DE102009038086A1

DE102009038086A1 - Ball screw for use in servo steering device of motor vehicle, has spherical groove sections provided in nut side, where groove pitch of groove sections sectionally differ from pitch of spherical groove

Info

Publication number: DE102009038086A1
Application number: DE200910038086
Authority: DE
Inventors: Dieter Adler; Timm Kienzler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-02-24

Abstract

The screw has a threaded spindle (13) provided with a spherical groove that is formed at an outer circumference. A nut (9) is guided to the threaded spindle via balls that run in the spherical groove. Two spherical groove sections (18a, 18b) are provided in a nut side. The groove sections are axially displaced together in opposite directions under variation of groove pitch (pm). The groove pitch of the groove sections sectionally differs from a pitch (ps) of the spherical groove, where the difference amount ranges to maximum of fifteen micrometer per revolution of the screw.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Kugelgewindetrieb, umfassend eine Gewindespindel mit einer am Außenumfang ausgebildeten Kugelrille und eine auf dieser laufende Mutter mit einer am Innenumfang ausgebildeten Kugelrille, wobei die Mutter auf der Gewindespindel über in den sich ergänzenden Kugelrillen laufende Kugeln geführt ist.The The invention relates to a ball screw, comprising a threaded spindle with a ball groove formed on the outer circumference and a on this running mother with a trained on the inner circumference Ball groove, with the nut on the threaded spindle over in the complementary ball grooves running balls out is.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Kugelgewindetriebe der beschriebenen Art sind hinlänglich bekannt und kommen in unterschiedlichsten Anwendungsfällen zum. Einsatz. Eine Relativdrehung zwischen der Kugelmutter und der Gewindespindel wird in eine translatorische Relativbewegung zwischen der Kugelmutter und der Gewindespindel umgewandelt. Je nach Einsatzgebiet wird dabei die translatorische Bewegung der Kugelmutter oder der Gewindespindel zur Durchführung der Stell- oder Bewegungsaufgabe genutzt. Ein Einsatzbeispiel für einen solchen Kugelgewindetrieb ist eine Servolenkeinrichtung in modernen Kraftfahrzeugen. Die Einleitung der zum Auslenken des Radpaares benötigten Kraft erfolgt über das Lenkrad, das über ein Ritzel mit einer Zahnstange kämmt. Durch das Drehen des Lenkrads wird eine Verschiebebewegung der Zahnstange ermöglicht. Die Zahnstange ihrerseits ist mit Stäben, üblicherweise als Spurstangen bezeichnet, verbunden, über welche die entstehende Verschiebekraft auf das gelenkte Radpaar übertragen wird. Die Servolenkunterstützung benutzt einen Elektromotor mit nachgeschaltetem Kugelgewindetrieb, über den eine zusätzliche Kraft aufgebracht wird, die die Verschiebebewegung der Zahnstange bzw. der Spurstange unterstützt. Üblicherweise ist der lagefeste Elektromotor über einen die Mutter außenseitig umschlingenden Riemen mit dieser gekoppelt. Eine über den Elektromotor erwirkte Mutterndrehung führt in diesem Fall zur translatorischen Gewindespindelverschiebung, wobei die Gewindespindel entweder mit der Zahnstange oder einer Spurstange gekoppelt bzw. Teil dieser ist. Das Lenkritzel, das mit der Lenkwelle gekoppelt ist, wirkt wie ein Loslager und stützt lediglich Radialkräfte ab. Der Kugelgewindetrieb wirkt wie ein Festlager und stützt ebenfalls Radialkräfte ab.Ball Screws the type described are well known and come in a variety of applications for. Commitment. A Relative rotation between the ball nut and the threaded spindle is in a translational relative movement between the ball nut and the threaded spindle converted. Depending on the application is included the translatory movement of the ball nut or the threaded spindle used to carry out the positioning or movement task. An example of use for such a ball screw is a power steering device in modern motor vehicles. The introduction the force required to deflect the pair of wheels takes place via the steering wheel, which meshes with a toothed rack via a pinion. By turning the steering wheel is a sliding movement of the rack allows. The rack in turn is with bars, usually referred to as tie rods, connected, over which the transferring resulting displacement force to the steered wheel pair becomes. The power steering assist uses an electric motor with downstream ball screw, over which an additional Force is applied, which is the sliding movement of the rack or the tie rod supports. Usually is the position-fixed electric motor via a nut on the outside looped strap coupled with this. One over the Electric motor obtained nut rotation results in this case for translational threaded spindle displacement, wherein the threaded spindle either coupled to the rack or a tie rod or Part of this is. The steering pinion, which is coupled to the steering shaft is, acts as a floating bearing and supports only radial forces from. The ball screw acts like a fixed bearing and also supports Radial forces off.

