DE102006007724A1

DE102006007724A1 - Lenkung mit Schraubengetriebe

Info

Publication number: DE102006007724A1
Application number: DE102006007724A
Authority: DE
Inventors: Martin Budaker; Helmut KNÖDLER; Oliver Hetzel; Michael Ochs; Michael Hauck
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2006-02-20
Filing date: 2006-02-20
Publication date: 2007-09-20

Abstract

Lenkung mit Schraubengetriebe und mit einem Wälzlager (7), dessen außen liegender Lagerring (7b) in einer Halterung (8) gehalten ist, die ihm in Radialrichtung angepasst ist. Zur wenig aufwändigen Sicherung des Wälzlagers ist der Lagerring (7b) durch wenigstens einen plastisch verformten Teilbereich (16) der Halterung (8) gegen Axialkräfte gesichert ist. Dabei ist zwischen dem Lagerring (7b) und dem Teilbereich (16) ein Ring (14) vorgesehen, - der härter ist als der Teilbereich (16), - der im Wesentlichen denselben Außendurchmesser aufweist wie der Lagerring (7b), - der außen eine bevorzugt ringförmige, scharfkantige Kante (17) aufweist, die vom Lagerring (7b) abgewandt und dem Teilbereich (16) zugewandt ist. Dadurch ist zugleich erreicht, dass das Wälzlager bei der Montage und Sicherung nicht unzulässigerweise verformt und dadurch in seiner Funktion beeinträchtigt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Lenkung mit Schraubengetriebe, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Stand der Technik

Eine gattungsgemäße Lenkung ist aus der DE 103 10 492 A1 bekannt.

Die gattungsgemäße Schrift beschreibt ein Lenkgetriebe mit Riemen und Riemenscheiben. Dabei ist eine Ausgangswelle eines Elektromotors sowie eine Schubstange jeweils mit einer Riemenscheibe versehen, die mittels des Riemens miteinander verbunden sind. Die Schubstange bildet dabei einen Teil eines Kugelmutter-Spindel-Getriebes (Kugelschraubengetriebes), das des weiteren einen Exzenterring, eine Kugelmutter (Lenkmutter) mit Kugeln, ein Lager sowie eine Riemenscheibe aufweist. Die Schubstange bildet mit der Kugelmutter und den Kugeln im wesentlichen ein Kugelschraubengetriebe (Kugelgewindetrieb). Die Kugelmutter ist über das Lager in einem Lenkungsgehäuse drehbar gelagert.

Der Exzenterring ermöglicht, dass der Achsabstand zwischen einer Ausgangswelle des Elektromotors und der Schubstange variiert werden kann, so dass die Montage des Riemens und der Riemenscheiben vorspannungsfrei erfolgen kann.

Wesentlich bei der Lagerung der Kugelmutter ist dabei, dass die Lagerung ein minimales Spiel sowohl in axiale als auch in radiale Richtung aufweist. Des weiteren sollte die Lagerung gewisse Schwenkeigenschaften aufweisen. Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind hierzu Rillenkugellager sowie Vier-Punkt-Lager bekannt. Dabei weisen Rillenkugellager zwar gute Schwenkeigenschaften, jedoch auch ein großes Axialspiel auf. Herkömmliche Vier-Punkt-Lager weisen zwar ein geringes Axialspiel, jedoch nur minimale Schwenkeigenschaften auf. Bekannt sind auch weich gelagerte Vier-Punkt-Lager (beispielsweise über Federelemente), die jedoch konstruktiv kompliziert aufgebaut sind und weitere unerwünschte Nebenwirkungen haben.

Insbesondere wenn es sich bei dem zu lagernden Element eines Lenksystems um eine Kugelmutter eines Kugelmutter-Spindel-Getriebes handelt, welches für hohe Axialkräfte geeignet ist, treten im Fahrbetrieb hohe Spurstangenkräfte auf, die zu einer erheblichen Durchbiegung der Spindel führen können. Die Querkräfte und Biegemomente führen zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung in dem genannten Getriebe und zu zusätzlichen Belastungen der Einzelkomponenten (Kugelmutter, Spindel, Kugeln). Sind diese Belastungen unzulässig hoch, wird die erforderliche Lebensdauer nicht erreicht.

Teilweise treten Querkräfte und Biegemomente auch in Folge von Toleranzen, Form- und Lageabweichungen oder Einstellprozessen bereits während der Montage auf und haben Verspannungen, Reibungserhöhungen bis hin zu Klemmeffekten zur Folge.

Zum noch nicht veröffentlichten Stand der Technik wird auf die Deutsche Patentanmeldung 102005017883.9 verwiesen.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung beschäftigt sich mit einem Problem, das bei einer Lenkung mit Schraubengetriebe (insbesondere Kugelschraubengetriebe mit Kugelkreislauf) auftritt, nämlich dem Problem der axialen Sicherung des axial stark belasteten Wälzlagers, das die Mutter (insbesondere Kugelumlaufmutter) des Schraubengetriebes axial fixiert. Vorstellbar wäre es, einen der Lagerringe des Wälzlagers durch einen Spannring axial zu sichern (das heißt: abzustützen), der in einer umlaufenden Nut sitzt ( DE 103 10 492 A1 , 1). Eine solche Lösung ist fertigungstechnisch aufwändig.

