DE102009046644A1

DE102009046644A1 - Power steering, particularly power steering for vehicle, has movement screw propelled by servo actuator from nut axially supported in rack and axially shiftable construction element

Info

Publication number: DE102009046644A1
Application number: DE102009046644A
Authority: DE
Inventors: Peter Ertle
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2009-11-12
Filing date: 2009-11-12
Publication date: 2011-05-19

Abstract

The power steering, particularly power steering has a movement screw (3) propelled by a servo actuator (2) from a nut (5) axially supported in a rack (4) and an axially shiftable construction element (6). The rolling unit (10) of an antifriction bearing (9) is linked by a bearing cage (11) in axial different directions against bearing rings (12,13) of the antifriction bearing.

Description

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung, insbesondere eine Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, mit einer, von einem Servomotor angetriebenen Bewegungsschraube, nach dem Oberbegriff des Anspruch 1.The invention relates to a power steering, in particular a power steering system for a vehicle, with a, driven by a servo motor motion screw, according to the preamble of claim 1.

Die DE 103 10 492 A1 zeigt und beschreibt eine elektrische Servolenkung wobei ein Servomotor ein axial verlagerbares Bauelement antreibt, das mit seinem Kugelgewinde in Eingriff mit einem Muttergewinde einer axial unverschieblich in einem Gestell gelagerten Mutter ist. Die Mutter ist mit einer Riemenscheibe eines Zugmittelgetriebes zwischen dem Servomotor und der so gebildeten Bewegungsschraube drehfest verbunden. Die Mutter ist über ein Radial-Festlager an dem Gestell abgestützt und gelagert. Das Radiallager ist als Wälzlager und insbesondere als Vierpunktlager gebildet, da insbesondere auch Axialkräfte aufzunehmen sind.The DE 103 10 492 A1 shows and describes an electric power steering system wherein a servomotor drives an axially displaceable component, which is with its ball screw into engagement with a female thread of an axially immovable mounted in a frame nut. The nut is rotatably connected to a pulley of a traction mechanism between the servo motor and the motion screw thus formed. The nut is supported and mounted on the frame via a radial bearing. The radial bearing is formed as a rolling bearing and in particular as a four-point bearing, since in particular axial forces are to be absorbed.

Durch die definierte Vorspannung des Lagerinnenringes des Vierpunktlagers sind Klappergeräusche der Lagerung, hervorgerufen durch im Betrieb der Servolenkung rasch wechselnde Axialkräfte auf die Lagerringe und Wälzkörper reduziert.Due to the defined preload of the bearing inner ring of the four-point bearing rattling noise of the bearing caused by the operation of the power steering rapidly changing axial forces are reduced to the bearing rings and rolling elements.

Die im Betrieb solcher Servolenkungen auftretenden, rasch wechselnden Axialkräfte auf die Lagerringe eines dahingehenden Wälzlagers verursachen jedoch insbesondere durch unterschiedliche Erwärmung der Lagerringe des Wälzlagers zu Betriebsbeginn der Servolenkung Toleranzen in dem Wälzlager. Durch diese Toleranzen entstehen zu Beginn eines Betriebes einer Servolenkung gelegentlich Klappergeräusche bis sich durch eine gleichmäßige Erwärmung der Bauteile des Wälzlagers letztendlich das konstruktiv vorgegebene Betriebsspiel einstellt.However, occurring during operation of such power steering, rapidly changing axial forces on the bearing rings of a pertinent rolling bearing cause, in particular by different heating of the bearing rings of the bearing to start operation of the power steering tolerances in the rolling bearing. These tolerances occasionally cause rattling noises at the beginning of operation of a power steering system until finally the structurally predetermined operating clearance is set by uniform heating of the components of the rolling bearing.

Die bekannten Wälzlagerbauarten sind bei dem speziellen Anwendungsbereich in einer Servolenkung nicht immer in der Lage in der genannten Betriebsphase eine Geräuschentwicklung zu verhindern.The known rolling bearing types are not always able to prevent noise in the specific operating range in a power steering system in the aforementioned operating phase.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkung anzugeben, deren Betriebsgeräusch minimiert ist.The invention has for its object to provide a power steering, the operating noise is minimized.

Die Aufgabe wird mit einer Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a power steering with the features of claim 1.

