DE102010054201A1

DE102010054201A1 - Method for functional testing of ball screw for steering system of motor vehicle, involves evaluating course of moment size within test interval to determine whether moment size is exceeded preset maximum value or threshold value

Info

Publication number: DE102010054201A1
Application number: DE201010054201
Authority: DE
Inventors: Oliver Schmidt; Peter Marx; Heiko Schumann; Alexander Bode
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-12-11
Filing date: 2010-12-11
Publication date: 2012-06-14

Abstract

The method involves applying an oscillating relative motion having a predetermined frequency and amplitude between a ball screw nut (20) and a spindle (30). The moment size is acquired during application of oscillating relative motion. The course of the moment size within a given test interval is evaluated so as to determine whether the moment size within given test interval is exceeded the preset maximum value or threshold value. An independent claim is included for testing apparatus for functional check of ball screw for steering system of motor vehicle.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Funktionsprüfung von Kugelgewindetrieben für Kraftfahrzeuglenkungen, welche eine Kugelgewindemutter und eine mit dieser über Kugeln in Eingriff stehende Spindel umfassen. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Prüfvorrichtung.The invention relates to a method for functional testing of ball screws for motor vehicle steering systems, which comprise a ball screw nut and a standing with these balls in engagement spindle. Furthermore, the invention relates to a test device suitable for carrying out the method.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen anzugeben, welche es gestatten, die Leichtgängigkeit einer Fahrzeuglenkung effizienter zu gewährleisten.The invention has for its object to provide solutions that allow to ensure the ease of a vehicle steering efficient.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren, welches sich auf eine Funktionsprüfung von Kugelgewindetrieben bezieht, umfasst insbesondere die folgenden Schritte, nämlich Aufbringen einer oszillierenden Relativbewegung zwischen Kugelgewindemutter und Spindel mit vorgegebener Amplitude und Frequenz, Erfassen einer bei der Aufbringung der Relativbewegung auftretenden Kraft- oder Momentengröße, und Auswerten des Verlaufs der erfassten Kraft- oder Momentengröße innerhalb eines vorgegebenen Prüfintervalls im Hinblick auf ein Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwerts für die Kraft- oder Momentengröße innerhalb des Prüfintervalls und Ausgeben eines entsprechenden Ergebnisses.This object is achieved by a method according to claim 1. The inventive method, which relates to a functional test of ball screws, comprises in particular the following steps, namely applying an oscillating relative movement between the ball screw nut and spindle with a predetermined amplitude and frequency, detecting a force occurring during the application of the relative movement or torque magnitude, and evaluating the Course of the detected force or torque magnitude within a predetermined test interval with regard to exceeding a predetermined maximum value for the force or torque size within the test interval and output a corresponding result.

Hierdurch lassen sich spezielle Fertigungsungenauigkeiten von Kugelgewindetrieben, die bei rein linearer Bewegung nicht erkannt werden, frühzeitig erkennen, so dass fehlerhafte Kugelgewindetriebe insbesondere bereits vor dem Verbau in das Lenkgetriebe ausgeschlossen werden können. Durch den Kugelgewindetrieb verursachte Schwergängigkeiten einer Fahrzeuglenkung werden dadurch vermieden. Hierdurch steigt die Fertigungsqualität, da der durch den Kugelgewindetrieb bedingte Ausschuss von Lenkgetrieben nahezu völlig ausgeschlossen wird. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, eine Prüfung erst dann vorzunehmen, wenn der Kugelgewindetrieb in ein Lenkgetriebe eingebaut worden ist.As a result, special manufacturing inaccuracies of ball screws, which are not recognized in purely linear motion, can be detected early, so that faulty ball screws can be excluded in particular before the installation in the steering gear. By the ball screw caused binding of a vehicle steering are avoided. As a result, the production quality increases because of the ball screw due to the Committee of steering gears is almost completely excluded. However, it is not excluded to make a test only when the ball screw has been installed in a steering gear.

Anstelle oder in Ergänzung zu der Auswertung der Kraft- und Momentengröße im Hinblick auf das Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwert kann eine Beurteilung auch über eine kumulierte Größe erfolgen, indem beispielsweise der Verlauf der erfassten Kraft- oder Momentengröße innerhalb des Prüfintervalls im Hinblick auf ein Überschreiten eines Grenzwerts für die kumulierte Kraft- oder Momentengröße ausgewertet wird. Hierdurch wird eine breitere Erfassung von möglichen Störungsquellen erzielt.Instead of or in addition to the evaluation of the force and torque in terms of exceeding a predetermined maximum value, an assessment can also be made about a cumulative size, for example, the course of the detected force or torque size within the test interval with regard to exceeding a threshold is evaluated for the cumulative force or moment magnitude. As a result, a broader detection of possible sources of interference is achieved.

Grundsätzlich kann die oszillierende Relativbewegung beliebig durch eine korrespondierende Bewegung der Spindel, der Kugelgewindemutter oder von beiden erzeugt werden, wobei die jeweils verbleibenden Bewegungsfreiheitgrade insoweit eingeschränkt werden, dass eine Relativbewegung zwischen Spindel und Kugelgewindemutter und damit ein Umlauf der Kugeln des Kugelgewindetriebs veranlasst wird.In principle, the oscillating relative movement can be arbitrarily generated by a corresponding movement of the spindle, the ball screw nut or both, wherein the remaining degrees of freedom of movement are limited to the extent that a relative movement between the spindle and ball screw nut and thus a revolution of the balls of the ball screw is caused.