Der Kugelgewindetrieb besteht wie beschrieben aus der Gewindespindel und der auf ihr über die Kugeln geführten Spindelmutter. Im Trieb selbst ist ein gewisses Lagerspiel vorhanden, d. h., dass stets eine gewisse wenngleich geringe Beweglichkeit der Mutter relativ zur Spindel trotz der zwischengeschalteten Kugeln gegeben ist. Dieses geringe Lagerspiel kann insbesondere bei Schaltvorgängen, wenn von einer Bewegungsrichtung in die entgegengesetzt umgeschaltet wird, also der Elektromotor in die andere Richtung dreht, zu Geräuschen, dem sogenannten Kugelklackern führen. Dieses ist ungewünscht. Das Spiel ist zwar sehr gering, nachdem die Lenkung so direkt wie möglich sein soll und folglich auch die Servounterstützung unmittelbar erfolgen soll, gleichwohl kommt es zur Geräuscherzeugung. Aus dem Spiel kann auch eine Reduzierung der Lebensdauer resultieren, insbesondere wenn es spielbedingt zu Kippmomenten kommt, also die lagefeste, drehgelagerte Mutter relativ zur Spindel verkippt.Of the Ball screw is as described from the threaded spindle and the spindle nut guided over the balls on it. In the shoot itself is a certain bearing clearance available, d. h. that always a certain albeit slight mobility of the mother relative given to the spindle despite the intermediate balls. This low bearing clearance can be particularly at switching operations, when switched from one direction of movement to the other direction is, so the electric motor turns in the other direction, to noise, lead the so-called Kugelklackern. This is undesirable. Although the game is very low after the steering as direct as should be possible and therefore also the power assistance immediately, however, it comes to the generation of noise. Out of play can also result in a reduction in life, especially when it comes to tipping moments due to the game, so the position-stable, rotatably mounted nut tilted relative to the spindle.

Aus DE 44 12 539 C2 ist zur Sicherstellung, dass nahezu alle Kugeln tragen, bekannt, hierzu eine Steigungsdifferenz zwischen dem Innengewinde der Mutter und dem Außengewinde der Gewindespindel vorzusehen, mithin also die Kugeln vorzuspannen. Sofern alle Kugeln tragen, erhöht sich jedoch auch die Reibung und damit zwangsläufig auch die Durchschiebekraft des Kugelgewindetriebs, insbesondere, wenn durch die Steigungsdifferenz wie in DE 44 12 539 C2 vorgesehen auch eine elastische Verformung der Kugelmutter genutzt werden soll.Out DE 44 12 539 C2 is to ensure that almost all balls wear, known to provide a pitch difference between the internal thread of the nut and the external thread of the threaded spindle, thus biasing the balls. However, if all balls bear, so does the friction and thus inevitably also the push-through force of the ball screw, especially if by the slope difference as in DE 44 12 539 C2 provided also an elastic deformation of the ball nut should be used.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Kugelgewindetrieb anzugeben, der einerseits ein minimales Lagerspiel oder eine Vorspannung aufweist, so dass es zu keiner beanstandungswürdigen Geräuscherzeugung kommt, und der andererseits ein gutes Reibverhalten respektive eine geringe Durchschiebekraft zeigt.Of the Invention is therefore based on the problem, a ball screw specify, on the one hand, a minimal bearing clearance or a bias so that there is no objectionable noise generation comes, and the other hand, a good friction behavior respectively one low push-through force shows.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass mutterseitig mindestens zwei Kugelrillenabschnitte ausgebildet sind, die unter Abweichung zur Rillensteigung in entgegengesetzte Richtung axial versetzt zueinander sind, und dass die Steigung der Kugelrillenabschnitte zumindest abschnittsweise unterschiedlich zur Steigung der Kugelrille der Gewindespindel ist.to The solution to this problem is with a ball screw of the type mentioned above provided according to the invention, in that at least two ball groove sections are formed on the nut side are in deviation from the groove pitch in opposite Direction are axially offset from each other, and that the slope of the Ball groove sections at least partially different to the slope of the ball groove of the threaded spindle.