Dadurch daß die Wälzkörper des Wälzlagers zur Lagerung der Mutter wechselweise durch einen Lagerkäfig an beide Flankenlauflinien der Lagerringe des Wälzlagers in axialer Richtung des Wälzlagers gepreßt werden, ist ein Lagerspiel, welches bei Einwirkung von insbesondere wechselnden Axialkräften Klappergeräusche verursacht, ausgeschlossen. Der Lagerkäfig weist einen Wellenschlag in Bezug auf seine Mittellinie auf, der einen seitlichen Versatz der Wälzkörper und insbesondere der Kugeln in dem Wälzlager bedingt. Die Wälzkörper sind auf diese Weise durch ein elastisches Mittel gegen die Lagerringe des Wälzlagers abwechselnd in die eine und andere Richtung gedrückt.The fact that the rolling elements of the bearing for supporting the nut are alternately pressed by a bearing cage on both edge lines of the bearing rings of the bearing in the axial direction of the bearing is a bearing clearance, which causes rattle when exposed to particular changing axial forces ruled out. The bearing cage has a wave shock with respect to its center line, which causes a lateral offset of the rolling elements and in particular of the balls in the rolling bearing. The rolling elements are pressed in this way by an elastic means against the bearing rings of the rolling bearing alternately in one direction and another.

Diese konstruktive Maßnahme verhindert bei hohen Spreizkräften Lagerspiel. Sind betriebsbedingt die Spreizkräfte an den Lagerringen gering, so kann mit dieser erfindungsgemäßen konstruktiven Maßnahme ein Übergang des Flankenwechsels mit geringer Geräuschbildung erzielt werden.This constructional measure prevents bearing clearance when the expansion forces are high. If, due to operation, the spreading forces on the bearing rings are low, a transition of the edge change with little noise can be achieved with this design measure according to the invention.

Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred embodiments emerge from the subclaims.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das erfindungsgemäße Wälzlager als Rillenkugellager – ein oder zweireihig – gebildet. Es kann als Hochschulterlager ohne Füllnuten hergestellt sein, oder als Vierpunktkugellager hergestellt sein. Diese Lager sind bei sehr hohen Drehzahlen bei der Aufnahme von Axialkräften überlegen im Vergleich zu anderen Lagerbauarten. Die Käfige solcher Lager lassen sich als Umformteile aus Stahlblech oder Messing bilden. Bei kleineren Lagergrößen, wie sie im Lenkungsbau Anwendung finden, lassen sich Kunststoffkäfige einsetzen.In a particularly preferred embodiment, the rolling bearing according to the invention as a deep groove ball bearing - one or two rows - formed. It can be made as a university camp without Füllnuten, or manufactured as a four-point ball bearing. These bearings are superior at very high speeds in the absorption of axial forces compared to other types of bearings. The cages of such bearings can be formed as formed parts of sheet steel or brass. For smaller bearing sizes, such as those used in steering construction, plastic cages can be used.

Die Auslegung des Käfigs kann insbesondere unter Berücksichtigung seines Wärmedehnverhaltens bei den die Klappergeräusche verursachenden Temperaturen erfolgen. Dabei ist eine Reduzierung der Spreizkräfte des Käfigs dahingehend anzustreben, daß bei einer gleichmäßigen Erwärmung der Lagerkomponenten das Betriebsspiel in dem Sinne erreicht wird, daß dabei die Reibung und damit der Verschleiß in dem Lager minimiert ist.The design of the cage can take place in particular taking into account its thermal expansion behavior at the temperatures causing the rattling noises. In this case, a reduction in the spreading forces of the cage is to be sought in that with a uniform heating of the bearing components the operating clearance is achieved in the sense that while the friction and thus the wear in the bearing is minimized.

Die Spreizkräfte des Käfigs sind so zu wählen, daß diese in einem definierten Verhältnis zu den auftretenden Axialkräften auf die Lagerringe stehen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Servolenkung wird ein Verhältnis der Spreizkraft zu der maximalen Axialkraft von etwa 1:1 bis 1:10 gewählt.The spreading forces of the cage are to be chosen so that they are in a defined ratio to the axial forces occurring on the bearing rings. In a particularly preferred embodiment of the power steering system, a ratio of the spreading force to the maximum axial force of about 1: 1 to 1:10 is selected.

