DE102011111417A1 - Electromechanical steering gear for motor car, has bearing ring axially arranged at housing under interposition of elastic element, where bias of element is generated through axial bracings of plate with housing - Google Patents
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-
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-
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- F16C2326/20—Land vehicles
- F16C2326/24—Steering systems, e.g. steering rods or columns
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromechanische Lenkung, umfassend ein Lenkgetriebegehäuse, eine Lenkstange mit einem Spindelabschnitt, eine Kugelgewindemutter, die mit dem Spindelabschnitt der Lenkstange über Kugeln in Eingriff steht, ein Wälzlager, über das die Kugelgewindemutter am Lenkgetriebegehäuse abgestützt ist, und eine Lagerklemmscheibe, die axial mit dem Lenkgetriebegehäuse verspannt und durch die ein Lageraußenring des Wälzlagers axial an dem Lenkgetriebegehäuse festgelegt ist.The invention relates to an electromechanical steering system comprising a steering gear housing, a handlebar having a spindle portion, a ball screw nut meshing with the spindle portion of the handlebar, a rolling bearing via which the ball screw nut is supported on the steering gear housing, and a bearing clamping disk. axially clamped to the steering gear housing and axially fixed by a bearing outer ring of the bearing to the steering gear housing.
Lenkungen der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus
Diese Problematik wird noch dadurch verschärft, dass im Hinblick auf die Vermeidung von Klappergeräuschen in der Lenkung üblicherweise Wälzlager mit kleinem Lagerspiel zum Einsatz kommen, welche auf Verformungen besonders empfindlich reagieren.This problem is exacerbated by the fact that with regard to the prevention of rattling noises in the steering usually bearings with a small bearing clearance are used, which are particularly sensitive to deformation.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere zielt die Erfindung darauf ab, die Laufeigenschaften des Kugelgewindetriebhauptlagers einer elektromechanischen Lenkung der eingangs genannten Art zu verbessern.The invention has for its object to remedy this situation. In particular, the invention aims to improve the running characteristics of the ball screw main bearing of an electromechanical steering of the type mentioned.
Diese Aufgabe wird durch eine Lenkung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lenkung umfasst ein Lenkgetriebegehäuse, eine Lenkstange mit einem Spindelabschnitt, eine Kugelgewindemutter, die mit dem Spindelabschnitt der Lenkstange über Kugeln in Eingriff steht, ein Wälzlager, über das die Kugelgewindemutter am Lenkgetriebegehäuse abgestützt ist, und eine Lagerklemmscheibe, die axial mit dem Lenkgetriebegehäuse verspannt und durch die ein Lageraußenring des Wälzlagers axial an dem Lenkgetriebegehäuse festgelegt ist. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass der Lageraußenring des Wälzlagers unter Zwischenschaltung mindestens eines elastischen Elements axial an dem Lenkgetriebegehäuse derart festgelegt ist, dass die auf den Lageraußenring in Axialrichtung wirkende Kraft durch die Vorspannung des mindestens einen elastischen Elements eingestellt wird, wobei die Vorspannung des mindestens einen elastischen Elements durch axiales Verspannen der Lagerklemmscheibe mit dem Lenkgetriebegehäuse erzeugt ist.This object is achieved by a steering system according to claim 1. The steering system according to the invention comprises a steering gear housing, a steering rod with a spindle portion, a ball screw nut which engages with the spindle portion of the handlebar via balls, a rolling bearing over which the ball screw nut is supported on the steering gear housing, and a bearing clamping disc axially clamped to the steering gear housing and by which a bearing outer ring of the rolling bearing is axially fixed to the steering gear housing. It is characterized in that the bearing outer ring of the bearing is axially fixed to the steering gear housing with the interposition of at least one elastic element such that the force acting on the bearing outer ring in the axial direction force is adjusted by the bias of the at least one elastic element, wherein the bias of at least an elastic element is produced by axial clamping of the bearing clamping disc with the steering gear housing.