Beim erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb werden gezielt zwei oder mehr unterschiedliche geometrische Differenzen zwischen dem mutternseitigen Innengewinde und dem spindelseitigen Außengewinde erzeugt. Zum einen wird in das Innengewinde der Mutter ein definierter Shift eingefügt, d. h., dass zwei definierte Kugelrillenabschnitte ausgebildet werden, die axial etwas auseinander- oder zusammengezogen sind, sie sind also axial zueinander um ein Maß versetzt, das größer oder kleiner als die Rillensteigung ist. Relativ zur unveränderten, gleichmäßigen Gewindespindelrille sind die beiden Kugelgewindeabschnitte also axial gesehen versetzt. Durch diesen axialen Versatz in zwei entgegengesetzte Richtungen können definierte Abrollverhältnisse erzeugt werden, die Kugeln können unter Vorspannung gesetzt werden, so dass sich eine spielfreie Lagerung ergeben würde. Darüber hinaus ist jedoch ferner vorgesehen, dass zusätzlich die Steigerung der Kugelrillenabschnitte zumindest abschnittsweise unterschiedlich zur Steigung der Kugelrille der Gewindespindel ist. D. h., dass zusätzlich zum Shift auch die Rillensteigung am Innengewinde der Mutter unterschiedlich zur spindelseitigen Rillensteigung gewählt ist. Über diese Steigungsvariation kann nun lokal definiert in die Lastverhältnisse, die aus dem integrierten Shift resultieren, „eingegriffen” werden. D. h., dass lokal eine Kompensation der aus dem Shift resultierenden Vorspannung möglich ist, so dass durch gezielte Positionierung des „Steigungsfehlers” das Lastverhalten der Kugeln variiert werden kann. Hierüber kann die Reibung respektive Durchschiebekraft des Kugelgewindetriebs positiv beeinflusst werden, nachdem die Kugeln in definierten Bereichen wieder entlastet, also aus der Vorspannung oder dem Reibkontakt genommen werden können und mithin deutlich weniger Kugeln tragen. Dies ist vorteilhaft für das mechanische Verhalten des Kugelgewindetriebs, nachdem stets eine wenngleich geringe Zahl an Kugeln unter Vorspannung bzw. Last steht, so dass die Lagerung in einem bestimmten Längenbereich spielfrei oder mit sehr kleinem Spiel gegeben ist und es zu keinen Lenkgeräuschen beim Lastwechsel kommt. Im lasttragenden Bereich können ferner definierte Abrollverhältnisse eingestellt werden, nachdem dort die Kugeln unter Vorspannung sind, wie sich auch je nach realisierter Länge des lasttragenden Abschnitts eines hinreichend hohe Tragfähigkeit erreichen lässt. Die Reibung kann, nachdem nicht alle Kugeln tragen, ebenfalls vorteilhaft gering eingestellt werden. Insgesamt führt die erfindungsgemäßen Kombination eines Shifts mit einer Steigungsveränderung zu einem in seinen mechanischen Eigenschaften vorteilhafterweise in weiten Bereichen veränderund einstellbaren Kugelgewindetrieb mit gegenüber bisher bekannten Trieben deutlich verbesserten Eigenschaften. Weiterhin wird eine Erhöhung der Lebensdauer des Kugelgewindetriebs durch die angepasste Gewindesteigung in der Mutter in Kombination mit der Shiftung im Vergleich zu der nur geshifteten Variante erreicht.In the ball screw according to the invention, two or more different geometric differences between the nut-side internal thread and the spindle-side external thread are selectively generated. On the one hand, a defined shift is inserted into the internal thread of the nut, ie, two defined ball groove sections are formed, which are slightly distanced or contracted axially, ie they are axially offset from each other by a dimension which is greater or smaller than the groove pitch. Relative to the unchanged, uniform threaded spindle groove, the two ball screw sections are thus axially offset. By this axial offset in two opposite directions defined Abrollverhältnisse can be generated, the balls can under Vor be set voltage so that a backlash-free storage would result. In addition, however, it is further provided that in addition the increase of the ball groove sections is at least partially different from the pitch of the ball groove of the threaded spindle. In other words, in addition to the shift, the groove pitch on the internal thread of the nut is selected differently from the spindle-side groove pitch. This slope variation can now "intervene" locally defined in the load conditions that result from the integrated shift. In other words, local compensation of the bias resulting from the shift is possible so that the load behavior of the balls can be varied by targeted positioning of the "pitch error". This allows the friction or push-through force of the ball screw can be positively influenced after the balls in defined areas relieved again, so can be taken from the bias or the frictional contact and therefore wear significantly fewer balls. This is advantageous for the mechanical behavior of the ball screw, after always a small number of balls is under bias or load, so that the storage is given in a certain length range without play or with very little play and there is no steering noise during load changes. In the load-bearing area also defined Abrollverhältnisse can be adjusted after there are the balls under bias, as can be achieved depending on the realized length of the load-bearing portion of a sufficiently high load capacity. The friction, after not all bear balls, also advantageously be set low. Overall, the inventive combination of a shift with a change in slope leads to a variable in its mechanical properties advantageously within wide ranges and adjustable ball screw with respect to previously known shoots significantly improved properties. Furthermore, an increase in the life of the ball screw is achieved by the adjusted thread pitch in the nut in combination with the shift in comparison to the only geshifteten variant.

Die Kugelrillenabschnitte können nach einer ersten Erfindungsausgestaltung nicht miteinander verbundene Abschnitte sein, wobei jedem Kugelrillenabschnitt ein mutternseitig vorgesehenes Umlenkelement zum Umlenken der Kugeln zugeordnet ist, das einen Anfang mit einem Ende des Kugelrillenabschnitts verbindet. Bei Kugelgewindetrieben sind bekanntlich die Kugeln über einen Umlenkkanal, der über ein Umlenkelement gebildet ist, zurückzusetzen. Zur Realisierung des Shifts sind bei dieser Erfindungsausgestaltung die Kugelrillenabschnitte nicht miteinander verbunden, d. h., dass das mutternseitige Innengewinde nicht durchgängig ist. Mithin ist jedem Kugelrillenabschnitt ein eigenes Umlenkelement zuzuordnen.The Ball groove sections can according to a first embodiment of the invention unconnected sections, each ball groove section a nut provided on the deflecting element for deflecting the balls associated with a beginning with one end of the ball groove portion combines. In ball screws, the balls are known about a deflection channel formed via a deflecting element is to reset. To realize the shifts are at this invention embodiment, the ball groove sections not with each other connected, d. h., that the nut-side internal thread is not continuous is. Consequently, each ball groove section has to be assigned its own deflection element.