Das axial verlagerbare Bauelement ist als Spindel oder Zahnstangen-Gewindeabschnitt gebildet. Das axial verlagerbare Bauelement kann in an sich bekannter Weise über Spurstangen und Radlenkhebel mit lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs verbunden sein. Der Gewindeabschnitt oder die Spindel wirkt mit der zu lagernden Mutter zusammen, wobei die so gebildete Bewegungsschraube Teil eines Lenkgetriebes einer elektrischen oder hydraulischen Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung ist. Das Gestell ist als Lenkgetriebegehäuse dargestellt, das somit eine konstruktive Einheit für ein dadurch dargestelltes Kugelmutter-Spindelgetriebe oder Kugelmutter-Hydrogetriebe bildet.The axially displaceable component is formed as a spindle or rack threaded portion. The axially displaceable component can be connected in a conventional manner via tie rods and wheel steering with steerable wheels of a motor vehicle. The threaded portion or the spindle cooperates with the mother to be stored, wherein the movement screw thus formed is part of a steering gear of an electric or hydraulic power steering system or power steering system. The frame is shown as a steering gear housing, thus forming a constructive unit for a ball-nut spindle gearbox or ball-nut hydrostatic transmission represented thereby.

Vorzugsweise ist der Servomotor als Elektromotor in Pulsweiten-Modulation gesteuert. Die Motorwelle des Elektromotors ist drehfest mit einer Riemenscheibe verbunden. Ein darauf taufender Riemen ist zudem über eine Riemenscheibe auf oder an der Mutter aufgespannt. Die beiden Riemenscheiben bilden ein selbstspannendes Zugmittelgetriebe. Der Riemen kann als Zahnriemen gebildet sein. Es kann auch eine Kombination zweier verschiedener Riemenbauarten in dem Zugmittelgetriebe verbaut sein. Es kann anstelle eines selbstspannenden Zugmittelgetriebes der Servomotor verlagerbar relativ zu der Längsachse des axial verlagerbaren Bauelements und der Mutter vorgesehen sein.Preferably, the servomotor is controlled as an electric motor in pulse width modulation. The motor shaft of the electric motor is rotatably connected to a pulley. A belt running on it is also mounted on a pulley on or on the nut. The two pulleys form a self-tensioning traction mechanism. The belt can be formed as a toothed belt. It may also be a combination of two different types of belts installed in the traction mechanism. It may be provided displaceable relative to the longitudinal axis of the axially displaceable component and the mother instead of a self-tensioning traction mechanism, the servo motor.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der einzigen Figur wiedergegeben.The invention will now be described in more detail with reference to an embodiment and reproduced with reference to the single figure.

1 zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Servolenkung. 1 shows a partial longitudinal section through a power steering according to the invention.

In 1 ist ein teilweiser Längsschnitt durch eine Servolenkung 1 für einen Personenkraftwagen gezeigt. Wesentliche Bauteile der Servolenkung 1 sind ein als geschlossenes Lenkgetriebegehäuse 18 gebildetes Gestell 4 aus Alumiumdruckguß. Das Lenkgetriebegehäuse 18 weist einen Radialflansch 21 auf, an dem mittels Schraubbolzen 22 ein elektrischer Servomotor 2 angeschraubt ist. Der elektrische Servomotor 2 dient zur Bereitstellung eine Lenkhilfskraft auf einen Gewindeabschnitt 16 einer Zahnstange 15. Die Zahnstange 15 stellt ein axial verlagerbares Bauelement 6 in dem Lenkgetriebegehäuse 18 dar. An nicht gezeigten axialen Enden der Zahnstange 15 sind gelenkig Spurstangen festgelegt, die mit Radlenkhebeln gelenkter Räder des Personenkraftwagens zur Lenkwinkelverstellung der Räder bei einer Axialverschiebung der Zahnstange 15 dienen.In 1 is a partial longitudinal section through a power steering 1 shown for a passenger car. Essential components of the power steering 1 are as a closed steering gear housing 18 formed frame 4 made of die-cast aluminum. The steering gear housing 18 has a radial flange 21 on, by means of bolts 22 an electric servomotor 2 screwed on. The electric servomotor 2 serves to provide a steering assist force on a threaded portion 16 a rack 15 , The rack 15 represents an axially displaceable component 6 in the steering gear housing 18 At not shown axial ends of the rack 15 articulated tie rods are set, the steered wheels of the passenger car steering wheels for steering angle adjustment of the wheels at an axial displacement of the rack 15 serve.