Eine andere Möglichkeit könnte darin bestehen, die axiale Abstützung des äußeren Lagerringes mittels eines Gewinderinges vorzunehmen, wie es 8 der Deutsche Patentanmeldung 102005017883.9 lediglich erahnen lässt. Auch diese Lösung ist für eine Massenfertigung zu aufwändig, beansprucht Bauraum und erfordert eine Sicherung des Gewinderinges gegen Lösen.

Schließlich ist im nicht öffentlichen Bereich versucht worden, die axiale Abstützung dadurch zu erreichen, dass ein Rand derjenigen Halterung (z. B. des Schwenkringes in der Deutschen Patentanmeldung 102005017883.9) verstemmt (umgebördelt) wird, die für den äußeren Lagerring vorgesehen ist. Bei Versuchen hat sich aber gezeigt, dass die Verstemmung relativ robust sein muss, also eine große Materialstärke erfordert, um die bei einer Lenkung auftretenden Axialkräfte so abstützen zu können, dass die für eine Lenkung erforderliche Sicherheit (Dauerfestigkeit) gegeben ist. Eine solche Materialstärke hat aber zur Folge, dass beim Verstemmen große Kräfte aufzubringen sind, die dazu führen können, dass sich der Lagerring in unzulässiger Weise verformt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Lenkung mit einem Schraubengetriebe (insbesondere mit einem Kugelschraubengetriebe) mit axial belastetem und axial abzustützendem Wälzlager für eine Abstützung zu sorgen, welche in der Lage ist, die im Betrieb auftretenden Axialkräfte langlebig aufzunehmen, wobei bei der Herstellung der Abstützung möglichst geringe Verformungen des Wälzlagers auftreten sollen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der Lösung der Aufgabe ist von Überlegungen ausgegangen worden, die anhand von 2 aufgezeigt werden:
Dort ist ein Wälzlager 7 gezeigt, das einen inneren Lagerring 7a aufweist und dessen äußerer Lagerring 7b in einer ringförmigen Halterung 8 mit Zapfen 9 gehalten ist. Die Halterung 8 ist radial an den äußeren Lagerring 7b angepasst, so dass radial kein Spiel besteht. Die Zapfen 9 sind in Teilen 6a, 6b drehbar gelagert, die mit einem Lenkungsgehäuse (6 in 1) verbunden sind, so dass die Halterung 8 einen Schwenkring bilden kann..

Zur axialen Sicherung des Wälzlagers 7 in der Halterung 8 ist ein plastisch verformter Teilbereich 10 der Halterung 8 vorgesehen, der sich mit einem Radius 11 um eine abgerundete Kante des äußeren Lagerringes 7b schmiegt.

Bei einer solchen Art der axialen Sicherung des Wälzlagers 7 wirkt der Radius 11 der Kante am äußeren Lagerring 7b des (Radial-)Wälzlagers 7 wie ein Keil. Bei starker (in der Zeichnung nach rechts gerichteter) Axialbelastung des Radiallagers weitet dieser Keil den umgebördelten Teilbereich 10 der Halterung 8 auf und das Radiallager erhält in axialer Richtung ein unzulässig großes Spiel.

Die Erfinder haben nun erkannt, dass die Entstehung eines solchen Spiels, das bei einer gattungsgemäßen Lenkung infolge der großen Axialkräfte auftreten kann, durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 vermieden werden kann, wobei aber zugleich die fertigungstechnischen Vorteile einer axialen Sicherung durch einfaches Verstemmen (Umbördeln) eines Randes der Halterung erhalten bleiben.

Durch diese Art der axialen Sicherung des Radiallagers in der Halterung entsteht eine kostengünstige, kompakte und funktionelle Einheit von Radiallager und Halterung.

Die Erfindung ermöglicht die Lagerung der (Lenk-)Mutter des Schraubengetriebes mit dauerhaft sehr geringem Axialspiel und eignet sich in besonderer Weise zur Lagerung einer Kugelmutter eines Kugelschraubengetriebes (Kugelmutter-Spindel-Getriebes) einer Hilfskraft- oder Fremdkraft-Lenkung.

Das Wälzlager kann innerhalb einer Schwenkeinrichtung angeordnet und festgelegt sein.

Das Wälzlager ist vorzugsweise ein Kugellager mit sehr geringem Axialspiel, beispielsweise ein Vier-Punkt-Lager.

Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht den wenig aufwändigen Einbau des Wälzlagers mit spielarmer oder spielfreier, axialer Lagerung, wobei für die Lagerung hohe Axialkräfte zulässig sind. Die Montage kann verspannungsfrei erfolgen, wodurch sich ein minimierter Einfluss auf die Reibung in der Lenkung ergibt.

Kurz gesagt wird durch die Erfindung erreicht, dass das Wälzlager bei der Montage und Sicherung nicht unzulässigerweise verformt und dadurch in seiner Funktion beeinträchtigt wird.

Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung lässt sich eine hohe Lebensdauer des Getriebes und des Gesamtsystems erreichen.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend ist anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiele der Erfindung prinzipmäßig dargestellt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines Kugelumlauf-Spindel-Getriebes einer Lenkung mit Riemenantrieb,
2 einen Querschnitt durch ein Wälzlager mit nicht der Erfindung entsprechender axialer Fixierung in einer Halterung,
3 einen Querschnitt durch ein Wälzlager mit einer Halterung, die vorbereitet ist für die axiale Fixierung des Wälzlagers entsprechend der Erfindung,
4 die gleiche Anordnung wie in 3, jedoch im fertig gestellten Zustand nach Verstemmung eines umlaufenden Randes der Halterung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
1 zeigt schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lenkung mit Schraubengetriebe, das aus einer Lenkmutter 1 (vorzugsweise Kugelmutter) eines Schraubengetriebes (vorzugsweise eines Wälzschraubengetriebes oder eines Kugelumlauf-Spindel-Getriebes) gebildet ist. Die Funktionsweise von Kugelumlauf-Spindel-Getrieben ist aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt, wozu beispielsweise auf die DE 103 10 492 A1 verwiesen wird.
1 zeigt weiterhin eine Antriebseinheit 2, welche über einen Riemen 3 die Lenkmutter 1 antreibt. Dies führt zu einer Linear- bzw. Axialbewegung einer Spindel 4, welche über Spurstangen 5 nicht näher dargestellte Räder eines Fahrzeugs auslenkt. Die Lenkmutter 1 ist dabei über ein Wälzlager 7 drehbar in einem Lenkungsgehäuse 6 gelagert.
2: Siehe oben.
3 zeigt einen Querschnitt durch das Wälzlager 7 mit seiner Halterung 8 in einem Montagezustand, der vorbereitet ist für die axiale Fixierung des Wälzlagers entsprechend der Erfindung.
4 zeigt die gleiche Anordnung wie in 3, jedoch im fertig gestellten Zustand, nachdem ein umlaufender Rand (15 in 3) der Halterung 8 so verstemmt worden ist, dass sich ein plastisch verformter Teilbereich 16 der Halterung 8 ergeben hat.
Abweichend von 2 ist in 4 zwischen dem äußeren Lagerring 7b des Wälzlagers 7 und dem plastisch verformten Teilbereich 16 der Halterung 8 ein Ring 14 eingelegt, welcher im Bereich des Kontaktes mit dem verformten Teilbereich 16 scharfkantig ausgebildet ist, das heißt scharfkantiger, als es dem Radius 11 der äußeren Ringkante des äußeren Lagerringes 7b entspricht. Der Ring 14 ist vorzugsweise aus einem harten Stahlwerkstoff oder kann auch gehärtet sein. 4 zeigt die verstemmte bzw. umgebördelte Einheit.
Durch die scharfkantige Kante 17 des Rings 14 im Bereich der Verstemmung 16 kann keine Keilwirkung entstehen und das Radial-Wälzlager 7 wird sicher dauerhaft axial fixiert.
Der Ring 14 kann auch eine Außenkontur haben, die von der Kreisform abweicht, beispielsweise kann die Außenkontur gezahnt sein und ihre Zähne können überall dort die in den 3 und 4 gezeigte Lage des Rings 14 einnehmen (erreichen also überall dort den Außendurchmesser des äußeren Lagerringes 7b), wo entsprechende Teilbereiche 16 der Halterung 8 umgebördelt sind.

Claims

Lenkung mit Schraubengetriebe und mit einem Wälzlager (7), dessen außen liegender Lagerring (7b) in einer Halterung (8) gehalten ist, die ihm in Radialrichtung angepasst ist, dadurch gekennzeichnet, – dass der Lagerring (7b) durch wenigstens einen plastisch verformten Teilbereich (16) der Halterung (8) gegen Axialkräfte gesichert ist, – dass zwischen dem Lagerring (7b) und dem Teilbereich (16) ein Ring (14) vorgesehen ist, – der härter ist als der Teilbereich (16), – der im Wesentlichen denselben Außendurchmesser aufweist wie der Lagerring (7b), – der außen eine scharfkantige Kante (17) aufweist, die vom Lagerring (7b) abgewandt und dem Teilbereich (16) zugewandt ist.
Lenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (7) ein Kugellager ist.
Lenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (8) ein Schwenkring ist.
Lenkung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (8) ringförmig ist, von der wenigstens ein Teil eines Randes (15) um die scharfkantige Kante (17) des Rings (14) herum gebördelt ist, um den Teilbereich (16) zu bilden.
Lenkung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkring (Halterung 8) um eine Schwenkachse schwenkbar ist, wobei diese wenigstens annähernd einer Störkräfte-Schwenkachse entspricht, um welche die Störkräfte das Wälzlager (7) zu einer Schwenkbewegung zwingen.
Lenkung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkring (Halterung 8) plastisch verformbar ist.
Lenkung nach Anspruch 3 oder 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Zapfen (9) vorgesehen sind, die wenigstens annähernd fluchtend an gegenüberliegenden Stellen des Schwenkrings (8) angeordnet sind und mit dessen Schwenkachse fluchten.