Hierdurch kann die Lagerklemmscheibe mit maximaler Vorspannkraft gegen das Lenkgetriebegehäuse axial verspannt werden. Die Vorspannkraft beeinflusst jedoch nicht den Lageraußenring, da dessen maximale axiale Vorspannung durch das elastische Element eingestellt und begrenzt wird. Durch die Entkopplung der axialen Vorspannkraft der Lagerklemmscheibe und des Lageraußenrings können Verformungen des Lageraußenrings besser vermieden werden. Dies wirkt sich positiv auf die Laufeigenschaften des Wälzlagers aus, was sich wiederum in einer verbesserten Leichtgängigkeit der Lenkung und in einem homogeneren Lenkgefühl bemerkbar macht.As a result, the bearing clamping disc can be braced axially with maximum biasing force against the steering gear housing. However, the biasing force does not affect the bearing outer race, since its maximum axial preload is adjusted and limited by the elastic element. By decoupling the axial preload force of the bearing clamping disk and the bearing outer ring deformations of the bearing outer ring can be better avoided. This has a positive effect on the running properties of the rolling bearing, which in turn makes an improved smooth running of the steering and a more homogeneous steering feel noticeable.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen angegeben.Advantageous embodiments of the invention are specified in further claims.
So kann beispielsweise ein elastisches Element axial zwischen dem Lageraußenring des Wälzlagers und der Lagerklemmscheibe angeordnet sein. Ferner kann ein elastisches Element axial zwischen dem Wälzlager und dem Lenkgetriebegehäuse eingegliedert sein. Darüber hinaus ist es möglich, axial beidseitig des Lageraußenrings jeweils mindestens ein elastisches Element vorzusehen. Durch das bzw. die elastischen Elemente wird ein Spalt in Axialrichtung zwischen dem Lageraußenring und der Lagerklemmscheibe ausgeglichen, wobei über die Auswahl des bzw. der jeweils einzugliedernden elastischen Elemente die maximale axiale Vorspannung des Lageraußenrings gezielt eingestellt werden kann, und zwar unabhängig von der axialen Vorspannung der Lagerklemmscheibe.For example, an elastic element can be arranged axially between the bearing outer ring of the roller bearing and the bearing clamping disk. Further, an elastic member may be incorporated axially between the rolling bearing and the steering gear housing. In addition, it is possible to provide axially on both sides of the bearing outer ring in each case at least one elastic element. By the or the elastic elements, a gap in the axial direction between the bearing outer ring and the Lagerklemmscheibe is compensated, wherein the selection of the or each einzugliedernden elastic elements, the maximum axial preload of the bearing outer ring can be selectively adjusted, regardless of the axial bias the bearing clamping disc.
Zudem wird durch die elastischen Elemente die Übertragung von Geräuschen auf das Lenkgetriebegehäuse vermindert.In addition, the transmission of noise to the steering gear housing is reduced by the elastic elements.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein elastisches Element an der zu dem Wälzlager weisenden Seite der Lagerklemmscheibe befestigt. Dieses kann beispielweise an die Lagerklemmscheibe angeklebt oder anvulkanisiert sein. Durch die Anbindung des elastischen Elements an die Lagerklemmscheibe wird eine Montageerleichterung erzielt.According to a further advantageous embodiment of the invention, at least one elastic element is fastened to the side of the bearing clamping disc facing the roller bearing. This can for example be glued or vulcanized to the bearing clamping disc. The connection of the elastic element to the bearing clamping disc facilitates assembly.