Der Gewindeabschnitt 16 der Zahnstange 15 ist mit seinem Gewinde 7 mit einem Muttergewinde 8 einer Mutter 5 in Eingriff. Die Mutter 5 ist als Kugelmutter oder Kugelumlaufmutter 17 gebildet. Eine von dem elektrischen Servomotor 2 angetriebene Bewegungsschraube 3 ist dadurch gebildet. Die Kugelmutter 17 ist um den Gewindeabschnitt 16 in dem Gestell 4 rotierbar gelagert, aber axial weitgehendst unverschieblich angeordnet. Die Kugelmutter 17 ist axial und radial über einen als Innenring gebildeten Lagerring 12 und einen als Außenring gebildeten Lagerring 13 einer Wälzlagers 9 in dem Gestell 4 oder Lenkgetriebegehäuse 18 gelagert. Der Innenring des Wälzlagers 9 ist zwischen zwei Anschlägen 23, 24 in einem Gehäusedeckel 25 des Lenkgetriebegehäuses 18 festgelegt. Der elektrische Servomotor 2 ist über ein Zugmittelgetriebe mit der Mutter 5 wirkverbunden, wobei ein als Zahnriemen gebildeter Riemen 19 auf einer Riemenscheibe 20 an der Mutter 5 abläuft. Die Riemenscheibe 20 ist in der Art einer stufenzylindrischen Hülse gebildet und bildet mit ihrer, dem Wälzlager 9 zugewandten Stirnseite 26 den Anschlag 24 für den Innenring 12. Der Riemen 19 läuft ferner auf einer nicht gezeigten Riemenschiebe, die drehfest mit einer Motorwelle des elektrischen Servomotors 2 verbunden ist, ab.The threaded section 16 the rack 15 is with his thread 7 with a nut thread 8th a mother 5 engaged. The mother 5 is as a ball nut or recirculating ball nut 17 educated. One from the electric servomotor 2 driven motor screw 3 is formed by it. The ball nut 17 is around the threaded section 16 in the frame 4 rotatably mounted, but axially arranged largely immovable. The ball nut 17 is axially and radially via a bearing ring formed as an inner ring 12 and a bearing ring formed as an outer ring 13 a rolling bearing 9 in the frame 4 or steering gear housing 18 stored. The inner ring of the rolling bearing 9 is between two stops 23 . 24 in a housing cover 25 of the steering gear housing 18 established. The electric servomotor 2 is via a traction mechanism with the nut 5 operatively connected, wherein a belt formed as a toothed belt 19 on a pulley 20 at the mother 5 expires. The pulley 20 is formed in the manner of a stepped cylindrical sleeve and forms with its, the rolling bearing 9 facing end face 26 the stop 24 for the inner ring 12 , The belt 19 also runs on a belt slide, not shown, which rotatably with a motor shaft of the electric servo motor 2 connected, from.

Der Servomotor 2 wird nach Maßgabe von Sensorsignalen, die einen gewünschten Lenkwinkel und einen Radlenkwinkel abbilden, von einer nicht gezeigten Steuer- und/oder Regelungseinrichtung angesteuert. Dadurch wird die Mutter in die eine oder andere Richtung gedreht und die Zahnstange 15 in die eine oder andere Richtung verschoben. Auf die Mutter 5 werden andererseits Axialkräfte, die von den Radreaktionskräften abgeleitet sind, eingeleitet. Zudem ergeben sich bei Lenkbewegungen an einer Lenkhandhabe in die eine oder andere Richtung wechselnde Axialkräfte an der Mutter 5, die auf das Wälzlager 9 wirken.The servomotor 2 is driven in accordance with sensor signals, which map a desired steering angle and a wheel steering angle, by a control and / or regulating device, not shown. This rotates the nut in one direction or the other and the rack 15 shifted in one direction or the other. On the mother 5 On the other hand, axial forces derived from the wheel reaction forces are introduced. In addition, resulting in steering movements on a steering handle in one or the other direction changing axial forces on the mother 5 on the rolling bearing 9 Act.

