DE102009020554A1 - Ball screw for use in motor vehicle, has ball nut mounted in main bearing, where bearing outer ring of main bearing comprises outer peripheral surface that is designed as part of spherical surface and supported with rings against housing - Google Patents

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Abstract

The screw has a ball nut (1) rotated around an axis (7), and balls rolled between the ball nut and a threaded spindle (2). The ball nut is mounted in a crankshaft main bearing (5) that is arranged in a housing (4), where the main bearing comprises a bearing outer ring (10) and a bearing inner ring. The bearing outer ring of the main bearing comprises an annular outer peripheral surface that is designed as a part of a spherical surface and supported with rings (11, 11') against the housing. The rings are provided with a compatible inner surface.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb mit Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The The present invention relates to a ball screw with features of the preamble of claim 1.

Kugelgewindetriebe werden allgemein als reibungsarme, geräuscharme und nahezu spielfreie Antriebe für Spindeln eingesetzt. Sie setzen eine Drehbewegung in eine Linearbewegung um. Wegen dieser Eigenschaften werden Kugelgewindetriebe in elektromotorisch angetriebenen Servolenkungen eingesetzt. In diesem Anwendungsfall ist die Spindel des Kugelgewindetriebs auf der Zahnstange einer Zahnstangenlenkung ausgebildet, während die Kugelmutter in dem Gehäuse des Lenkgetriebes drehbar gelagert ist. Ein Elektromotor treibt die Kugelmutter dann entweder direkt, über ein Rädergetriebe oder über einen Zahnriementrieb an.Ball Screws are commonly called low-friction, low-noise and nearly backlash-free drives used for spindles. you put a rotational movement in a linear motion. Because of these properties are ball screws in electric motor driven power steering systems used. In this application, the spindle of the ball screw formed on the rack of a rack and pinion steering while the ball nut rotatable in the housing of the steering gear is stored. An electric motor then drives the ball nut either directly, via a gearbox or over a toothed belt drive.

Durch die unmittelbare Kopplung des Kugelgewindetriebs mit der Zahnstange werden im Kraftfahrzeug im Betrieb Rückwirkungen auf den Kugelgewindetrieb erzeugt. Diese Rückwirkungen äußern sich in Stoßbelastungen und Biegebelastungen der Zahnstange. Diese Belastungen fördern eine Geräuschentwicklung und erhöhten Verschleiß. Die Bauteile der so belasteten Baugruppe müssen entsprechend groß dimensioniert werden, um eine ausreichende Lebensdauer zu erreichen.By the direct coupling of the ball screw with the rack be in the motor vehicle in the operating repercussions on the Ball screw generated. These repercussions are expressed in impact loads and bending loads of the rack. These loads promote noise and increased wear. The components of the so charged Assembly must be dimensioned correspondingly large to achieve a sufficient service life.

Es gibt zahlreiche Ansätze, derartige Stoß- und Biegebelastungen aufzufangen. So ist es aus der US 2003/0121714 A1 bekannt, Kugelmuttern axial beweglich in dem Lenkungsgehäuse zu lagern. Diese Lagerung dämpft axiale Belastungen. Eine ähnliche Anordnung mit einer in Axialrichtung elastischen Lagerung der Kugelmutter ist in der GB 2388352 A gezeigt.There are numerous approaches to absorb such shock and bending loads. So it is from the US 2003/0121714 A1 known to store ball nuts axially movable in the steering housing. This mounting dampens axial loads. A similar arrangement with an axially elastic bearing of the ball nut is in the GB 2388352 A shown.

Die aus dem Stand der Technik bekannten Dämpfungselemente sind für die Federung oder Dämpfung axialer Stoßbelastungen geeignet. Für Biegemomente, die in den Kugelgewindetrieb eingeleitet werden, sind sie nur eingeschränkt geeignet. Zudem ergibt die Verwendung von elastisch nachgiebigen Lagermaterialien eine ungenau definierte Position der Kugelmutter. Die Materialien unterliegen auch einer Alterung.The are known from the prior art damping elements for suspension or damping of axial shock loads suitable. For bending moments in the ball screw are introduced, they are only partially suitable. moreover results in the use of elastically yielding bearing materials an inaccurately defined position of the ball nut. The materials are also subject to aging.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kugelgewindetrieb in einem Gehäuse derart zu lagern, dass dessen Position in dem Gehäuse genau definiert ist und dass dennoch eine Kippbewegung der Kugelgewindemutter möglich ist.It is therefore an object of the present invention, a ball screw be stored in a housing such that its position is precisely defined in the housing and that nevertheless a tilting movement the ball screw nut is possible.

Diese Aufgabe wird von einem Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These Task is a ball screw with the features of the claim 1 solved.

