DE102009004438A1

DE102009004438A1 - Kugelgewindespindel mit einer Lagerung und elektromechanische Lenkung

Info

Publication number: DE102009004438A1
Application number: DE200910004438
Authority: DE
Inventors: Joachim Thies; André Huk
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-15

Abstract

Eine Kugelgewindespindel mit einer Lagerung (7) umfasst eine Gewindemutter (8) mit einem Gewinde, dessen Gewindekontur als Gleitkontur des Kugelgewindes der Kugelgewindespindel (5) ausgebildet ist, und ein Wälzlager (10), über das die Gewindemutter (8) an einer Lagerstelle radial und axial abstützbar ist. Die Lagerung (7) kann in einer elektromechanischen Lenkung zur zusätzlichen Abstützung einer Kugelgewindespindel (5) nahe der zugehörigen Kugelgewindemutter (3) angeordnet werden, um den Verschleiß der Kugelgewindemutter (3) zu vermindern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kugelgewindespindel mit einer Lagerung. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine elektromechanische Lenkung, umfassend ein Lenkungsgehäuse, eine Lenkstange mit einem als Kugelgewindespindel ausgebildeten Abschnitt und eine Kugelgewindemutter, die sowohl radial als auch axial am Lenkungsgehäuse abgestützt ist und über Kugeln mit der Kugelgewindespindel in Gewindeeingriff steht, um ein auf die Kugelgewindemutter aufgebrachtes Drehmoment in eine Axialkraft an der Lenkstange zu übersetzen.
Im Betrieb treten an der Lenkstange Querkräfte auf, die zu einer Durchbiegung der Kugelgewindespindel führen. Dies führt zu einer hohen Belastung der Kugelgewindemutter und deren Lagerung am Lenkungsgehäuse. Dem kann durch eine zusätzliche Lagerung entgegengewirkt werden. Da jedoch bei einer Lenkung ein verhältnismäßig großer Verschiebeweg der Lenkstange und damit der Kugelgewindespindel benötigt wird, müssen herkömmliche Lager in relativ großem Abstand zu Kugelgewindemutter platziert werden.
Davon ausgehend liegt der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den querkraftbedingten Verschleiß der Kugelgewindemutter zu reduzieren.
Diese Aufgabe wird durch eine Kugelgewindespindel mit einer Lagerung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterhin wird diese Aufgabe durch eine Elektromechanische Lenkung gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Erfindungsgemäß ist eine Gewindemutter mit einem Gewinde ausgebildet, dessen Gewindekontur als Gleitkontur des Kugelgewindes der Kugelgewindespindel ausgebildet ist. Zu diesem Zweck ist die Gleitkontur vorzugsweise durch eine entsprechende Negativkontur der Gewindekontur ausgebildet. Das Gewinde der Gewindemutter kann somit ohne Zwischenschaltung von Kugeln unmittelbar mit dem Kugelgewinde kämmen. Die Gewindemutter ist überein Wälzlager an einer Lagerstelle radial und axial abstützbar, so dass die Gewindemutter drehen kann, jedoch in beide Axialrichtungen festgelegt ist.
Aufgrund der Abstützung im Bereich des Kugelgewindes der Kugelgewindespindel kann die erfindungsgemäße Lagerung in unmittelbarer Nähe der Kugelgewindemutter angeordnet werden, wodurch sich der Hebelarm zwischen der Kugelgewindemutter und der zusätzlichen Lagerung der Kugelgewindespindel erheblich verringert. Dies führt zu einer Verminderung der Durchbiegung der Kugelgewindespindel und zu einem geringeren Verschleiß der Kugelgewindemutter.
Die erfindungsgemäße Kugelgewindespindel mit ihrer Lagerung eignet sich besonders für den Einsatz in elektromechanischen Lenkungen, kann jedoch überall dort verwendet werden, wo eine zusätzliche Lagerung einer Kugelgewindespindel möglichst nahe der zugehörigen Kugelgewindemutter benötigt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Schnittansicht der Lagerung einer Kugelgewindespindel in einem Lenkungsgehäuse nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Lagerung für eine Kugelgewindespindel am Beispiel einer elektromechanischen Lenkung.
Bei einer solchen Lenkung wird das Unterstützungsmoment eines Elektromotors über einen Kugelgewindetrieb als Axialkraft an einer zu gelenkten Fahrzeugrädern führenden Lenkstange 1 zur Wirkung gebracht. Die Übertragung des Drehmoments des Elektromotors auf den Kugelgewindetrieb 2 kann bei einem achsparallel zur Lenkstange 1 angeordneten Elektromotor über eine Getriebestufe, beispielsweise einen Zahnriementrieb erfolgen, der eine Kugelgewindemutter 3 des Kugelgewindetriebs 2 antreibt. Bei einem koaxial zur Lenkstange 1 angeordneten Elektromotor 1 kann eine Ausgangswelle des Motors unmittelbar mit der Kugelgewindemutter 3 verbunden sein.