Das Wälzlager 9 ist als einreihiges Rillenkugellager mit als Kugeln 27 gebildeten Wälzkörpern 10 gebildet und weist einen erfindungsgemäß gebildeten Lagerkäfig 11 auf. Der Lagekäfig 11 ist aus einem thermoplastischen Kunststoff gebildet und bringt Spreizkräfte S, die in jeweils von der einen Kugel 27 zur nächsten in entgegengesetzter axialer Richtung gerichtet sind, auf. Die Kugeln 27 sind somit sowohl in die eine Richtung als auch in die andere Richtung an beiden Flankenlauflinien der Lagerringe 12, 13 angedrückt. Die Spreizkräfte S wirken somit gegen Axialkräfte F in beide axiale Richtungen der Zahnstange 15. Die Spreizkräfte S sind so gewählt, daß diese in der Lage sind, bei ungleichförmiger Wärmedehnung zwischen dem Innenring und dem Außenring das Flankenspiel auszugleichen. Der Lagerkäfig 11 selbst verringert mit zunehmender Betriebstemperatur des Wälzlagers 9 seine Spreizkräfte S so, daß bei einer gleichmäßigen Betriebstemperatur aller Komponenten des Wälzlages 9 die Lagerreibung und der Verschleiß nicht erhöht sind im Vergleich zu Lagern gemäß dem Stand der Technik.The rolling bearing 9 is as a single row deep groove ball bearing with as balls 27 formed rolling elements 10 formed and has a bearing cage formed according to the invention 11 on. The location cage 11 is formed of a thermoplastic material and brings spreading forces S, which in each case from the one ball 27 are directed to the next in the opposite axial direction, on. The balls 27 are thus both in the one direction and in the other direction on both flank running lines of the bearing rings 12 . 13 pressed. The spreading forces S thus act against axial forces F in both axial directions of the rack 15 , The spreading forces S are chosen so that they are able to compensate for uneven thermal expansion between the inner ring and the outer ring, the backlash. The camp cage 11 itself decreases with increasing operating temperature of the rolling bearing 9 its spreading forces S so that at a uniform operating temperature of all components of the Wälzlages 9 The bearing friction and wear are not increased compared to bearings according to the prior art.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: ServolenkungPower steering
22: Servomotorservomotor
33: Bewegungsschraubeleading screw
44: Gestellframe
55: Muttermother
66: Bauelement, axial verlagerbarComponent, axially displaceable
77: Gewindethread
88th: Muttergewindenut thread
99: Wälzlagerroller bearing
1010: Wälzkörperrolling elements
11 11: Lagerkäfigbearing cage
1212: Lagerringbearing ring
1313: Lagerringbearing ring
1414: RillenkugellagerDeep groove ball bearings
1515: Zahnstangerack
1616: Gewindeabschnittthreaded portion
1717: Kugelmutterball nut
1818: LenkgetriebegehäuseSteering gear housing
1919: Riemenbelt
2020: Riemenscheibepulley
2121: Radialflanschradial flange
2222: Schraubbolzenbolts
2323: Anschlagattack
2424: Anschlagattack
2525: Gehäusedeckelhousing cover
2626: Stirnseitefront
2727: KugelBullet
SS: Spreizkraftspreading
FF: Axialkraftaxial force

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10310492 A1 [0002]

Claims

Power steering, in particular power steering for a vehicle, with one of a servomotor ( 2 ) driven motion screw ( 3 ) from an axially largely immovable in a frame ( 4 ) stored mother ( 5 ) and an axially displaceable component ( 6 ) whose thread ( 7 ) with a female thread ( 8th ) mother ( 5 ) is engaged, and with a rolling bearing ( 9 ) for the axial and / or radial mounting of the nut ( 5 ) in the frame ( 4 ), characterized in that rolling elements ( 10 ) of the rolling bearing ( 9 ) by a bearing cage ( 11 ) in axially different directions against bearing rings ( 12 . 13 ) of the rolling bearing ( 9 ) are biased.

Power steering system according to claim 1, characterized in that the rolling bearing ( 9 ) a single or double row deep groove ball bearing ( fourteen ).

Power steering system according to claim 1 or 2, characterized in that the rolling bearing ( 9 ) is a four-point ball bearing.

Power steering system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the bearing cage ( 11 ) the rolling elements ( 10 ) of the rolling bearing ( 9 ) axially biased against each other with a spreading force (S), which in a defined ratio to the power steering during operation ( 1 ) on the bearing rings ( 12 . 13 ) occurring axial forces (F) is.

Power steering system according to claim 4, characterized in that the ratio of spreading force (S) to maximum axial force (F) is selected to be 1: 1 to 1:10.

Power steering system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the bearing cage ( 11 ) is formed of a plastic material.

Power steering system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the axially displaceable component ( 6 ) a spindle or rack ( 15 ) with a threaded portion ( 16 ) is to the axially non-displaceably mounted ball nut ( 17 ) rotates.

Power steering system according to claim 7, characterized in that the frame ( 4 ) a steering gear housing ( 18 ) is a ball-nut spindle gear or ball-nut hydraulic transmission of an electric or hydraulic power or power steering system.

Power steering system according to one of Claims 1 to 8, characterized in that the servomotor ( 2 ) is an electric motor, which via a rotatably connected to its rotor shaft belt slide and a belt ( 19 ) one with the mother ( 5 ) rotatably connected pulley ( 20 ) drives.