Weiterhin kann der Außenumfang des Lageraußenrings in Radialrichtung lediglich lokal in einer das Lager aufnehmenden Ausnehmung abgestützt, ansonsten jedoch durch einen Spalt von dieser beabstandet sein. Die ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das Lenkgetriebegehäuse und die Komponenten des Kugelgewindetriebs einschließlich dessen Hauptlager unterschiedliche Wärmedehnungseigenschaften aufweisen. Durch den radialen Spalt wird ein gewisser Ausgleich geschaffen, der temperaturbedingte innere Verspannungen des Wälzlagers reduziert und damit zu einer Verminderung der Lagerreibung beiträgt.Furthermore, the outer circumference of the bearing outer ring in the radial direction only locally supported in a bearing receiving recess, but otherwise be spaced by a gap therefrom. This is particularly advantageous if the steering gear housing and the components of the ball screw, including the main bearing different Have thermal expansion properties. Through the radial gap, a certain balance is created, which reduces the temperature-induced internal stresses of the rolling bearing and thus contributes to a reduction of the bearing friction.
Bei Lenkungen der eingangs genannten Art ist, wie oben bereits angedeutet, die exakte radiale Positionierung des Kugelgewindetriebs für die Haptik und Genauigkeit der Lenkung von großer Bedeutung. Je nach Lenkungstyp können bei der Übertragung des Antriebsmoments des Elektromotors auf die Lenkstange an der Kugelgewindemutter deutliche Radialkräfte auftreten, die entsprechend abgestützt werden müssen. Dies gilt insbesondere für Lenkungen, bei denen zwischen dem Elektromotor und der Kugelgewindemutter ein Getriebe eingegliedert ist, welches keine weiteren Ein- und Verstellmöglichkeiten aufweist. Das Getriebe kann beispielsweise in Form eines Zahnradgetriebes, eines Riementriebs oder eines sonstigen Getriebes ausgebildet sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind daher radiale Vorsprünge am Außenumfang des Lageraußenrings und/oder am Innenumfang einer das Wälzlager aufnehmenden Ausnehmung ausgebildet oder als Elastomerkörper am Außen- und/oder Innenumfang entsprechend befestigt. Hierdurch wird in Radialrichtung eine lediglich lokale Abstützung geschaffen, die einerseits eine genaue Positionierung gestattet, andererseits den vorgenannten Spalt zum Temperaturausgleich gewährleistet.In steering systems of the type mentioned above, as already indicated above, the exact radial positioning of the ball screw for the feel and accuracy of the steering of great importance. Depending on the steering type significant radial forces can occur in the transmission of the drive torque of the electric motor to the handlebar to the ball screw nut, which must be supported accordingly. This is especially true for steering systems in which between the electric motor and the ball screw nut a gearbox is incorporated, which has no further input and adjustment. The transmission may be formed, for example in the form of a gear transmission, a belt drive or other transmission. According to an advantageous embodiment of the invention, therefore, radial projections on the outer circumference of the bearing outer ring and / or on the inner circumference of the rolling bearing receiving recess are formed or attached as an elastomeric body on the outer and / or inner circumference. As a result, only a local support is provided in the radial direction, on the one hand allows accurate positioning, on the other hand ensures the aforementioned gap for temperature compensation.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind an der Lagerklemmscheibe ein oder mehrere Haltevorsprünge vorgesehen, welche sich in den Spalt zwischen dem Außenumfang des Lageraußenrings und dem Innenumfang der das Lager aufnehmenden Ausnehmung des Lenkgetriebegehäuse erstrecken und den Außenring des Wälzlagers gegenüber dem Lenkgetriebegehäuse fixieren und/oder zentrieren. Die Positionierung und Zentrierung des Lageraußenrings kann entweder allein über die Haltevorsprünge oder aber durch eine Kombination von Haltevorsprüngen der Lagerklemmscheibe und der oben genannten radialen Vorsprünge erzielt werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, one or more holding projections are provided on the bearing clamping disc, which extend into the gap between the outer circumference of the bearing outer ring and the inner circumference of the bearing receiving recess of the steering gear housing and fix the outer ring of the bearing against the steering gear housing and / or center. The positioning and centering of the bearing outer ring can be achieved either alone via the retaining projections or by a combination of retaining projections of the bearing clamping disc and the above-mentioned radial projections.
