DE102012024331A1 - Ball screw thread shoot for electro-mechanical steering arrangement of motor car, has ball arranged in middle circle profile of ball circulating nut and adapted to bending line of screw threaded drive rod that comprises ball screw - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelgewindetrieb sowie eine elektromechanische Lenkung mit einem solchen Kugelgewindetrieb.The invention relates to a ball screw and an electromechanical steering with such a ball screw.
In elektromechanischen Lenkungen kommen unter anderem Kugelgewindetriebe zum Aufbringen eines von einem Elektromotor erzeugten Unterstützungsmoments auf die Gewindetrieb- bzw. Zahnstange zum Einsatz.In electromechanical steering systems, among other things, ball screws are used for applying a support torque generated by an electric motor to the screw drive or toothed rack.
Bei elektromechanischen Lenkungen mit einem Kugelgewindetrieb kann je nach Dimensionierung der Gewindetrieb- bzw. Zahnstange das Problem auftreten, dass aufgrund von Biegebeanspruchungen eine plastische Verformung der Gewindetriebstange auftreten kann. Eine einfache Abstützung der Gewindetriebstange könnte zu einer Beschädigung der Kugelgewindespindel und ggf. auch der Abstützbuchse führen.In electromechanical steering systems with a ball screw, depending on the dimensioning of the screw drive or toothed rack, the problem may arise that plastic deformation of the threaded rod can occur due to bending stresses. A simple support of the threaded rod could cause damage to the ball screw and possibly also the support sleeve.
Zur Lösung dieses Problems ist es aus der
Diese bekannte Lösung hat den Nachteil, dass mit der Abstützbuchse ein zusätzliches Bauteil vorgesehen wird, das zudem wegen des Kontakts mit der Gewindetriebstange ebenso wie die Gewindetriebstange selbst ausreichend vor Verschleiß geschützt sein muss.This known solution has the disadvantage that with the support bushing an additional component is provided, which must also be sufficiently protected against wear because of the contact with the threaded rod as well as the threaded rod itself.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kugelgewindetrieb sowie eine elektromechanische Lenkung mit einem solchen Kugelgewindetrieb zu schaffen, wobei die Gewindetriebstange auf einfache und kostengünstige Art und Weise zuverlässig vor einer unzulässig hohen und zu einer plastischen Verformung führenden Biegebeanspruchung geschützt ist.Based on this prior art, the present invention seeks to provide a ball screw and an electromechanical steering with such a ball screw, the threaded rod is reliably protected in a simple and cost-effective manner from an inadmissibly high and a plastic deformation leading bending stress ,
Diese Aufgabe wird durch einen Kugelgewindetrieb gemäß Anspruch 1 sowie eine elektromechanische Lenkung gemäß Anspruch 7 gelöst.This object is achieved by a ball screw drive according to claim 1 and an electromechanical steering system according to
Kugelgewindetriebe in elektromechanischen Lenkungen werden im Betrieb an den Enden der Gewindetriebstange, üblicherweise der sogenannten Zahnstange, axial und radial mit Lasten beaufschlagt, die aus den Spurstangenkräften resultieren. Die Stützstellen oder Auflager der Gewindetriebstange werden von Lenkritzel und Druckstück sowie Kugelgewindetrieb gebildet. Die Gewindetriebstange erfährt dadurch im Betrieb eine Verformung und bildet eine den eingeleiteten Kräften entsprechende Biegelinie aus. Die Kugelumlaufmutter des Kugelgewindetriebs ist dagegen annähernd starr im Lenkgetriebegehäuse angebunden.Ball screws in electromechanical steering systems are in operation at the ends of the threaded rod, usually the so-called rack, axially and radially loaded with loads resulting from the tie rod forces. The support points or supports of the threaded rod are formed by steering pinion and thrust piece and ball screw. The threaded rod thereby undergoes deformation during operation and forms a bending line corresponding to the introduced forces. The ball nut of the ball screw, however, is connected approximately rigidly in the steering gear housing.
