DE102012103819A1

DE102012103819A1 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102012103819A1
Application number: DE201210103819
Authority: DE
Inventors: Gerd Speidel
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2012-05-02
Filing date: 2012-05-02
Publication date: 2013-11-07

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb (20), insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kugelgewindespindel (22) und einer Kugelgewindemutter (21), die jeweils eine Kugelgewindebahn (24, 26) zur Führung von hintereinander angeordneten, eine Kugelreihe bildenden Kugeln (25) aufweist, wobei in mindestens einer der Kugelgewindebahnen (24, 26) der Kugelgewindespindel (22) und/oder der Kugelgewindemutter (21) zwei Kugelreihen in axialer Richtung der Kugelgewindespindel (22) nebeneinander verlaufen, wobei die Kugeln (25) punktartige Kontaktstellen zur Kugelgewindespindel (22) und zur Kugelgewindemutter (21) aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kugelgewindespindel und einer Kugelgewindemutter, die jeweils eine Kugelgewindebahn zur Führung von hintereinander angeordneten, eine Kugelreihe bildenden Kugeln aufweist.
Im Allgemeinen wird bei einer Zahnstangelenkung eine Drehbewegung eines Elektroantriebs mit dem Kugelgewindetrieb in eine Translationsbewegung einer Zahnstange umgewandelt. Die Reibung des Kugelgewindetriebs soll möglichst gering sein, um einem Fahrer eine zuverlässige Rückmeldung von einer Fahrbahn an ein Lenkrad zu geben. Deshalb weisen die Kugeln in dem Kugelgewindetrieb ein gewisses Spiel zwischen der Kugelgewindespindel und der Kugelgewindemutter auf. Dieses Spiel kann jedoch störende Geräusche beim Überfahren von Fahrbahnunebenheiten erzeugen. Zur Abhilfe dieses Problems und, damit die Kugeln möglichst große axiale Kräfte auf die Kugelgewindespindel übertragen können, weisen die Kugeln vier punktartige Kontaktstellen auf, von denen jeweils zwei Kontaktstellen gegenüber voneinander liegen. Infolge von Produktionsschwankungen kann es jedoch vorkommen, dass die Kontaktstellen nicht exakt genug zueinander gegenüberliegen. Ferner kann es infolge von zu großen Gehäusetoleranzen und/oder einer zu hohen Riemenspannung zu einer Schiefstellung des Kugelgewindetriebs kommen. Sowohl aus den Produktionsschwankungen als auch aus der Schiefstellung kann die Lenkung einen rauen Lauf aufweisen, der unerwünscht ist.
Die Erfindung hat die Aufgabe, den gattungsgemäßen Kugelgewindetrieb dahingehend weiterzuentwickeln, dass die störenden Geräusche und der raue Lauf wenigstens weitgehend vermieden werden.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art, bei dem erfindungsgemäß in mindesten einer der Kugelgewindebahnen der Kugelgewindespindel und/oder der Kugelgewindemutter zwei Kugelreihen in axialer Richtung der Kugelgewindespindel nebeneinander verlaufen, wobei die Kugeln punktartige Kontaktstellen zur Kugelgewindespindel und zur Kugelgewindemutter aufweisen. Somit kann jede Kugel jeweils eine punktartige Kontaktstelle zur Kugelgewindespindel und zur Kugelgewindemutter aufweisen. Jede Kugel weist also nur noch zwei punktartige Kontaktstellen auf. Solche Kugelgewindespindeln und Kugelgewindemuttern sind in der Herstellung und in der Montage unempfindlicher. Ferner weisen alle belasteten Kugeln durch die beiden punktartigen Kontaktstellen dieselbe Rollgeschwindigkeit auf, wodurch ein rauer Lauf einer Lenkung deutlich reduziert oder ganz vermieden wird. Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb kann ein Spiel der Kugeln zwischen der Kugelgewindespindel und der Kugelgewindemutter bis zu einer Pressung reduziert werden, ohne dass die Reibung im Kugelgewindetrieb dadurch spürbar erhöht wird.
Gewindeflanken der Kugelgewindespindel und der Kugelgewindemutter können zweckmäßigerweise versetzt zueinander angeordnet sein. Sie sind also nicht unmittelbar gegenüber voneinander angeordnet. Somit können auch die Kugelgewindebahnen nicht genau gegenüberliegend, sondern ebenfalls versetzt zueinander angeordnet sein. Die Gewindeflanken verhindern somit, dass sich die in axialer Richtung der Kugelgewindespindel nebeneinander verlaufenden Kugelreihen nicht berühren können.