Aufgrund der oszillierende Relativbewegung bewegen sich die Lagerkugeln nur kurze Wege vor und zurück. Kugeln, die besser rollen als ihre Nachbarn, schieben letztere dann vorwärts und zurück, da die Kugeln nicht durch einen Kugelkäfig getrennt sind. Bei einer falschen Fertigung der Laufbahnen oder ähnlichen Fehlern werden die Kugeln zusammengeschoben, reiben stark aneinander und hemmen die Zurückbewegung von Kugelgewindemutter und Spindel relativ zueinander.Due to the oscillating relative movement, the bearing balls move only short ways back and forth. Balls that roll better than their neighbors will push the latter forward and back as the balls are not separated by a ball cage. If the raceways or similar defects are manufactured incorrectly, the balls are pushed together, rub strongly against one another and inhibit the return movement of the ball screw nut and spindle relative to one another.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kugelgewindemutter eingespannt und die oszillierende Relativbewegung über einen an der Spindel angreifenden Bewegungsaktuator erzeugt. Diese Konfiguration ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau eines Prüfstands und ermöglicht die Generierung eines aussagekräftigen Signals in Bezug auf die Kraft- oder Momentengröße. Insbesondere kann durch den Bewegungsaktuator eine Axialbewegung in die Spindel eingeleitet werden.According to a preferred embodiment, the ball screw nut is clamped and generates the oscillating relative movement via a movement actuator acting on the spindle. This configuration allows a particularly simple design of a test bench and allows the generation of a meaningful signal in terms of force or torque size. In particular, an axial movement can be introduced into the spindle by the movement actuator.

Die Kugelgewindemutter kann beispielsweise in einer Einspannvorrichtung mit geringem Reibungswiderstand eingespannt sein. Die Kraft- oder Momentengröße kann beispielsweise mittels eines zwischen Bewegungsaktuator und Spindel angeordneten Sensors gemessen oder in sonstiger Weise am Bewegungsaktuator gewonnen werden.The ball screw nut may for example be clamped in a clamping device with low frictional resistance. The force or torque magnitude can be measured, for example, by means of a sensor arranged between the movement actuator and the spindle or obtained in any other way on the movement actuator.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die oszillierende Relativbewegung über einen an der Kugelgewindemutter angreifenden Bewegungsaktuator erzeugt. Hierzu wird die Mutter hin und her gedreht, während die dazu erforderlichen Momente gemessen und ausgewertet werden. Hierdurch wird eine weitere Möglichkeit zur einfachen Umsetzung der vorstehend beschriebenen Funktionsprüfung geschaffen.According to a further preferred embodiment, the oscillating relative movement is generated via a movement actuator acting on the ball screw nut. For this purpose, the mother is rotated back and forth, while the necessary moments are measured and evaluated. As a result, a further possibility for the simple implementation of the functional test described above is created.

Vorzugsweise erfolgt die Funktionsprüfung am noch unverbauten Kugelgewindetrieb. Es ist jedoch auch möglich, die Funktionsprüfung des Kugelgewindetriebs im Einbauzustand an einer Fahrzeuglenkung vorzunehmen. Hierdurch wird der apparative Aufwand in Bezug auf die Prüfvorrichtung verringert, da das Lenkgetriebe gewissermaßen als Einspannung für den Kugelgewindetrieb während der Prüfung dient. Vorzugsweise wird man in diesem Fall die Prüfung zu einem möglichst frühen Zeitpunkt während der Montage der Lenkung vornehmen, damit bei einem schadhaften Kugelgewindetrieb der Demontageaufwand gering bleibt.The functional test is preferably carried out on the ball screw drive which is still unobstructed. However, it is also possible to carry out the functional test of the ball screw in the installed state on a vehicle steering. As a result, the expenditure on equipment is reduced with respect to the test apparatus, since the steering gear is used as a kind of clamping for the ball screw during the test. Preferably one will in this case the examination at the earliest possible time during make the assembly of the steering so that in a defective ball screw the disassembly effort remains low.

Die Funktionsprüfung des Kugelgewindetriebs kann im Einbauzustand an einer Fahrzeuglenkung insbesondere so vorgenommen werden, dass die oszillierende Relativbewegung über eine Eingangswelle eingeleitet wird, welche mit der Spindel gekoppelt ist. Eine solche Messung ist am indirektesten, weil die Eingangswelle prinzipbedingt einen Messbewegungsbereich von ±5° aufweist, bis zu dem ein geringes gemessenes Moment übertragen werden kann. Es kommt hierdurch während der Erregung zu einer Umlenkpause mit deutlich stärkerer Beschleunigung, wenn der Momenten- bzw. Kraftfluss wieder einsetzt.The functional test of the ball screw can be made in the installed state on a vehicle steering in particular so that the oscillating relative movement is introduced via an input shaft, which is coupled to the spindle. Such a measurement is the most indirect, because the input shaft inherently has a measuring range of ± 5 °, to which a low measured torque can be transmitted. As a result, during the excitation, there is a deflection pause with significantly greater acceleration when the momentum or force flow sets in again.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind bzw. werden die Achsen von Kugelgewindemutter und Spindel während des Aufbringens der Relativbewegung und der Erfassung der Kraft- und Momentengröße zueinander deachsiert. Durch eine solche Deachsierung kann noch besser zwischen Gut- und Schlechtteilen unterschieden werden, da die Deachsierung bei fehlerhaften Kugelgewindetrieben über den relativen Verdrehwinkel zwischen Spindel und Kugelgewindemutter zu deutlich ausgeprägten Kraft- bzw. Momentenspitzen führt.According to a further advantageous embodiment of the invention, the axes of ball screw nut and spindle are deachsiert during the application of the relative movement and the detection of the force and moment size to each other. By such Deachsierung can be better distinguished between good and bad parts, since the Deachsierung leads in case of faulty ball screws on the relative angle of rotation between the spindle and ball screw nut to pronounced force or torque peaks.