Weiterhin können die Haltevorsprünge elastisch ausgebildet sein. Hierdurch lässt sich eine weitere Körperschallverringerung erwarten. Insbesondere können elastische Haltevorsprünge, beispielsweise aus Gummi gebildete Haltevorsprünge oder entsprechend bedampfte Haltevorsprünge zum Einsatz kommen.Furthermore, the retaining projections may be formed elastically. As a result, a further structure-borne sound reduction can be expected. In particular, elastic retaining projections, for example retaining projections formed from rubber or suitably vapor-coated retaining projections can be used.
Ferner können die Haltevorsprünge als zum Innenumfang der das Lager aufnehmenden Ausnehmung konzentrische Bogensegmente oder als gotische Bogensegmente ausgebildet sein. Dies ermöglicht auf einfache Weise eine hohe Positioniergenauigkeit.Further, the retaining projections may be formed as concentric arc segments to the inner circumference of the bearing receiving recess or as gothic arc segments. This allows a simple way a high positioning accuracy.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die radialen Vorsprünge am Außenumfang des Lageraußenrings und/oder am Innenumfang der das Lager aufnehmenden Ausnehmung derart angeordnet, um radiale Kräfte in Richtung auf die Lenkstange hin zu abzustützen. Dies ist insbesondere bei einer Ausführung von Vorteil, bei der im Betrieb radiale Zugkräfte in Richtung Lenkstange wirken, wie dies beispielsweise bei einem Riementrieb der Fall ist, da hierdurch die Betriebskräfte die Lagepositionierung unterstützen. Die radialen Vorsprünge lassen sich in der Regel mit einer höheren Steifigkeit ausbilden, als etwa die an einer Lagerklemmscheibe vorgesehenen Halteelemente. Jedoch ist es auch möglich, eine radiale Abstützung über solche, insbesondere ausschließlich über solche vorzunehmen.According to a further advantageous embodiment of the invention, the radial projections on the outer circumference of the bearing outer ring and / or on the inner circumference of the bearing receiving recess are arranged so as to support radial forces in the direction of the handlebar out. This is particularly advantageous in the case of an embodiment in which radial tensile forces act in the direction of the steering rod during operation, as is the case, for example, with a belt drive, since in this way the operating forces support the positional positioning. The radial projections can be formed with a higher rigidity as a rule, as about the provided on a bearing clamping disc holding elements. However, it is also possible to make a radial support over such, in particular exclusively via such.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown in the drawing. The drawing shows in:
Das Antriebsmoment des Elektromotors
Das Lenkgetriebegehäuse
Das Getriebe
Der beispielhaft dargestellte Zahnriementrieb umfasst einen Riemen
Das Wälzlager
Weiterhin weist das Wälzlager
Zur axialen Festlegung des Lageraußenrings
Wie insbesondere
Wird die Lagerklemmscheibe
Zur Verbesserung der Laufeigenschaften des Kugelgewindetriebhauptlagers, nämlich des Wälzlagers
Wie bereits oben beschrieben, ist die das Wälzlager
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein vorzugsweise ringförmiges elastisches Element
Weiterhin kann, wie in einer Abwandlung gemäß
In Radialrichtung erfolgt die Positionierung des Lageraußenrings
Diese Abstützung kann durch radiale Vorsprünge
Ferner kann die lokale Abstützung durch Haltevorsprünge
Weiterhin ist es möglich, diese radialen Abstützungskonzepte miteinander zu kombinieren.Furthermore, it is possible to combine these radial support concepts with each other.
In den
Die
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Wälzlager
Es ist jedoch möglich, die Anzahl der Abstützpunkte auf drei zu verringern oder aber gegenüber dem dargestellten Ausführungsbeispiel zu erhöhen, wobei jedoch stets ein überwiegender Bereich des Außenumfangs des Lageraußenrings
Weiterhin können mehr oder alle Abstützungen auf Haltevorsprünge
Die Haltevorsprünge
Darüber hinaus ist es denkbar, durch eine nicht-zentrische Anordnung von Haltevorsprüngen
Die vorstehend erläutere Lagerung des Kugelgewindetriebs ermöglicht eine Verbesserung der Laufeigenschaften des den Kugelgewindetrieb im Lenkgetriebegehäuse abstützenden Lagers.The above-described storage of the ball screw allows an improvement in the running properties of the ball screw in the steering gear housing supporting bearing.