Die in 1 dargestellte Lenkung umfasst weiterhin ein Lenkungsgehäuse 4, an dem die Lenkstange 1 axial bewegbar gelagert ist. Die Lenkstange 1 ist zudem an einem Drehen um ihre Längsachse gehindert. Ein Abschnitt der Lenkstange 1 ist als Kugelgewindespindel 5 des Kugelgewindetriebs 2 ausgebildet.
Die bereits erwähnte Kugelgewindemutter 3 steht über nicht näher dargestellte Kugeln mit der Kugelgewindespindel 5 in Gewindeeingriff steht, um ein auf die Kugelgewindemutter 3 aufgebrachtes Drehmoment in eine Axialkraft an der Lenkstange 1 zu übersetzen. Hierzu ist die Kugelgewindemutter 3 sowohl radial als auch axial am Lenkungsgehäuse abgestützt 4. Die Abstützung erfolgt hier über ein Wälzlager 6, das beispielsweise als Rillenkugellager ausgeführt sein kann. Die Kugelgewindemutter 3 ist somit in Axialrichtung fixiert, kann jedoch um die Längsachse der Lenkstange 1 drehen.
Die Lenkstange 1 ist im Bereich ihrer Kugelgewindespindel 5 über eine zusätzliche Lagerung 7 am Lenkungsgehäuse 4 abgestützt. Diese zusätzliche Lagerung umfasst eine Gewindemutter 8 mit einem Gewinde, dessen Gewindekontur als Gleit- bzw. Negativkontur des Kugelgewindes der Kugelgewindespindel 5 ausgebildet ist. Die Gewindemutter 8 der zusätzlichen Lagerung 7 steht folglich mit dem Kugelgewinde der Kugelgewindespindel 5, welches mit der Kugelgewindemutter 3 über Kugeln in Eingriff gelangt, unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung von Kugeln, in Gewindeeingriff.
Die Gewindemutter 8 ist ebenfalls in Axialrichtung und Radialrichtung zu dem Lenkungsgehäuse 4, hier einem Gehäusedeckel 9, fixiert, kann jedoch um die Längsachse der Lenkstange 1 bzw. der Kugelgewindespindel 5 drehen. Dazu ist die Gewindemutter 8 über ein Wälzlager 10 an einer Lagerstelle radial und axial abgestützt. Das Wälzlager 10 ist sowohl gegenüber dem Lenkungsgehäuse 4 als auch gegenüber der Gewindemutter 8 über geeignete Sicherungsmittel wie Sicherungsringe 11, Gewinderinge 12 und dergleichen in beide Richtungen der Längsachse der Lenkstange 1 fixiert. Gegebenenfalls kann zwischen das Wälzlager 10 und die Gewindemutter 8 ein Zwischenring 13 eingebaut sein, der mit beiden Teilen fest verbunden ist. Hierdurch kann die Gewindemutter 8 aus einem hochfesten Werkstoff hergestellt werden, während erforderliche Bearbeitungen für die Axialfixierung in den Zwischenring 13 verlegt werden können. Prinzipiell kann die Gewindemutter 8 jedoch aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt werden, wobei als Auswahlkriterien die Laufruhe, der Verschleiß, die Druckfestigkeit und die Reibung berücksichtigt werden.
Das Wälzlager 10 ist hier als Rillenkugellager dargestellt. Jedoch können auch andere Wälzlagertypen zum Einsatz kommen. Insbesondere kann das Wälzlager 10 als Pendellager ausgeführt werden, so dass eine selbsttätige Lageanpassung des Gewindes der Gewindemutter 8 an eine etwaige betriebsbedingte Durchbiegung der Kugelgewindespindel 5 ermöglicht wird.
Weiterhin ist das Kugelgewinde der Kugelgewindespindel 5 derart ausgelegt, dass keine Selbsthemmung eintritt.
Vorzugsweise weist das Gewinde der Gewindemutter 8 zum Kugelgewinde zudem ein geringes Spiel auf. Dies ermöglicht einerseits eine Schmierung des Gewindeeingriffs. Ferner kann hierdurch die zusätzliche Lagerung 7 zuschaltbar ausgeführt werden. Das Spiel zwischen dem Gewinde der Gewindemutter 8 und dem Kugelgewinde der Kugelgewindespindel 5 wird hierzu derart konfiguriert, dass eine Abstützung der Kugelgewindespindel 5 an der Gewindemutter 8 erst ab einer vorgegebenen Last bzw. einer vorgegebenen Durchbiegung der Kugelgewindespindel 8 zum Tragen kommt. Dies hat den Vorteil, dass im Normalbetrieb einer Lenkung bzw. bei geringen Lasten und Durchbiegungen an der Lenkstange 1 die Systemreibung gering bleibt. Bei Lasten oder Durchbiegungen, welche zu einer Schädigung der Kugelgewindemutter 3 führen könnten oder würden, ist eine zusätzliche Abstützung über die Lagerung 7 gegeben, wodurch die Kugelgewindemutter 3 geschützt wird.
Zur Verminderung der Reibung kann zudem das Gewinde der Gewindemutter 8 mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen sein. Eine solche Beschichtung kann auch an dem Kugelgewinde der Kugelgewindespindel 5 vorgesehen werden.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.