In einer vorteilhaften Ausführungsvariante wird der Verlauf der Kraft- oder Momentengröße in Abhängigkeit des Verdrehwinkels hinsichtlich solcher Spitzen ausgewertet, wobei bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwerts ein Kugelgewindetrieb als fehlerhaft, bei Unterschreiten hingegen als in Ordnung gewertet wird.In an advantageous embodiment variant, the profile of the force or torque variable is evaluated as a function of the angle of rotation with respect to such peaks, wherein when a predetermined maximum value is exceeded, a ball screw is rated as faulty, while falling below it is considered as correct.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegen die Amplitude der oszillierenden Relativbewegung bezogen auf eine axiale Relativverschiebung zwischen Kugelgewindemutter und Spindel zwischen 0 mm und 3 mm und die Frequenz im Bereich von 0,1 bis 10 Hz. Durch die Verwendung einer recht kleinen Auslenkungen und niedrigen Frequenz wird ein Klumpen der Kugeln erzielt, welches für die Beurteilung des Kugelgewindetriebs von Vorteil ist.According to a further advantageous embodiment of the invention, the amplitude of the oscillating relative movement relative to an axial relative displacement between the ball screw nut and spindle between 0 mm and 3 mm and the frequency in the range of 0.1 to 10 Hz. By the use of a fairly small deflections and low Frequency is achieved a lump of balls, which is advantageous for the assessment of the ball screw.

Die oben genannte Aufgabe wird ferner durch eine Prüfvorrichtung gemäß Patentanspruch 9 gelöst. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Einspannvorrichtung zur Einspannung der Kugelgewindemutter, einen Bewegungsaktuator zur mittelbaren oder unmittelbaren Einleitung einer oszillierenden Bewegung mit vorgegebener Amplitude und Frequenz in die Spindel oder die Kugelgewindemutter, mindestens eine Erfassungseinrichtung zur Erfassung einer Kraft- oder Momentengröße während der Aufbringung der oszillierenden Bewegung, und eine Auswertungseinrichtung, welche das bzw. die von der bzw. den Erfassungseinrichtungen erfassten Signale erhält und während eines Prüfintervalls im Hinblick auf eine Überschreitung eines vorgegebenen Maximalwerts für die Kraft- oder Momentengröße und/oder eine Überschreitung eines Grenzwerts für die kumulierte Kraft- oder Momentengröße auswertet und ein entsprechendes Ergebnis ausgibt.The above object is further achieved by a test device according to claim 9. The device according to the invention comprises a clamping device for clamping the ball screw nut, a movement actuator for direct or indirect introduction of an oscillating motion of predetermined amplitude and frequency into the spindle or the ball screw nut, at least one detection device for detecting a force or moment variable during the application of the oscillating movement, and an evaluation device which receives the signals detected by the detection device (s) and during a test interval with respect to exceeding a predetermined maximum value for the force or moment variable and / or exceeding a limit value for the cumulative force or moment variable evaluates and outputs a corresponding result.

Eine solche Prüfvorrichtung zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau aus und ermöglicht eine hohe Aussagegenauigkeit in Bezug auf eine Leicht-/Schwergängigkeit eines Kugelgewindetriebs. Hierdurch kann der Verbau fehlerhafter Kugelgewindetriebe zuverlässig vermieden werden.Such a test device is characterized by a simple structure and allows a high degree of accuracy with respect to a light / stiffness of a ball screw. As a result, the installation of faulty ball screws can be reliably avoided.

Zudem kann mit einer solchen Prüfvorrichtung in herkömmlicher Weise die Verschiebekraft gemessen werden. Ferner ist es möglich, eine solche Prüfvorrichtung in eine herkömmliche Verschiebekraftprüfanlage zu integrieren.In addition, with such a test device in a conventional manner, the displacement force can be measured. Furthermore, it is possible to integrate such a testing device in a conventional Verschiebekraftprüfanlage.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ferner eine Deachsierungsvorrichtung vorgesehen, über welche die Achslage der Spindel zur Achslage der eingespannten Kugelgewindemutter verstellbar ist. Durch Verwendung einer solchen kann die Auswertungsgenauigkeit weiter verbessert werden.According to an advantageous embodiment, a Deachsierungsvorrichtung is also provided, via which the axial position of the spindle is adjustable to the axial position of the clamped ball screw nut. By using such, the evaluation accuracy can be further improved.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. The drawing shows in:

1 eine schematische Darstellung einer Prüfvorrichtung zur Funktionsprüfung von Kugelgewindetrieben für Kraftfahrzeuglenkungen, und in 1 a schematic representation of a test device for functional testing of ball screws for motor vehicle steering systems, and in

2 ein Diagramm zur Veranschaulichung des Verlaufs der Erregungskraft und der Amplitude über der Zeit für ein beispielhaftes Prüfintervall. 2 a diagram illustrating the course of the excitation force and the amplitude over time for an exemplary test interval.