Weil der Lageraussenring des Hauptlagers eine ringförmige äußere Umfangsfläche aufweist, die als Teil einer Kugeloberfläche ausgebildet und mit Ringen gegenüber dem Gehäuse abgestützt ist, die eine kompatible ebenfalls einen Teil einer Kugeloberfläche bildenden innere Oberfläche aufweisen, wird bei Kippbelastungen eine Ausweichbewegung des Lagers möglich, ohne dass die axiale oder radiale Position des Lagers im Gehäuse undefiniert ist.Because the bearing outer ring of the main bearing an annular outer Peripheral surface which, as part of a spherical surface formed and with rings opposite the housing supported, which is also a compatible one part a spherical surface forming inner surface have, with tilting loads an evasive movement of the bearing possible without the axial or radial position of the Warehouse in the housing is undefined.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:following becomes an embodiment of the present invention described with reference to the drawing. It shows:

1: einen Längsschnitt durch einen Kugelgewindetrieb mit einseitiger Lagerung in einem Gehäuse. 1 : A longitudinal section through a ball screw with one-sided storage in a housing.

In der 1 ist ein Kugelumlaufgetriebe mit einer Kugelmutter 1 und einer Spindel 2 dargestellt. Die Kugelmutter 1 ist in einem Getriebegehäuse 4 mit einem Hauptlager 5 einseitig gelagert.In the 1 is a recirculating ball bearing with a ball nut 1 and a spindle 2 shown. The ball nut 1 is in a gearbox 4 with a main warehouse 5 stored on one side.

Eine Drehung der Kugelmutter 1 um eine dem Kugelgewindetrieb gemeinsamen Symmetrieachse 7 bewirkt eine Verlagerung der Spindel 2 in Axialrichtung der Achse 7. Die Antriebskräfte werden in dem Hauptlager 5 gegenüber dem Getriebegehäuse 4 abgestützt. Der Antrieb der Kugelmutter 1 kann über einen Zahnriementrieb, ein Rädergetriebe oder als Direktantrieb mit einem Hohlwellenmotor erfolgen.A turn of the ball nut 1 about an axis of symmetry common to the ball screw 7 causes a displacement of the spindle 2 in the axial direction of the axis 7 , The driving forces are in the main bearing 5 opposite the gearbox 4 supported. The drive of the ball nut 1 can be done via a toothed belt drive, a gearbox or as a direct drive with a hollow shaft motor.

In einem Lenkgetriebe ist die Spindel 2 gleichzeitig die Zahnstange des Zahnstangenlenkgetriebes, wobei das Kugelgewinde unmittelbar auf die Zahnstange aufgebracht ist.In a steering gear is the spindle 2 at the same time the rack of the rack and pinion steering gear, wherein the ball screw is applied directly to the rack.

In Axial- und Radialrichtung stützt sich das Hauptlager 5 mit einem Lageraußenring 10 an einem Paar von Ringen 11, 11' gegenüber dem Gehäuse 4 und gegenüber einem Gehäusedeckel 13 ab. Der Lageraußenring 10 ist an seiner umlaufenden Außenseite ballig ausgeführt. Die Oberfläche bildet einen ringförmigen Teil einer Kugeloberfläche. Die innere Oberfläche der Ringe 11 und 11' ist dazu kompatibel ausgebildet, so dass doe genannten Bauteile nach Art eines Kugelgelenks zusammenwirken können.The main bearing is supported in the axial and radial directions 5 with a bearing outer ring 10 on a pair of rings 11 . 11 ' opposite the housing 4 and opposite a housing cover 13 from. The bearing outer ring 10 is designed to be spherical at its peripheral outer side. The surface forms an annular part of a spherical surface. The inner surface of the rings 11 and 11 ' is designed to be compatible, so that doe said components can interact in the manner of a ball joint.

Die Lagerung in den Ringen 11, 11' ermöglicht deshalb eine Verschwenkung des Hauptlagers 5 um einen mit der Achse 7 zusammen fallenden Momentanpol 14.Storage in rings 11 . 11 ' therefore allows pivoting of the main bearing 5 one with the axle 7 coincident instantaneous pole 14 ,

Diese Lagerung wird in der 2 näher beschrieben. Gleiche Bauteile tragen gleiche Bezugsziffern.This storage is in the 2 described in more detail. The same components bear the same reference numbers.

Im Betrieb wirken Biegemomente auf die Gewindespindel 3 ein, so dass diese sich entlang ihrer Achse 7 biegt. Diese Biegungen bewirken Kippmomente auf den gesamten Kugelgewindetrieb. Diese Kippmomente bewirken ein Drehmoment um den Momentanpol 14, dessen genaue Lage je nach Geometrie des Kugelgewindetriebs und des gesamten Getriebes konstruktiv gewählt werden kann. Dieses Drehmoment oder Kippmoment bewirkt dann, dass der Lageraußenring 10 und die Ringe 11 und 11' mit ihren einander zugewandten, kompatiblen Kugeloberflächen an einander gleiten. Das Hauptlager 5 kann also gegenüber dem Gehäuse 4 um den Momentanpol 14 gekippt werden. Dadurch können Spannungsspitzen in dem Hauptlager 5, aber auch in dem Kugelumlauf und insbesondere im Bereich des Eingriffs der Kugelmutter 1 und der Spindel 2 mit den Kugeln vermieden werden.In operation, bending moments act on the threaded spindle 3 one, so that these are along their axis 7 bends. These bends cause Kippmo ments on the entire ball screw drive. These tilting moments cause a torque around the instantaneous pole 14 whose exact position can be chosen constructively depending on the geometry of the ball screw and the entire transmission. This torque or tilting moment then causes the bearing outer ring 10 and the rings 11 and 11 ' with their facing, compatible spherical surfaces slide on each other. The main camp 5 So it can be opposite the case 4 about the instantaneous pole 14 be tilted. This can cause voltage spikes in the main bearing 5 , but also in the ball circulation and in particular in the area of engagement of the ball nut 1 and the spindle 2 be avoided with the balls.