Eine alternative Ausgestaltung sieht demgegenüber vor, dass die Kugelrillenabschnitte an einer gemeinsamen Kugelrille ausgebildet sind, die die beiden Abschnitte trennend durch wenigstens einen die Kugeln freistellenden Rillenabschnitt, in dem die Kugeln nicht tragen, getrennt sind. Im Bereich dieser Freistellung ist folglich die Kugelrille der Kugelmutter unterbrochen, es sind keine Schultern vorgesehen, an denen die Kugeln lasttragend anliegen. Es ist quasi ein „Totgang” realisiert, in dem die Kugeln lastfrei vom einen Kugelrillenabschnitt in den nächsten wechseln können. Dieser freistellende Rillenabschnitt kann auf einfache Weise mit einem Fräser eingebracht werden, d. h., dass die Kugelrille respektive die führenden Rillenschultern in dem betreffenden Innenumfangsabschnitt lediglich zu entfernen sind. In diesem Fall besteht mit besonderem Vorteil die Möglichkeit, nur ein Umlenkelement vorzusehen, nachdem im Bereich der Freistellung die Kugeln ohne Weiteres vom einen Kugelrillenabschnitt in den anderen wechseln können. Der freistellende Rillenabschnitt erstreckt sich zweckmäßigerweise über mehr als eine halbe Windung um die Mutternachse. Neben einer deutlichen Reduzierung der Durchschiebekraft kann hierüber auch eine Gewichtsreduzierung erreicht werden, nachdem im Bereich der Kugelmutter etwas Material abgenommen wird, insbesondere, wenn sich der Rillenabschnitt um mehrere Windungen erstreckt, was ebenfalls problemlos möglich ist, je nachdem, wo gesehen auf die Mutternlängsachse die beiden Kugelrillenabschnitte konkret ausgebildet werden. Denn erfindungsgemäß besteht ohne Weiteres die Möglichkeit, die Kugelrillenabschnitte im Bereich der Längsmitte der Mutter vorzusehen, wie auch im Bereich der Mutternenden, je nach Einsatzgebiet und je nach aufzunehmender Last oder je nach aufzunehmenden Kippmomenten. Die konkrete geometrische Ausgestaltung des freistehenden Rillenabschnitts kann beliebig sein, solange ein lastfreier Kugellauf sichergestellt ist.A In contrast, an alternative embodiment provides that the ball groove sections formed on a common ball groove are dividing the two sections by at least one the balls exempted groove section in which the balls are not wear, are separated. In the area of this exemption is therefore the ball groove of the ball nut interrupted, it is not shoulders provided on which bear the balls load-bearing. It's almost like that realized a "backlash" in which the balls unloaded from can change a ball groove section in the next. This freistellende groove section can easily with a milling cutter are introduced, d. h., that the ball groove respectively the leading groove shoulders in the respective one Inner peripheral portion are only to be removed. In this case exists with special advantage the possibility, only one Provide deflecting, after in the area of the exemption Balls easily from one ball groove section in the other can change. The free-standing groove section extends expediently more than half a turn around the nut axis. In addition to a significant reduction the push-through force can also be used to reduce weight be achieved after in the ball nut some material is removed, in particular, when the groove section to several turns, which is also easily possible, depending on where seen on the nut longitudinal axis the two Ball groove sections are formed concretely. Because according to the invention without Another possibility, the ball groove sections in Provide area of the longitudinal center of the mother, as well in the area of the nut ends, depending on the application and the load to be picked up or depending on the overturning moments. The concrete geometric Design of the freestanding groove section can be arbitrary, as long as a load-free ball race is ensured.

Hinsichtlich der Steigungsdifferenz sind zwei unterschiedliche Ausgestaltungen denkbar. Nach einer ersten Erfindungsausgestaltung kann die Steigung der mutterseitigen Kugelrillenabschnitte zumindest abschnittsweise kleiner als die Steigung der Kugelrille der Gewindespindel sein. Bei dieser Erfindungsausgestaltung kommen die inneren Kugelreihen eher in Vorspannung, was für eine Erhöhung der Tragfähigkeit von Vorteil ist.Regarding the gradient difference are two different configurations conceivable. According to a first embodiment of the invention, the slope the nut side ball groove sections at least in sections be less than the pitch of the ball groove of the threaded spindle. In this embodiment of the invention come the inner rows of balls rather bias, what an increase in load capacity is beneficial.

Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die Steigung der mutterseitigen Kugelrillenabschnitte zumindest abschnittsweise größer als die Steigung der Kugelrille der Gewindespindel auszuführen. Bei dieser Alternative kommen die äußeren Reihen der Kugelkette eher in Vorspannung, was zu einer Erhöhung der Kippsteifigkeit führt, was je nach Anwendung ebenfalls von Vorteil sein kann.alternative there is the possibility of the slope of the mother side Ball groove sections at least partially larger to perform as the slope of the ball groove of the threaded spindle. In this alternative come the outer rows the ball chain rather in bias, causing an increase the tilting stiffness leads, which also depends on the application can be beneficial.

Die Steigung der mutterseitigen Kugelrillenabschnitte selbst kann über die gesamte Länge des jeweiligen Kugelrillenabschnitts unterschiedlich zur Kugelrillensteigung der Gewindespindel sein. Alternativ dazu kann die Steigung der mutterseitigen Kugelrillenabschnitte nur über einen Teil der Länge des jeweiligen Kugelrillenabschnitts unterschiedlich zur Kugelrillensteigung der Gewindespindel sein und ansonsten gleich zur Kugelrillensteigung der Gewindespindel sein. D. h., dass hinsichtlich des Steigungsverlaufs wie auch der Position einer definiert gewählten Steigungsdifferenz beliebige Variationsmöglichkeiten gegeben sind, um das mechanische Verhalten des Kugelgewindetriebs optimal den Gegebenheiten im Einsatz anpassen zu können.The Slope of the nut side ball groove sections themselves can over the entire length of the respective ball groove section be different from the ball groove pitch of the threaded spindle. Alternatively, the pitch of the nut side ball groove sections only over a part of the length of the respective ball groove section be different from the ball groove pitch of the threaded spindle and otherwise equal to the ball groove pitch of the threaded spindle be. D. h., That with regard to the slope course as well as the Position of a defined slope difference arbitrary Variations are given to the mechanical Behavior of the ball screw optimally to the conditions in use to be able to adapt.

Die Steigung eines Kugelrillenabschnitts selbst kann konstant sein, sie kann sich aber auch in axialer Richtung, gegebenenfalls in jedem 360°-Umlauf, ändern. D. h., dass wohl eine konstante als auch eine veränderliche Steigung im Bereich der Kugelrillenabschnitte realisiert werden kann.The Slope of a ball groove section itself can be constant but it can also be in the axial direction, optionally in each 360 ° circulation, change. D. h., That probably a constant as well as a variable slope in the ball groove sections can be realized.

Der axiale Versatz, also der Shift selbst, ist zweckmäßigerweise in Abhängigkeit des Durchmessers der Kugeln zu wählen, je größer der Kugeldurchmesser ist, umso größer kann auch der Versatz sein. Er sollte jedoch maximal 40 μm bei üblichen Kugeldurchmessern (2–10 mm) betragen.Of the axial offset, so the shift itself, is expediently depending on the diameter of the balls, the larger the ball diameter, the larger can also be the offset. He should, however, a maximum of 40 microns with usual ball diameters (2-10 mm).

Auch der Steigungsunterschied pro Umlauf kann in Abhängigkeit des Durchmessers der Kugeln gewählt werden, er sollte bei üblichen Kugeldurchmessern maximal 15 μm betragen.Also the slope difference per circulation can be dependent the diameter of the balls to be chosen, it should be at usual Ball diameters maximum 15 microns.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:One Embodiment of the invention is in the drawing and will be described in more detail below. It demonstrate:

1 eine Prinzipdarstellung einer Fahrzeuglenkeinrichtung mit einem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb; 1 a schematic diagram of a vehicle steering device with a ball screw according to the invention;

2 eine Prinzipdarstellung im Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb mit realisiertem Shift und Steigungsunterschied; 2 a schematic diagram in section through a ball screw according to the invention with realized shift and pitch difference;

3 eine Prinzipdarstellung einer ersten Ausgestaltung eines Kugelrillenverlaufs mit Shift und Steigungsdifferenz; 3 a schematic diagram of a first embodiment of a ball groove course with shift and pitch difference;

4 eine Prinzipdarstellung einer zweiten Ausgestaltung eines Kugelrillenverlaufs mit Shift und Steigungsdifferenz; 4 a schematic diagram of a second embodiment of a ball groove course with shift and pitch difference;

5 eine Perspektivansicht einer Mutter mit Innengewinde und freistellendem Rillenabschnitt und 5 a perspective view of a nut with female thread and freistellendem groove section and

6 eine Schnittansicht durch die Mutter aus 5. 6 a sectional view through the mother 5 ,

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description the drawing

1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Lenkeinrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Lenkstange 2, die über ein Zahnritzel 3 mit einer Zahnstange 4, die horizontal verschiebbar in einem Lenkgehäuse 5 aufgenommen ist, kämmt. Mit der Zahnstange 4 sind beidseits zwei Spurstangen 6 verbunden, die in bekannter Weise mit den zu lenkenden Rädern gekoppelt sind. 1 shows a section of a steering device 1 a motor vehicle, comprising a handlebar 2 that have a pinion 3 with a rack 4 , which can be moved horizontally in a steering box 5 is recorded, combs. With the rack 4 are two tie rods on both sides 6 connected, which are coupled in a known manner with the wheels to be steered.