Das Ausführungsbeispiel zeigt eine Prüfvorrichtung 1 zur Funktionsprüfung von Kugelgewindetrieben 10 für Kraftfahrzeuglenkungen. Derartige Kugelgewindetriebe 10 weisen eine Kugelgewindemutter 20 und eine mit dieser über Kugeln in Eingriff stehende Spindel 30 auf. Die Spindel 30 ist dabei als Abschnitt einer Zahnstange ausgeführt, die über ein Lenkungsritzel gegen ein Verdrehen abgestützt ist. Das Lenkungsritzel ist über eine Lenksäule mit einer Lenkungshandhabe, insbesondere einem Lenkrad verbunden. Über den Kugelgewindetrieb 10 wird, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Getriebestufe, die beispielsweise als Zahnriementrieb ausgeführt sein kann, das Antriebsmoment eines den Fahrer beim Lenken unterstützenden Elektromotors in eine Axialkraft an der Zahnstange übersetzt.The embodiment shows a testing device 1 for functional testing of ball screws 10 for motor vehicle steering systems. Such ball screws 10 have a ball screw nut 20 and a spindle engaged therewith via balls 30 on. The spindle 30 is designed as a section of a rack, which is supported via a steering pinion against rotation. The steering pinion is connected via a steering column with a steering handle, in particular a steering wheel. About the ball screw 10 is, optionally with the interposition of a gear stage, which may be performed, for example, as a toothed belt drive, the drive torque of the driver during steering assisting electric motor translated into an axial force on the rack.

Derartige Lenkungen werden vor ihrem Einbau in ein Kraftfahrzeug hinsichtlich verschiedener Eigenschaften geprüft. Dabei muss beispielsweise eine bestimmte Leichtgängigkeit eingehalten werden. Diese Leichtgängigkeit wird unter anderem durch den Kugelgewindetrieb 10 beeinflusst. Such steering systems are tested for their various properties before being installed in a motor vehicle. In this case, for example, a certain ease must be adhered to. This ease is among other things by the ball screw 10 affected.

Hierzu wird bereits vor einem Verbau des Kugelgewindetriebs 10 an einer Lenkung der Kugelgewindetrieb 10 einer Funktionsprüfung auf Fertigungsungenauigkeiten unterzogen, welche mit der nachfolgend näher erläuterten Prüfvorrichtung 1 durchgeführt werden kann. Erfüllt ein geprüfter Kugelgewindetrieb 10 die hierbei zugrundeliegenden Testkriterien nicht, kann dieser frühzeitig ausgeschieden werden. Bei einem positiven Testergebnis erfolgt anschließend der Einbau in die Lenkung.This is already before a shoring of the ball screw 10 on a steering of the ball screw 10 subjected to a functional test for manufacturing inaccuracies, which with the test device explained in more detail below 1 can be carried out. Meets a certified ball screw 10 the underlying test criteria not, this can be eliminated early. In the case of a positive test result, it is then installed in the steering.

Die erfindungsgemäße Prüfvorrichtung 1 umfasst eine Einspannvorrichtung 2 zur Einspannung der Kugelgewindemutter 20. Die Einspannung ist vorzugsweise so ausgeführt, dass die Kugelgewindemutter 20 gegen die Einspannung drehen kann, jedoch dabei mit einem definierten Reibmoment beaufschlagt wird. Zudem wird die Kugelgewindemutter 20 durch die Einnspannvorrichtung 2 an einer Bewegung in Richtung ihrer Drehachse gehindert.The tester according to the invention 1 includes a clamping device 2 for clamping the ball screw nut 20 , The clamping is preferably carried out so that the ball screw nut 20 can turn against the clamping, but it is acted upon by a defined friction torque. In addition, the ball screw nut 20 through the Einnspannvorrichtung 2 prevented from moving in the direction of its axis of rotation.

Weiterhin umfasst die Prüfvorrichtung 1 einen Bewegungsaktuator 3 zur Einleitung einer Bewegung in die Spindel 30, um eine oszillierende Relativbewegung mit kleiner Amplitude in der Größenordnung von axial vorzugsweise 0,1 bis 3,0 Millimetern zwischen Kugelgewindemutter 20 und Spindel 30 zu erzeugen, so dass die Kugeln des Kugelgewindetriebs 10 in ihren Laufbahnen in Bewegung versetzt werden. Die Frequenz liegt im Bereich von 0,1 bis 10 Hz, damit die Kugeln klumpen. Besser rollende Kugeln schieben dabei benachbarte, schlechter rollende Kugeln vorwärts und zurück. Hierdurch ist es möglich, durch den Kugellauf bedingte Schwergängigkeiten zu erfassen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel beaufschlagt der Bewegungsaktuator 3 die Spindel 30 mit einer Hin- und Herbewegung in Axialrichtung der Spindel 30.Furthermore, the test device comprises 1 a motion actuator 3 for initiating a movement in the spindle 30 to provide a small amplitude oscillating relative motion of the order of preferably axially 0.1 to 3.0 millimeters between ball screw nut 20 and spindle 30 to generate, so that the balls of the ball screw 10 be set in motion in their careers. The frequency is in the range of 0.1 to 10 Hz, so that the balls lump. Better rolling balls push adjacent, rolling balls forward and backward. This makes it possible to detect caused by the ball run restrictions. In the illustrated embodiment, the Bewegungsaktuator acted upon 3 the spindle 30 with a reciprocating motion in the axial direction of the spindle 30 ,

Die Prüfvorrichtung 1 weist ferner eine Erfassungseinrichtung 4 (Sensor) auf, welche zwischen dem Bewegungsaktuator 3 und der Spindel 30 eingegliedert ist, um eine Kraft- oder Momentengröße während der Aufbringung der oszillierenden Bewegung zu erfassen. Die Erfassungseinrichtung 4 kann jedoch auch an anderer Stelle angeordnet werden, solange die Erregungskraft bzw. das Erregungsmoment oder eine korrespondierende Größe erfasst werden.The tester 1 further comprises a detection device 4 (Sensor), which between the movement actuator 3 and the spindle 30 is incorporated to detect a force or moment magnitude during the application of the oscillating motion. The detection device 4 However, it can also be arranged elsewhere, as long as the excitation force or the excitation torque or a corresponding variable are detected.