Es ist ersichtlich, dass in der Axialrichtung der Achse 7 die gesamte Anordnung steif ist, weil zwischen den Lagerbunden des Gehäuses 4 und des Gehäusedeckels 13 die Bauelemente 10, 11 und 11' spielfrei festgelegt sind.It can be seen that in the axial direction of the axis 7 the whole arrangement is stiff, because between the bearing collars of the housing 4 and the housing cover 13 the components 10 . 11 and 11 ' are determined without play.

Die äußere Oberfläche der äußeren Lagerschale 10 gewährleistet zusammen mit den Ringen 11, 11' einen auch während des Kippvorgangs nicht unterbrochenen Kontakt der Lagerschale 10 in Axialrichtung mit dem Lagersitz, so dass die Axialrichtung auch jederzeit genau definiert ist.The outer surface of the outer bearing shell 10 guaranteed together with the rings 11 . 11 ' a non-interrupted during the tilting contact of the bearing shell 10 in the axial direction with the bearing seat, so that the axial direction is well defined at any time.

Der durch die beschriebene Anordnung gewonnene zusätzliche Freiheitsgrad führt bei Biegebelastungen der Gewindespindel 2 zu einer Verringerung der Bauteilbelastungen. Dadurch werden nicht nur der Verschleiß und die Geräuschentwicklung reduziert. Es können auch bei gleicher Lebensdauer kleinere Lager eingesetzt werden, was zu Kosten- und Gewichtsvorteilen führt.The additional degree of freedom gained by the described arrangement leads to bending loads of the threaded spindle 2 to a reduction of the component loads. This not only reduces wear and noise. It can be used with the same life smaller bearings, resulting in cost and weight benefits.

11
Kugelmutterball nut
22
Spindelspindle
44
Getriebegehäusegearbox
55
Hauptlagermain bearing
77
Symmetrieachseaxis of symmetry
1010
LageraußenringBearing outer ring
1111
Ringring
11'11 '
Ringring
1313
Gehäusedeckelhousing cover
1414
Momentanpolinstantaneous

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - US 2003/0121714 A1 [0004] US 2003/0121714 A1 [0004]
  • - GB 2388352 A [0004] GB 2388352 A [0004]

Claims (3)

Kugelgewindetrieb mit einer um eine Achse (7) drehbaren Kugelmutter (1), einer konzentrisch darin angeordneten Gewindespindel (2) und dazwischen abrollenden Kugeln (3), wobei die Kugelmutter in einem einzelnen, einen Lageraussenring (10) und einen Lagerinnenring (30) aufweisenden Hauptlager (5) in einem Gehäuse (4) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lageraussenring (10) des Hauptlagers (5) eine ringförmige äußere Umfangsfläche aufweist, die als Teil einer Kugeloberfläche ausgebildet und mit eine kompatible innere Oberfläche aufweisenden Ringen (11, 11') gegenüber dem Gehäuse (4) abgestützt ist.Ball screw with one axis ( 7 ) rotatable ball nut ( 1 ), a concentrically arranged therein threaded spindle ( 2 ) and balls rolling in between ( 3 ), wherein the ball nut in a single, a bearing outer ring ( 10 ) and a bearing inner ring ( 30 ) ( 5 ) in a housing ( 4 ), characterized in that the bearing outer ring ( 10 ) of the main warehouse ( 5 ) has an annular outer peripheral surface formed as part of a spherical surface and having a compatible inner surface ( 11 . 11 ' ) opposite the housing ( 4 ) is supported. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (11, 11') baugleich sind, so dass ein zusammen mit dem Lageraußenring (10) definierter Momentanpol (14) auf der Achse (7) liegt.Ball screw according to claim 1, characterized in that the rings ( 11 . 11 ' ) are identical, so that together with the bearing outer ring ( 10 ) defined instantaneous pole ( 14 ) on the axis ( 7 ) lies. Kugelgewindetrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Momentanpol (14) auf der Drehachse der Gewindespindel (2) mittig zwischen den Ringen (11, 11') liegt.Ball screw drive according to one of the preceding claims, characterized in that the instantaneous pole ( 14 ) on the axis of rotation of the threaded spindle ( 2 ) in the middle between the rings ( 11 . 11 ' ) lies.
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