Im unbelasteten Zustand stimmen die jeweils auf zylindrischen Bahnen liegenden Kugelmittenkreise von Gewindespindel und Kugelumlaufmutter überein. Infolge der Ausbildung einer Biegelinie der Gewindetriebstange kommt es aber in Abhängigkeit von der jeweiligen Position der Gewindetriebstange relativ zur Kugelumlaufmutter zu ungleichmäßigen Belastungen der Laufbahnen und Wälzkörper des Kugelgewindetriebs, so dass Schäden an Laufbahnen und Wälzkörpern auftreten können.In the unloaded state, each lying on cylindrical tracks ball center circles of threaded spindle and ball nut match. As a result of the formation of a bending line of the threaded rod but it comes as a function of the respective position of the threaded rod relative to the ball nut to uneven loads on the raceways and rolling elements of the ball screw, so that damage to raceways and rolling elements can occur.
Zur Lösung dieses Problems und zur Vermeidung von Schäden an Laufbahnen und Wälzkörpern des Kugelgewindetriebs ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kugelmittenkreise der Kugelumlaufmutter nicht auf einer zylindrischen Spirale liegen, sondern auf einer an die sich im Betrieb einstellenden Biegelinie angepassten Spirale. Dies wird durch ein entsprechendes Kugelmittenkreisprofil erreicht.To solve this problem and to avoid damage to raceways and rolling elements of the ball screw according to the invention, it is provided that the ball center circles of the ball nut not lie on a cylindrical spiral, but on a matched to the adjusting in operation bending line spiral. This is achieved by a corresponding spherical center circle profile.
Auf diese Weise können zudem Fluchtungs- und Winkelfehler des Kugelgewindetriebs ausgeglichen werden. Die auf die Laufbahnen und die Wälzkörper wirkenden maximalen mechanischen Belastungen werden deutlich reduziert und gleichmäßiger auf alle Gewindegänge des Kugelgewindetriebs verteilt.In this way, also alignment and angular errors of the ball screw can be compensated. The maximum mechanical loads acting on the raceways and the rolling elements are significantly reduced and distributed more uniformly on all threads of the ball screw.
Hierdurch wird zudem bei einer elektromechanischen Lenkung ein besonderes gleichmäßiges haptisches Lenkgefühl für den Fahrer erzielt.As a result, a particularly uniform haptic steering feel for the driver is also achieved in an electromechanical steering.
Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of the ball screw according to the invention are specified in the subclaims.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn sich der Teilkreisdurchmesser des Kugelmittenkreisprofils der Kugelumlaufmutter ausgehend von der Mitte der Kugelumlaufmutter in axialer Richtung in beide Richtungen nach außen hin erweitert.It is particularly advantageous if the pitch diameter of the ball center circle profile of the ball nut starting from the center of the Recirculating ball nut expanded in the axial direction in both directions to the outside.
Für eine wirkungsvolle Anpassung an die Biegelinie der Gewindetriebstange im Betrieb ist es von Vorteil, wenn der Teilkreisdurchmesser des Kugelmittenkreisprofils der Kugelumlaufmutter bei einer üblichen Dimensionierung der Kugelumlaufmutter sich ausgehend von der Mitte der Kugelumlaufmutter in axialer Richtung in beide Richtungen nach außen bis zu den Stirnseiten der Kugelumlaufmutter hin um mindestens 6 μm, vorzugsweise um mindestens 12 μm erweitert. Bei Betrachtung des Größenverhältnisses zwischen der Erweiterung des Teilkreisdurchmessers des Kugelmittenkreisprofils ausgehend von der Mitte der Kugelumlaufmutter nach außen zu ihren Stirnseiten hin in Bezug auf die axiale Länge des Gewindeabschnitts der Kugelumlaufmutter ist ein Verhältnis von mindestens 1/5000, beispielsweise von 1/1000 von Vorteil.For an effective adaptation to the bending line of the threaded rod during operation, it is advantageous if the pitch diameter of the ball center circle profile of the ball nut with a conventional dimensioning of the ball nut starting from the center of the ball nut in the axial direction in both directions outward to the faces of the ball nut extended by at least 6 microns, preferably by at least 12 microns. Considering the size ratio between the enlargement of the pitch circle diameter of the ball center circle profile from the center of the ball nut outward toward its end sides with respect to the axial length of the threaded portion of the ball nut, a ratio of at least 1/5000, for example, 1/1000 is advantageous.