Alternativ oder ergänzend kann eine weitere Erfassungseinrichtung 5 (Sensor) zwischen der Einspannvorrichtung 2 und der Kugelgewindemutter 20 eingegliedert sein, um eine weitere Kraft- oder Momentengröße während der Aufbringung der alternierenden Bewegung zu erfassen.Alternatively or additionally, a further detection device 5 (Sensor) between the clamping device 2 and the ball screw nut 20 be incorporated to detect a further force or moment magnitude during the application of the alternating movement.

Die während eines Prüfintervalls erfassten Signale der Erfassungseinrichtungen 4 und 5 werden an eine Auswertungseinrichtung 6 übermittelt, welche diese im Hinblick auf eine Überschreitung eines vorgegebenen Maximalwerts M für die Kraft- oder Momentengröße auswertet und ein entsprechendes Ergebnis beispielsweise über ein Display 8 ausgibt.The signals detected by the detectors during a test interval 4 and 5 are sent to an evaluation device 6 which evaluates this in terms of exceeding a predetermined maximum value M for the force or torque size and a corresponding result, for example via a display 8th outputs.

2 zeigt den Verlauf einer durch den Bewegungsaktuator 3 aufgebrachten Relativbewegung s zwischen der Spindel 30 und der Kugelgewindemutter 20 sowie die hierfür benötigte Erregungskraft F. Anfänglich wird zunächst eine große Relativbewegung erzeugt, um eine eventuelle Blockierung aufzuheben (vgl. Zeitintervall von 0 s bis etwas mehr als 6 s). Dann folgt das eigentliche Prüfintervall mit einer Oszillation (vgl. anschließendes Zeitintervall von etwas mehr als 6 s bis etwa 18 s). Bei dem dargestellten Diagramm wird eine sinusförmige Bewegung mit einer Amplitude von etwa 1 mm und einer Frequenz von 2 Hz durchgeführt. Wie 2 zeigt, rüttelt sich der untersuchte Kugelgewindetrieb sichtbar fest. Mit jedem Hub wird eine höhere Kraftspitze erreicht, bis etwa 1500 N erreicht werden. Durch Auswertung der Kraftspitzen wird ein einfaches Kriterium zur Bewertung des Kugelgewindetriebs 10 ermöglicht. Übersteigen die Spitzen einen vorgegebenen Maximalwert M, wird der betreffende Kugelgewindetrieb 10 als nicht in Ordnung bewertet und dementsprechend nicht verbaut. 2 shows the course of a through the Bewegungsaktuator 3 applied relative movement s between the spindle 30 and the ball screw nut 20 Initially, a large relative movement is initially generated in order to remove any blockage (compare time interval from 0 s to slightly more than 6 s). Then the actual test interval follows with an oscillation (see subsequent time interval of a little more than 6 s to about 18 s). In the illustrated diagram, a sinusoidal movement with an amplitude of about 1 mm and a frequency of 2 Hz is performed. As 2 shows, the examined ball screw shakes visible visible. With each stroke, a higher force peak is achieved until about 1500 N are reached. By evaluating the force peaks becomes a simple criterion for the evaluation of the ball screw 10 allows. If the tips exceed a predetermined maximum value M, the ball screw in question becomes 10 as not rated in order and therefore not installed.

Andernfalls wird der Kugelgewindetrieb 10 für gut befunden und zum Verbau in einer Lenkung freigegeben.Otherwise, the ball screw becomes 10 considered good and released for installation in a steering.

Zusätzlich zu einer Auswertung der Spitzenwerte des Verlaufs kann der Verlauf der erfassten Kraft- oder Momentengröße innerhalb des Prüfintervalls auch im Hinblick auf ein Überschreiten eines Grenzwerts für die kumulierte Kraft- oder Momentengröße ausgewertet werden. In diesem Fall werden auch Störeinflüsse abgebildet, welche zwar in Bezug auf die Spitzenwerte unterhalb des vorgegebenen Maximalwerts bleiben, jedoch in der Summe einen erhöhten Drehwiderstand verursachen. Eine solche Auswertung kann auch an die Stelle eines Kriteriums treten, das allein auf das Übersteigen eines Maximalwerts durch auftretende Spitzenwerte abstellt.In addition to an evaluation of the peak values of the curve, the profile of the detected force or torque variable within the test interval can also be evaluated with regard to exceeding a limit value for the cumulative force or torque quantity. In this case, disturbances are also displayed which, although they remain below the predetermined maximum value with respect to the peak values, however, cause in total an increased rotational resistance. Such an evaluation can also take the place of a criterion which is based solely on exceeding a maximum value by peak values occurring.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ferner eine Deachsierungsvorrichtung 7 vorgesehen, über welche die Achslage der Spindel 30 zur Achslage der eingespannten Kugelgewindemutter 20 verstellt werden kann. Diese stützt einen Endabschnitt der Lenkstange bzw. Spindel 30 ab. Die Deachsierungsvorrichtung 7 ist in Bezug auf die Einspannvorrichtung 2 axial auf der dem Bewegungsaktuator 3 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Durch eine Verstellung bzw. Deachsierung der Achsen werden bei Kugelgewindetrieben 10, welche fertigungsbedingte Unstetigkeiten aufweisen, die Unstetigkeiten in Bezug auf die Leichtgängigkeit verstärkt, so dass besonders deutliche Signale gewonnen werden können. Wird der Kugelgewindetrieb bei der vorstehend beschriebenen Prüfung ausgelenkt bzw. deachsiert, kann besser zwischen Gut- und Schlechtteilen unterschieden werden.At the in 1 illustrated embodiment is also a Deachsierungsvorrichtung 7 provided, via which the axial position of the spindle 30 to the axial position of the clamped ball screw nut 20 can be adjusted. This supports an end portion of the handlebar or spindle 30 from. The deashing device 7 is with respect to the jig 2 axially on the motion actuator 3 arranged opposite side. By an adjustment or Deachsierung the axes are in ball screws 10 , which have production-related discontinuities, which amplifies discontinuities in terms of ease, so that particularly clear signals can be obtained. If the ball screw is deflected or deachsiert in the test described above, it can be better distinguished between good and bad parts.