Zur Servounterstützung ist ein Elektromotor 7 vorgesehen, der mit einem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb 8 zusammenwirkt. Der Kugelgewindetrieb 8 umfasst eine Mutter 9, die über ein Lager 10 in einem Lagergehäuse 11 drehgelagert ist und über Kugeln 12, die in an sich bekannter Weise umgelenkt werden, um sie zurückzusetzen, auf einer Gewindespindel 13, die hier Teil der Zahnstange 4 ist, läuft. Die Mutter 9 ist von einem Riemen, der hier nicht näher gezeigt ist, umschlungen. Dieser läuft über eine am Elektromotor befindliche Riemenscheibe, so dass die axial lagefeste Mutter hierüber gedreht werden kann. Eine Mutterdrehung führt zu einer translatorischen Bewegung der Gewindespindel 13 und damit der Zahnstange 4 und über diese der Spurstangen 6. Der Aufbau einer solchen Einrichtung ist hinlänglich bekannt.For power assistance is an electric motor 7 provided with a ball screw according to the invention 8th interacts. The ball screw 8th includes a mother 9 that have a warehouse 10 in a bearing housing 11 is swiveled and over balls 12 , which are deflected in a conventional manner to reset them, on a threaded spindle 13 that part of the rack here 4 is, runs. The mother 9 is by a belt, which is not shown here, entwined. This runs over a belt located on the electric motor, so that the axially positional nut can be turned over here. A nut rotation leads to a translational movement of the threaded spindle 13 and therefore the rack 4 and about these tie rods 6 , The structure of such a device is well known.

2 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung eine Schnittansicht durch den Kugelgewindetrieb 8. Gezeigt ist die Mutter 9 sowie die Gewindespindel 13. Die Mutter weist in bekannter Weise ein Innengewinde 14 und die Gewindespindel ein Außengewinde 15 auf, jeweils gebildet durch eine Kugelrille 16 bzw. 17. 2 shows in the form of a schematic representation of a sectional view through the ball screw 8th , Shown is the mother 9 as well as the threaded spindle 13 , The nut has a female thread in a known manner 14 and the threaded spindle an external thread 15 each formed by a ball groove 16 respectively. 17 ,

An dem Innengewinde 14 der Mutter 9 sind zwei ausgezeichnete Kugelrillenabschnitte 18a, 18b ausgebildet, die axial um einen hier übertrieben groß dargestellten Shift 19, der im Folgenden als „sh” angegeben ist, axial versetzt sind. Innerhalb dieser Kugelrillenabschnitte werden die Kugeln 20 jeweils über ein hier nicht näher gezeigtes Umlenkelement umgelenkt respektive zurückgesetzt, wie durch die Doppelpfeile 21 angedeutet ist.On the internal thread 14 mother 9 are two excellent ball groove sections 18a . 18b formed, the axially about a shift exaggerated here large 19 , hereinafter referred to as "sh", are axially offset. Within these ball groove sections are the balls 20 each deflected via a deflecting element not shown here in detail respectively reset, as by the double arrows 21 is indicated.

Über diesen Shift sh wird eine Vorspannung erzeugt. Diese Vorspannung kann lokal variiert werden, indem die Steigung der Kugelrille 16 respektive der Kugelrillenabschnitte 18a, 18b anders ist als die Steigung der Kugelrille 17 der Gewindespindel 13. Im gezeigten Beispiel ist die Steigung der Mutter mit „pm” angegeben, die Steigung der Kugelrille der Gewindespindel ist mit „ps” angegeben. Im gezeigten Beispiel sei angenommen, dass pm > ps ist. Wie zum Kugelrillenabschnitt 18a angegeben, ist die Steigung in diesem Abschnitt jeweils konstant, zu den beiden ersten Windungen ist jeweils die Steigung pm und 2 pm angegeben. Hieran schließt sich der Shift sh an. Infolgedessen ist resultierend aus dem Shift die Steigung zur vierten Windung größer als 4 pm, nämlich 4 pm + sh. Die Steigung setzt sich sodann konstant erhöht um den Shift sh für die nachfolgenden Windungen des Kugelrillenabschnitts 18b fort.A bias voltage is generated via this shift sh. This preload can be varied locally by adjusting the pitch of the ball groove 16 respectively the ball groove sections 18a . 18b is different than the slope of the ball groove 17 the threaded spindle 13 , In the example shown, the pitch of the nut is indicated by "pm", the pitch of the ball groove of the threaded spindle is indicated by "ps". In the example shown, suppose that pm> ps. How to the ball groove section 18a indicated, the slope in this section is constant, to the two first turns are given the slope pm and 2 pm, respectively. This is followed by the shift sh. As a result, as a result of the shift, the slope to the fourth turn is greater than 4 pm, namely 4 pm + sh. The slope is then increased constantly by the shift sh for the subsequent turns of the ball groove section 18b continued.