Aus dem gleichen Grund ist es ebenfalls von Vorteil, wenn sich der Teilkreisdurchmesser des Kugelmittenkreisprofils der Kugelumlaufmutter sich ausgehend von der Mitte der Kugelumlaufmutter in axialer Richtung in beide Richtungen nach außen hin kontinuierlich erweitert.For the same reason, it is also advantageous if the pitch circle diameter of the ball center circle profile of the ball nut extends continuously from the center of the ball nut in the axial direction in both directions towards the outside.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it
Die in
Die Gewindetriebstange
Das Lenkgetriebe
Die Kugelumlaufmutter
Dieser zweite Abschnitt
Für den Betrieb der elektromechanischen Lenkung
In
Als Grundkörper für die Herstellung der Gewindetriebstange
Die
Durch die Anpassung des Teilkreisdurchmessers des Kugelmittenkreisprofils
Die Erfindung ist nicht auf das in den Fig. dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst alle in den Schutzumfang der Ansprüche fallenden Ausführungsformen.The invention is not limited to the embodiment illustrated and described in the figures, but includes all embodiments falling within the scope of the claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Elektromechanische LenkungElectric Power Steering
- 22
- Lenkgetriebesteering gear
- 33
- LenkgetriebegehäuseSteering gear housing
- 44
- Lenkritzelsteering pinion
- 55
- Lenksäulesteering column
- 77
- Getriebestufegear stage
- 88th
- KugelgewindetriebBall Screw
- 99
- Riemenbelt
- 1010
- Elektromotorelectric motor
- 1111
- Erster Abschnittfirst section
- 1212
- Zweiter Abschnittsecond part
- 1313
- Lenkradsteering wheel
- 1515
- GewindetriebstangeThreaded rod
- 1616
- Verzahnunggearing
- 1717
- Gewindespindelscrew
- 1818
- KugelumlaufmutterBall nut
- 1919
- Kugelnroll
- 2020
- Kugelgewindeball screw
- 2121
- Gelenkjoint
- 2222
- Gelenkjoint
- 2323
- Radträger mit LenkhebelWheel carrier with steering lever
- 2424
- Radträger mit LenkhebelWheel carrier with steering lever
- 2525
- LenkwinkelgeberSteering angle sensor
- 2626
- LenkmomentgeberSteering torque transducer
- 2727
- Steuergerät für die LenkhilfeControl unit for power steering
- 2828
- SpurstangenanordnungTie rod assembly
- 2929
- Spurstangetie rod
- 3030
- Spurstangetie rod
- 3333
- Radwheel
- 3434
- Radwheel
- 4040
- Lenkstangehandlebars
- 5050
- KugelmittenkreisprofilBall center Profile
- 5151
- Mitte der KugelumlaufmutterCenter of the ball nut
- 5252
- Stirnseite der KugelumlaufmutterFace of the ball nut
- 5353
- Stirnseite der KugelumlaufmutterFace of the ball nut
- 5454
- Teilkreisdurchmesser des KugelmittenkreisesPitch circle diameter of the ball center circle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102009002660 A1 [0004] DE 102009002660 A1 [0004]
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DE201210024331 DE102012024331A1 (en) | 2012-12-13 | 2012-12-13 | Ball screw thread shoot for electro-mechanical steering arrangement of motor car, has ball arranged in middle circle profile of ball circulating nut and adapted to bending line of screw threaded drive rod that comprises ball screw |
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DE102012024331A1 true DE102012024331A1 (en) | 2014-06-18 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102017116254A1 (en) | 2017-07-19 | 2019-01-24 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | steering actuator |
Citations (3)
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DE1043004B (en) * | 1955-08-18 | 1958-11-06 | Gen Motors Corp | Screw gear with ball return, especially for steering gears |
GB952782A (en) * | 1961-11-08 | 1964-03-18 | Vickers Armstrongs Aircraft | Improvements in screw-and-nut assemblies |
DE102009002660A1 (en) | 2009-04-27 | 2010-10-28 | Zf Lenksysteme Gmbh | Power steering for a motor vehicle |
-
2012
- 2012-12-13 DE DE201210024331 patent/DE102012024331A1/en not_active Withdrawn
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