Mit der vorstehend erläuterten Prüfvorrichtung 1 lässt sich eine zuverlässige Aussage über durch den Kugelgewindetrieb 10 an einer Kraftfahrzeuglenkung verursachte Schwergängigkeiten treffen, so dass kritische Kugelgewindetriebe 10 von einem Einbau in eine Lenkung ausgeschlossen werden können.With the above-described tester 1 can be a reliable statement through the ball screw 10 Bindings caused on a motor vehicle steering, so that critical ball screws 10 can be excluded from an installation in a steering.

Von dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind zahlreiche Abwandlungen möglich, welche nachfolgend anhand verschiedener, auf dem erfindungsgemäßen Prüfprinzip beruhender Verfahren näher erläutert werden sollen.From the illustrated embodiment, numerous modifications are possible, which will be explained in more detail below with reference to various based on the test principle according to the invention method.

Insbesondere kann von dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel im Hinblick auf die Einleitung der Aktuatorbewegung und den weiteren Bewegungsfreiheitgrad des Kugelgewindetriebs abgewichen werden. Zwangsläufig ergeben sich dann auch andere Fesselungen.In particular, it is possible to deviate from the exemplary embodiment explained above with regard to the initiation of the actuator movement and the further degree of freedom of movement of the ball screw drive. Inevitably, then other restraints arise.

Erfindungsgemäße Verfahren zur Funktionsprüfung von Kugelgewindetrieben für Kraftfahrzeuglenkungen umfassen die folgenden Schritte, nämlich ein Aufbringen einer oszillierenden Relativbewegung zwischen Kugelgewindemutter 20 und Spindel 30, das Erfassen einer bei der Aufbringung der Relativbewegung auftretenden Kraft- oder Momentengröße, und das Auswerten des Verlaufs der erfassten Kraft- oder Momentengröße innerhalb eines vorgegebenen Prüfintervalls a) im Hinblick auf ein Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwerts für die Kraft- oder Momentengröße innerhalb des Prüfintervalls und/oder b) im Hinblick auf ein Überschreiten eines Grenzwerts für die kumulierte Kraft- oder Momentengröße, sowie Ausgeben eines entsprechenden Ergebnisses.Inventive methods for functional testing of ball screws for motor vehicle steering systems comprise the following steps, namely an application of an oscillating relative movement between the ball screw nut 20 and spindle 30 , detecting a force or moment variable occurring during the application of the relative movement, and evaluating the progression of the detected force or torque variable within a predetermined test interval a) with regard to exceeding a predetermined maximum value for the force or torque variable within the test interval and / or b) with regard to exceeding a limit value for the cumulative force or moment magnitude, and outputting a corresponding result.

In einer ersten Ausführungsvariante wird die Spindel 30 axial bewegt, jedoch drehfest gehalten. Die Kugelgewindemutter 20 ist dabei mit einem definierten Reibungswiderstand drehbar gegenüber der Einspannvorrichtung 2, jedoch axial festgehalten. Hierbei kann die Kraft zwischen Spindel 30 und Bewegungsaktuator 3 oder das Moment zwischen Kugelgewindemutter 20 und Einspannvorrichtung 2 oder beides gemessen werden.In a first embodiment, the spindle 30 moved axially, but held against rotation. The ball screw nut 20 is rotatable with a defined frictional resistance with respect to the clamping device 2 , but held in place axially. Here, the force between spindle 30 and motor actuator 3 or the moment between ball screw nut 20 and clamping device 2 or both are measured.

In einer zweiten Ausführungsvariante wird die Spindel 30 wiederum axial bewegt, weist nun jedoch einen gegebenenfalls durch Reibung gedämpften Drehfreiheitsgrad auf. Gleichzeitig ist die Kugelgewindemutter 20 durch die Einspannvorrichtung 2 drehfest und axial festgehalten. In diesem Fall wird vorzugsweise die auf die Spindel 30 aufgebrachte Axialkraft als auszuwertendes Signal erfasst.In a second embodiment, the spindle 30 again moved axially, but now has a possibly damped by friction rotational degree of freedom. At the same time is the ball screw nut 20 through the clamping device 2 rotatably and axially held. In this case, it is preferably the one on the spindle 30 applied axial force detected as a signal to be evaluated.

In einer dritten Ausführungsvariante wird die Spindel 30 mit einer Drehbewegung beaufschlagt, jedoch axial festgehalten. Gleichzeitig ist die Kugelgewindemutter 20 durch die Einspannvorrichtung 2 drehfest, jedoch gebremst axial bewegbar. Hierbei kann das Moment zwischen Spindel 30 und Bewegungsaktuator 3 oder die Kraft zwischen Kugelgewindemutter 20 und Einspannvorrichtung 2 oder beides gemessen werden.In a third embodiment, the spindle 30 subjected to a rotational movement, but held axially. At the same time is the ball screw nut 20 through the clamping device 2 rotatable, but braked axially movable. Here, the moment between spindle 30 and motor actuator 3 or the force between ball screw nut 20 and clamping device 2 or both are measured.