3 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung den Kugelrillenverlauf. Hier sei angenommen, dass die Steigung der Kugelrille respektive des Kugelrillenabschnitts 18a, 18b der Mutter 9 größer als die Steigung der Kugelrille 17 der Spindel ist. Ersichtlich kommt es in Verbindung mit dem Shift sh dazu, dass die shiftnahen, inneren Kugelreihen eher in Vorspannung kommen als die benachbarten Kugelreihen, was zu einer Erhöhung der Tragfähigkeit führt. 3 shows in the form of a schematic representation of the ball groove course. Here it is assumed that the pitch of the ball groove or the ball groove portion 18a . 18b mother 9 greater than the pitch of the ball groove 17 the spindle is. Obviously, in conjunction with the shift sh, the shift-near inner rows of balls tend to be biased rather than the adjacent rows of balls, which leads to an increase in the carrying capacity.

Eine Alternative ist in 4 gezeigt. Hier sind wiederum die Kugelrillenabschnitte 18a und 18b gezeigt, sowie die Kugelrille 17 der Spindel 13. Ebenfalls realisiert ist der Shift sh, jedoch ist hier die Steigung ph der Mutter 9 größer als die Steigung ps der Spindel 13. Ersichtlich kommt es bei dieser Geometrie dazu, dass die äußeren Kugelreihen eher in Vorspannung kommen als die inneren Reihen, wo nach wie vor ein Spiel gegeben ist.An alternative is in 4 shown. Here again are the ball groove sections 18a and 18b shown, as well as the ball groove 17 the spindle 13 , Also realized is the shift sh, but here is the slope ph of the mother 9 greater than the pitch ps of the spindle 13 , Obviously, with this geometry, the outer rows of balls tend to be biased rather than the inner rows, where there is still a play.

Je nach Ausgestaltung kann also der Bereich der lasttragenden Kugeln variiert werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, diesen lasttragenden Bereich weiterhin durch entsprechende Wahl des Steigungsverlaufs im Bereich der Mutter einzustellen. Denn es ist nicht zwingend erforderlich, dass die Steigung der jeweiligen Kugelrillenabschnitte 18a, 18b jeweils konstant ist. Vielmehr kann die Steigung auch innerhalb dieser Abschnitte variieren. Hierüber kann das Verhalten des Kugelgewindetriebs insbesondere im Hinblick auf Reibung und Durchschiebekraft weiter beeinflusst respektive eingestellt werden. Auch kann hierüber selbstverständlich der Ort, an dem die Kugeln lasttragend sind, eingestellt werden, worüber wiederum auf entsprechende Kippmomente, die im Betrieb anliegen, reagiert werden kann respektive die Triebeigenschaften entsprechend den gegebenen Einsatzbedingungen eingestellt werden können.Depending on the configuration, therefore, the range of load-bearing balls can be varied. In addition, it is possible to continue to adjust this load-bearing area by appropriate choice of the pitch curve in the mother. Because it is not absolutely necessary that the slope of the respective ball groove sections 18a . 18b each is constant. Rather, the slope can also vary within these sections. In this way, the behavior of the ball screw can be further influenced or adjusted, in particular with regard to friction and push-through force. Of course, the place where the balls are load-bearing, of course, can be adjusted, which in turn can be reacted to corresponding tilting moments that are applied during operation respectively the drive properties can be adjusted according to the given conditions of use.

Während 2 eine Ausführung zeigt, bei der zwei Umlenkelemente 21 vorgesehen sind, ist in den 5 und 6 ein Ausführungsbeispiel einer Mutter 9 gezeigt, bei der zwar ebenfalls zwei Kugelrillenabschnitte 18a, 18b realisiert sind, jedoch kommt diese Mutter 9 mit einem einzigen Umlenkelement 21 aus.While 2 shows an embodiment in which two deflecting elements 21 are provided in the 5 and 6 an embodiment of a mother 9 shown, in which also two ball groove sections 18a . 18b are realized, however, this mother comes 9 with a single deflecting element 21 out.