Insbesondere werden Verformungen des Lageraußenrings infolge der Befestigung am Lenkgetriebegehäuse sowie Temperatureinflüsse vermieden, so dass Lager mit geringer Lagerluft eingesetzt werden können, ohne die Lagerreibung zu erhöhen oder Unstetigkeiten zu erzeugen. Durch die Verwendung von Lagern mit geringer Lagerluft kann der Ausbildung von Klappergeräuschen entgegengewirkt werden. Insgesamt ergeben sich hierdurch ein sehr homogenes Lenkgefühl sowie eine hohe Lenkgenauigkeit.In particular, deformations of the bearing outer ring are avoided as a result of attachment to the steering gear housing and temperature influences, so that bearings with low internal clearance can be used without increasing the bearing friction or create discontinuities. By using bearings with low internal clearance of the formation of rattling noises can be counteracted. Overall, this results in a very homogeneous steering feel and a high steering accuracy.
Darüber hinaus wird die Übertragung von Körperschall auf das Lenkgetriebegehäuse vermindert.In addition, the transmission of structure-borne noise is reduced to the steering gear housing.
Die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen sich an einer Lenkung ohne großen Mehraufwand für Fertigung und Montage realisieren.The measures according to the invention can be realized on a steering without much extra effort for production and assembly.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie zahlreicher Abwandlungen näher erläutert. Sie ist jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern umfasst alle durch die Ansprüche definierten Ausgestaltungen.The invention has been explained in detail above with reference to an embodiment and numerous modifications. However, it is not limited thereto, but includes all embodiments defined by the claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektromechanische Fahrzeuglenkungelectromechanical vehicle steering
- 22
- LenkgetriebegehäuseSteering gear housing
- 33
- Elektromotorelectric motor
- 44
- KugelgewindetriebBall Screw
- 55
- Lenkstangehandlebars
- 5a5a
- Spindelabschnittspindle section
- 66
- Getriebetransmission
- 77
- Riemenbelt
- 88th
- antreibendes Riemenraddriving pulley
- 99
- Antriebswelledrive shaft
- 1010
- angetriebenes Riemenraddriven pulley
- 1111
- KugelgewindemutterBall screw nut
- 1212
- Kugelnroll
- 1313
- WalzlagerRoller bearing
- 1414
- LageraußenringBearing outer ring
- 1515
- Ausnehmungrecess
- 1616
- axiale Stirnwandaxial end wall
- 1717
- Spaltgap
- 1818
- LagerinnenringBearing inner ring
- 1919
- Kugelnroll
- 2020
- LagerklemmscheibeBearing clamping disc
- 2121
- Spannbolzenclamping bolt
- 2222
- ringförmiger Grundkörperannular body
- 2323
- DurchgangsöffnungThrough opening
- 2424
- Befestigungsöffnungfastening opening
- 2525
- Zugangsöffnungaccess opening
- 2626
- elastisches Elementelastic element
- 2727
- weiteres elastisches Elementanother elastic element
- 2828
- Vorsprunghead Start
- 2929
- Haltevorsprungretaining projection
- 3030
- gotischer Haltevorsprunggothic retaining ledge
- α α
- Winkelangle
- MM
-
Krümmungsmittelpunkt der Ausnehmung
15 Center of curvature of therecess 15 - RR
-
Radialrichtung vom Krümmungsmittelpunkt M Richtung Lenkstange
5 Radial direction from the center of curvature M towards thehandlebar 5
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102007049302 A1 [0002] DE 102007049302 A1 [0002]
- DE 102009037872 A1 [0002] DE 102009037872 A1 [0002]
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