In einer vierten Ausführungsvariante wird die Spindel 30 mit einer Drehbewegung beaufschlagt, und weist einen axialen Bewegungsfreiheitsgrad auf. Gleichzeitig ist die Kugelgewindemutter 20 durch die Einspannvorrichtung 2 drehfest und axial festgehalten. In diesem Fall werden das auf die Spindel 30 aufgebracht Moment und/oder die Axialkraft der Spindel 30 gegen eine Bewegungsbremse erfasst und ausgewertet.In a fourth embodiment, the spindle 30 subjected to a rotational movement, and has an axial degree of freedom of movement. At the same time is the ball screw nut 20 through the clamping device 2 rotatably and axially held. In this case, this will be on the spindle 30 applied torque and / or the axial force of the spindle 30 detected and evaluated against a movement brake.

Weiterhin ist es möglich, die Kugelgewindemutter 20 mit einer Drehbewegung zu beaufschlagen, diese jedoch axial festzuhalten. Dabei wird das zur Erzeugung der Relativbewegung aufgebrachte Antriebsmoment zum Zweck der Beurteilung der Leichtgängigkeit erfasst. Bei einem Antrieb über einen Elektromotor kann hierzu auch der Motorstrom ausgelesen werden. Die Spindel 30 ist dabei drehfest, jedoch gegen eine Bewegungsbremse mit definiertem Widerstand axial bewegbar. Der Verlauf der während eines Prüfintervalls auftretenden Axialkraft kann ebenfalls zur Bewertung des Kugelgewindetriebs 10 herangezogen werden.Furthermore, it is possible the ball screw nut 20 to apply a rotational movement, but to hold them axially. In this case, the drive torque applied to generate the relative movement is detected for the purpose of assessing the smooth running. In the case of a drive via an electric motor, the motor current can also be read out for this purpose. The spindle 30 is rotationally fixed, but axially movable against a movement brake with a defined resistance. The course of the axial force occurring during a test interval can also be used to evaluate the ball screw 10 be used.

In einer Abwandlung dieser Ausführungsvariante wird die Spindel 30 sowohl axial als auch in Drehrichtung an einer Bewegung gehindert, für die Kugelgewindemutter 20 jedoch eine Axialbewegung zugelassen.In a modification of this embodiment, the spindle 30 both axially and in the direction of rotation prevented from moving, for the ball screw nut 20 however allowed an axial movement.

Schließlich ist es möglich, die Kugelgewindemutter 30 mit einer Axialbewegung zu beaufschlagen, diese jedoch in Drehrichtung festzuhalten, so dass bei axialem Festhalten der Spindel 30 letztere in Drehung versetzt wird. Auch hier können wiederum die an der Kugelgewindemutter 20 aufgebrachte Axialkraft und/oder das Abstützmoment der Spindel 30 gemessen werden.Finally, it is possible the ball screw nut 30 To apply an axial movement, but to hold them in the direction of rotation, so that when axially holding the spindle 30 the latter is set in rotation. Again, at the ball screw nut 20 applied axial force and / or the support torque of the spindle 30 be measured.

In einer Abwandlung dieser Variante wird für die Kugelgewindemutter 30 eine Drehbewegung zugelassen, während die Spindel 20 sowohl in Dreh- als auch in Axialrichtung blockiert wird.In a modification of this variant is for the ball screw nut 30 allowed a rotational movement while the spindle 20 is blocked in both the rotational and in the axial direction.

In einer Abwandlung erfolgt die Funktionsprüfung des Kugelgewindetriebs im Einbauzustand an einer Fahrzeuglenkung. Die Lenkung dient in diesem Fall als Einspannung für den Kugelgewindetrieb. Das Aufbringen einer oszillierenden Relativbewegung zwischen der Kugelgewindemutter und der Spindel mit vorgegebener Frequenz und Amplitude kann beispielsweise durch einen direkt an der Spindel angreifenden Bewegungsaktuator bewirkt werden. Alternativ kann die oszillierende Prüfbewegung auch mittelbar an der Spindel zur Wirkung gebracht werden, indem diese über eine Eingangswelle des Lenkgetriebes eingeleitet wird. Die Eingangswelle kämmt mit einem Verzahnungsabschnitt einer Zahnstange, an der auch die Spindel ausgebildet ist. Bei einer Erregung über die Eingangswelle des Lenkgetriebes kommt es während der Erregung zu einer Umlenkpause, woraus eine höhere Beschleunigung resultiert, wenn der Momenten- bzw. Kraftfluss wieder einsetzt.In a modification, the functional test of the ball screw in the installed state takes place on a vehicle steering. The steering in this case serves as a clamping for the ball screw. The application of an oscillating relative movement between the ball screw nut and the spindle with predetermined frequency and amplitude can be effected, for example, by a movement actuator acting directly on the spindle. Alternatively, the oscillating test movement can also be indirectly brought to bear on the spindle by being introduced via an input shaft of the steering gear. The input shaft meshes with a toothed portion of a rack on which the spindle is formed. When excited via the input shaft of the steering gear, it comes during the excitation to a deflection pause, resulting in a higher acceleration results when the moment or power flow starts again.

Die Prüfung an der Lenkung wird während des Zusammenbaus derselben zu einem möglichst frühen Zeitpunkt vor der Fertigmontage vorgenommen, damit im Fall eines schadhaften Kugelgewindetriebs der Demontageaufwand gering bleibt.The test on the steering is made during the assembly of the same as early as possible before final assembly, so that in the event of a defective ball screw disassembly effort remains low.