Hierzu ist, siehe 6, zwischen den beiden ebenfalls über einen hier nicht näher gezeigten Shift sh (entsprechend Bezugszeichen 19 in 2) axial auseinandergezogenen Kugelrillenabschnitten 18a, 18b ein freistellender Rillenabschnitt 22 vorgesehen. Dies ist dadurch realisiert ist, dass die Kugelrille etwas aufgefräst ist, d. h., dass die eine Kugelrille begrenzenden Schultern in diesem Bereich entfernt sind und folglich die Kugeln dort lastfrei laufen. Wie auch in 2 sind die Kugelrillenabschnitte 18a, 18b an einer gemeinsamen Kugelrille 16 realisiert, sie sind jedoch über den Rillenabschnitt 22 voneinander getrennt. Infolgedessen ist es möglich, dass die Kugeln von einem Kugelrillenabschnitt zum anderen über den Rillenabschnitt 22 lastfrei wechseln und über nur ein einziges Umlenkelement 21 zurückgesetzt werden. Wenngleich hier jeder Rillenabschnitt 18a, 18b nur wenige Windungen umfasst, ist es selbstverständlich möglich, die jeweiligen Abschnitte beliebig lang auszuführen. Dies insbesondere, wenn die Steigung innerhalb eines Kugelrillenabschnitts 18a, 18b nicht konstant ist, sondern auch dort variiert.This is, see 6 , between the two also via a shift sh not shown here (corresponding reference numerals 19 in 2 ) axially extended ball groove sections 18a . 18b a freestanding groove section 22 intended. This is realized in that the ball groove is slightly milled, that is, that the ball groove limiting shoulders are removed in this area and consequently the balls run there free of load. As well as in 2 are the ball groove sections 18a . 18b on a common ball groove 16 realized, but they are about the groove section 22 separated from each other. As a result, it is possible for the balls to pass from one ball groove section to the other via the groove section 22 load-free change and over only a single deflecting element 21 be reset. Although here each groove section 18a . 18b only a few turns, it is of course possible to carry out the respective sections as long as desired. This in particular if the slope is within a ball groove section 18a . 18b is not constant, but also varies there.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Lenkeinrichtungsteering device
22: Lenkstangehandlebars
33: Zahnritzelpinions
44: Zahnstangerack
55: Lenkgehäusesteering housing
66: Spurstangetie rod
77: Elektromotorelectric motor
88th: KugelgewindetriebBall Screw
99: Muttermother
1010: Lagercamp
1111: Lagergehäusebearing housing
1212: KugelBullet
1313: Gewindespindelscrew
1414: Innengewindeinner thread
1515: Außengewindeexternal thread
1616: Kugelrilleball groove
1717: Kugelrilleball groove
18a18a: KugelrillenabschnittBall groove portion
18b18b: KugelrillenabschnittBall groove portion
1919: ShiftShift
2020: KugelBullet
2121: Doppelpfeildouble arrow

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 4412539 C2 [0004, 0004]

Claims

Ball screw, comprising characterized a threaded spindle having formed on the outer periphery ball race and an application running on this nut having formed on the inner periphery ball groove, wherein the nut in complementary ball grooves running balls is guided on the threaded spindle on that nut side (two ball groove portions 18a . 18b ) are formed, which are offset from each other in deviation in the opposite directions to the groove pitch (pm) in opposite directions, and that the pitch (pm) of the ball groove sections ( 18a . 18b ) at least in sections differently to the pitch (ps) of the ball groove ( 17 ) of the threaded spindle ( 13 ).

Ball screw according to claim 1, characterized in that the ball groove sections ( 18a . 18b ) unconnected sections or on a common ball groove ( 16 ) are formed, each ball groove section ( 18a . 18b ) a nut provided on the deflection element ( 21 ) for deflecting the balls ( 20 ) having a beginning with one end of the ball groove portion ( 18a . 18b ) connects.

Ball screw according to claim 1, characterized in that the ball groove sections ( 18a . 18b ) on a common ball groove ( 17 ), the two sections ( 18a . 18b ) separating by at least one of the balls ( 20 ) free-standing groove section ( 22 ), in which the balls ( 20 ) do not wear, are separated.

Ball screw according to claim 3, characterized in that the free-standing groove portion ( 22 ) extends over more than half a turn around the nut axis.

Ball screw according to one of the preceding claims, characterized in that the pitch (pm) of the nut side ball groove sections ( 18a . 18b ) is at least partially smaller than the pitch (ps) of the ball groove ( 17 ) of the threaded spindle ( 13 ).

Ball screw according to one of claims 1 to 4, characterized in that the slope (pm) of the nut side ball groove sections ( 18a . 18b ) at least in sections greater than the pitch (ps) of the ball groove ( 17 ) of the threaded spindle ( 13 ).

Ball screw according to one of the preceding claims, characterized in that the pitch (pm) of the nut side ball groove sections ( 18a . 18b ) over the entire length of the respective ball groove section ( 18a . 18b ) different from the ball groove pitch (ps) of the threaded spindle ( 13 ).

Ball screw according to one of claims 1 to 6, characterized in that the pitch (pm) of the nut side ball groove sections ( 18a . 18b ) only over a part of the length of the respective ball groove section ( 18a . 18b ) different from the ball groove pitch (ps) of the threaded spindle ( 13 ) and otherwise equal to the ball groove pitch (ps).

Ball screw according to one of the preceding claims, characterized in that the pitch (pm) of a ball groove section ( 18a . 18b ) is constant, or that the slope (pm) changes in the axial direction, possibly in every 360 ° revolution.

Ball screw according to one of the preceding claims, characterized in that the axial offset ( 19 ) depending on the diameter of the balls ( 20 ) is selected, and in particular is a maximum of 40 microns.

Ball screw drive according to one of the preceding claims, characterized in that the gradient difference per revolution as a function of the diameter of the balls ( 20 ) is selected, and in particular is a maximum of 15 microns.