1: Lenkstange
2: Kugelgewindetrieb
3: Kugelgewindemutter
4: Lenkungsgehäuse
5: Kugelgewindespindel
6: Wälzlager
7: zusätzliche Lagerung
8: Gewindemutter
9: Deckel
10: Wälzlager
11: Sicherungsring
12: Gewindering
13: Zwischenring
A: Längsachse

Claims

Kugelgewindespindel mit einer Lagerung, umfassend: eine Gewindemutter (8) mit einem Gewinde, dessen Gewindekontur als Gleitkontur des Kugelgewindes der Kugelgewindespindel (5) ausgebildet ist, und ein Wälzlager (10), über das die Gewindemutter (8) an einer Lagerstelle radial und axial abstützbar ist.
Kugelgewindespindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitkontur als Negativkontur ausgebildet ist.
Kugelgewindespindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingriffsbereich der Gewindemutter (8) mit der Kugelgewindespindel (5) geschmiert ist.
Kugelgewindespindel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde der Gewindemutter (8) und/oder das Kugelgewinde der Kugelgewindespindel (5) mit einer reibungsmindernden Beschichtung versehen sind.
Kugelgewindespindel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugelgewinde der Kugelgewindespindel (5) selbsthemmungsfrei ausgebildet ist.
Kugelgewindespindel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (10) ein Rillenkugellager ist.
Kugelgewindespindel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (10) als Pendellager derart ausgebildet ist, dass eine Anpassung des Gewindes der Gewindemutter (8) an eine etwaige betriebsbedingte Durchbiegung der Kugelgewindespindel (5) erfolgt.
Kugelgewindespindel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde der Gewindemutter (8) zu dem Kugelgewinde der Kugelgewindespindel (5) Spiel aufweist.
Kugelgewindespindel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel zwischen dem Gewinde der Gewindemutter (8) und dem Kugelgewinde der Kugelgewindespindel (5) derart konfiguriert ist, dass eine Abstützung der Kugelgewindespindel (5) an der Gewindemutter (8) erst ab einer vorgegebenen Last bzw. einer vorgegebenen Durchbiegung der Kügelgewindespindel (5) zum Tragen kommt.
Elektromechanische Lenkung, umfassend ein Lenkungsgehäuse (4), eine Lenkstange (1) mit einem als Kugelgewindespindel (5) ausgebildeten Abschnitt, eine Kugelgewindemutter (3), die sowohl radial als auch axial am Lenkungsgehäuse (4) abgestützt ist und über Kugeln mit der Kugelgewindespindel (5) in Gewindeeingriff steht, um ein auf die Kugelgewindemutter (3) aufgebrachtes Drehmoment in eine Axialkraft an der Lenkstange (1) zu übersetzen, und eine zusätzliche Lagerung (7) zur Abstützung der Lenkstange (1) am Lenkungsgehäuse (4), wobei eine Gewindemutter (8) der zusätzlichen Lagerung (7) mit einem Gewinde versehen ist, dessen Gewindekontur als Gleitkontur des Kugelgewindes der Kugelgewindespindel (5) ausgebildet ist, und wobei ein Wälzlager (10) vorgesehen ist, über das die Gewindemutter (8) radial und axial abgestützt ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (10) der zusätzlichen Lagerung (7) an einem Deckel (9) des Lenkungsgehäuses (4) axial und radial festgelegt ist.
Elektromechanische Lenkung nach Anspruch 10 oder 11, gekennzeichnet durch zumindest eines der Merkmale der Ansprüche 2 bis 9.