Zur Erzielung besonders deutlicher Signale können in sämtlichen Fällen die Achsen von Kugelgewindemutter 20 und Spindel 30 während des Aufbringens der Relativbewegung und der Erfassung der Kraft- oder Momentengröße zueinander deachsiert werden. Insbesondere kann hierzu ein Versatz der Achsen radial zueinander und/oder eine Anwinkelung der Achsen zueinander vorgenommen werden. Gegebenenfalls wird hierbei auch die zur Deachsierung benötigte Kraft erfasst und im Kontext mit der vorgenannten Kraft- oder Momentengröße ausgewertet.To achieve very clear signals in all cases, the axes of ball screw nut 20 and spindle 30 be deachsiert each other during the application of the relative movement and the detection of the force or moment size. In particular, for this purpose, an offset of the axes can be made radially to each other and / or angling of the axes to each other. Optionally, in this case also the force required for Deachsierung is detected and evaluated in the context of the aforementioned force or torque size.

Wie bereits ausgeführt, ergeben bei fehlerhaften Kugelgewindetrieben deutliche Spitzen im Verlauf der Kraft- oder Momentengröße. Dies kann dazu benutzt werden, den Verlauf hinsichtlich auftretender Spitzen dahingehend auszuwerten, dass bei Überschreiten eines vorgegebenen Maximalwerts ein Kugelgewindetrieb als fehlerhaft, bei Unterschreiten hingegen als in Ordnung gewertet wird. Wie oben bereits ausgeführt, kann alternativ oder ergänzend eine Beurteilung hinsichtlich des Überschreitens eines Grenzwerts für ein zeitliches Aufsummieren der Kraft- oder Momentengröße für ein vorgegebenes Prüfintervall vorgenommen werden.As already stated, resulting in defective ball screws clear peaks in the course of the force or torque size. This can be used to evaluate the course in terms of peaks occurring to the effect that when a predetermined maximum value is exceeded, a ball screw is rated as faulty, when falling below it as in order. As already stated above, as an alternative or in addition, a judgment can be made with regard to the exceeding of a limit value for a time accumulation of the force or torque quantity for a given test interval.

Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie einer Vielzahl von Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.The invention has been explained in detail above with reference to an embodiment and a plurality of modifications. However, it is not limited thereto, but includes all the embodiments defined by the claims.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: PrüfvorrichtungTester
22: Einspannvorrichtungchuck
33: Bewegungsaktuatormotion actuator
44: Erfassungseinrichtung (Sensor)Detecting device (sensor)
55: Erfassungseinrichtungdetector
66: Auswertungseinrichtungevaluation device
77: DeachsierungsvorrichtungDeachsierungsvorrichtung
88th: Displaydisplay
1010: KugelgewindetriebBall Screw
2020: KugelgewindemutterBall screw nut
3030: Spindelspindle
ss: axiale Relativverschiebung zwischen Kugelgewindemutter und Spindelaxial relative displacement between ball screw nut and spindle
FF: Erregungskraftexciting force
MM: Maximalwert im PrüfintervallMaximum value in the test interval

Claims

Method for functional testing of ball screws ( 10 ) for motor vehicle steering systems, which a ball screw nut ( 20 ) and a spindle engaged therewith by balls ( 30 ), comprising: - applying an oscillating relative movement between the ball screw nut ( 20 ) and spindle ( 30 ) with predetermined frequency and amplitude, - detecting a force or moment variable occurring in the application of the relative movement, and - evaluating the course of the detected force or moment variable within a predetermined test interval with regard to - exceeding a predetermined maximum value (M) for the Force or torque magnitude within the test interval and / or - exceeding a limit value for the cumulative force or torque quantity, and - outputting a corresponding result.

Method according to claim 1, characterized in that the ball screw nut ( 20 ) is clamped and the oscillating relative movement over one on the spindle ( 30 ) engaging motion actuator ( 3 ) is produced.

A method according to claim 1, characterized in that the oscillating relative movement via a on the ball screw nut ( 20 ) engaging motion actuator ( 3 ) is produced.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the functional test of the ball screw ( 10 ) is carried out in the installed state on a vehicle steering.

A method according to claim 1, characterized in that the functional test of the ball screw ( 10 ) is carried out in the installed state at a vehicle steering, wherein the oscillating relative movement is introduced via an input shaft of the steering, which with the spindle ( 30 ) is coupled.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the axes of ball screw nut ( 20 ) and spindle ( 30 ) are deachsiert during the application of the relative movement and the detection of the force or moment size to each other or are.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the course of the force or torque magnitude is evaluated in terms of peaks occurring, wherein when a predetermined maximum value is exceeded, a ball screw ( 10 ) is considered faulty, when falling below, however, is considered to be in order.

Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the amplitude of the oscillating relative movement relative to an axial relative displacement between ball screw nut ( 20 ) and spindle ( 30 ) is between 0 mm and 3 mm and the frequency is in the range of 0.1 to 10 Hz.

Test device for functional testing of ball screws ( 10 ) for motor vehicle steering systems, which a ball screw nut ( 20 ) and a spindle engaged therewith by balls ( 30 ), comprising: - a clamping device ( 2 ) for clamping the ball screw nut ( 20 ) or the spindle ( 30 ), - a motion actuator ( 3 ) for direct or indirect introduction of an oscillating movement of predetermined frequency and amplitude into the spindle ( 30 ) or ball screw nut ( 20 ), - at least one detection device ( 4 . 5 ) for detecting a force or moment variable during the application of the oscillating movement, and - an evaluation device ( 6 ), which comprise the one or more detection devices ( 4 . 5 Receives detected signals and during a test interval with regard to - exceeding a predetermined maximum value for the force or torque size and / or - evaluates an exceeding of a limit for the cumulative force or torque magnitude and outputs a corresponding result.

Test device for functional testing of ball screws ( 10 ) for motor vehicle steering systems according to claim 10, further comprising a Deachsierungsvorrichtung ( 7 ), via which the axial position of the spindle ( 30 ) to the axial position of the clamped ball screw nut ( 20 ) is adjustable.