spalt ist die Hilfsabstützung keine zusätzliche permanente Lagerung oder Führung, sodass die Zahnstange 20 weiter statisch bestimmt gelagert ist. Für den Fall, dass eine Durchbiegung der Zahnstange 20 im Bereich der Hilfsabstützung dieses Spaltmaß überschreitet, kommt die Zahnstange 20 in Anlage mit der Hilfsabstützung, welche dann ein weiteres Durchbiegen der Zahnstange 20 weitgehend verhindert. As already mentioned above, the compression body 38 is made of an elastomer and vulcanized directly to the stop ring 34 according to the present embodiments. This has the advantage that the production of the compression body 38 and the attachment of the compression body 38 can be made on the stop ring 34 in a single step. Further, the compression body 38 is annular and, just like the stop ring 34 and the mounting ring 36 is arranged concentrically to the longitudinal axis X (see Figure 2). An inner diameter r 36 of the mounting ring 36 is smaller than an inner diameter r 34 of the stop ring 34 and smaller than an inner diameter r 38 of the annular compression body 38. Thus, the mounting ring 36 has the smallest radial distance from the rack 20 and is preferably designed as an auxiliary support , which limits a bending of the rack 20. It should be emphasized that the executed as an auxiliary support mounting ring 36 is not applied to the rack 20 with unloaded rack 20, but circumferentially has a clearance of at least 0.2 mm. By this circumferential, radial gap, the auxiliary support is no additional permanent storage or leadership, so that the rack 20 is further stored statically determined. In the event that a deflection of the rack 20 in the auxiliary support exceeds this gap, the rack 20 comes into contact with the auxiliary support, which then largely prevents further bending of the rack 20.
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