Aus demselben Grund kann die Breite der Kugelgewindebahnen der Kugelgewindespindel und der Kugelgewindemutter mindestens doppelt so groß sein wie der Durchmesser der Kugeln. Damit sich die in axialer Richtung nebeneinander verlaufenden Kugelreihen auf jeden Fall nicht berühren können, ist es jedoch noch besser, wenn die Breite der Kugelgewindebahnen mehr als doppelt so groß ist wie der Durchmesser der Kugeln.
Damit jede Kugel jeweils eine punktartige Kontaktstelle zur Kugelgewindespindel und zur Kugelgewindemutter aufweist, können die Kugelgewindebahnen im Übergangsbereich zu den Gewindeflanken abgerundet sein.
Aus demselben Grund können die abgerundeten Übergangsbereiche eine etwas geringere Krümmung als die Kugeln aufweisen.
Die punktartigen Kontaktstellen von zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Kugeln können spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sein. Auf diese Weise können große Kräfte in axialer Richtung auf die Kugelgewindespindel übertragen werden.
Die Erfindung betrifft außerdem die Lenkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit einer elektrischen Hilfskraftunterstützung, die erfindungsgemäß den Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßer Kugelgewindetrieb anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1 einen Ausschnitt aus einer Schnittansicht durch einen Kugelgewindetrieb gemäß dem Stand der Technik;
2 einen Ausschnitt aus einer Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb;
3 eine Detailansicht aus 2;
4 eine weitere alternative Ausführungsform als Detailansicht aus 2;
5 einen Ausschnitt aus einer Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb in einer weiteren Ausführungsform.
1 zeigt einen Kugelgewindetrieb 10 mit einer Kugelgewindemutter 11 und einer Kugelgewindespindel 12. Eine Kugel 13 liegt an vier punktartigen Kontaktstellen 14, 15, 16 und 17 an der Kugelgewindespindel 11 und an der Kugelgewindemutter 12 an. Für einen sanften Lauf einer Lenkung ist wichtig, dass die Kontaktstellen 14 und 16 und die Kontaktstellen 15 und 17 genau gegenüber voneinander angeordnet sind. Dies stellt jedoch sehr hohe Anforderungen an die Produktion der Kugelgewindespindel 11 und der Kugelgewindemutter 12. Somit können Produktionsschwankungen dazu führen, dass die Kontaktstellen 14 und 16 und die Kontaktstellen 15 und 17 nicht exakt gegenüber voneinander angeordnet sind. Infolge davon neigen die Kugeln zu einem Gleiten, welches einen rauen Lauf der Lenkung hervorruft.
Ein erfindungsgemäßer Kugelgewindetrieb 20 weist eine Kugelgewindemutter 21 und eine Kugelgewindespindel 22 auf (siehe 2 bis 5). Die Kugelgewindemutter 21 weist eine Kugelgewindebahn 23 und die Kugelgewindespindel 22 eine Kugelgewindebahn 24 auf, in denen Kugeln 25 geführt werden.
Die hintereinander angeordneten Kugeln 25 bilden Kugelreihen, wobei zwei Kugelreihen in den Kugelgewindebahnen 23 und 24 in axialer Richtung der Kugelgewindespindel 22 nebeneinander geführt werden (siehe 1). Es kann jedoch auch vorkommen, das die Kugeln 25 nur in einigen der Kugelgewindebahnen 23 in axialer Richtung nebeneinander geführt werden (siehe 5).
Die Kugeln 25 weisen jeweils eine punktartige Kontaktstelle 30, 31, 40 und 41 zur Kugelgewindemutter 21 sowie eine punktartige Kontaktstelle 32, 33, 42 und 43 zur Kugelgewindespindel 22 auf (siehe 3 und 4). Die Kontaktstellen 30 und 32, 31 und 33, 40 und 42 und 41 und 43 liegen genau gegenüber voneinander, wobei eine Verbindungslinie 34 zwischen den Kontaktstellen 30 und 32, eine Verbindungslinie 35 zwischen den Kontaktstellen 31 und 33, eine Verbindung die 44 zwischen den Kontaktstellen 40 und 42 und eine Verbindungslinie 45 zwischen den Kontaktstellen 41 und 43 durch den Mittelpunkt der Kugeln 25 verläuft. Ferner sind die punktartigen Kontaktstellen 30 und 32 spiegelsymmetrisch zu den Kontaktstellen 31 und 33 und die punktartigen Kontaktstellen 40 und 42 spiegelsymmetrisch zu den Kontaktstellen 41 und 43 angeordnet. Auf diese Weise können große Kräfte in axialer Richtung der Kugelgewindespindel 22 übertragen werden. Alle belasteten Kugeln 25 weisen dieselbe Rotationsgeschwindigkeit auf. Dadurch wird der raue Lauf der Lenkung mindestens deutlich reduziert.
Die Kugelgewindemutter 21 weist eine Gewindeflanke 26 und die Kugelgewindespindel 22 eine Gewindeflanke 27 auf, die sich in axialer Richtung helixartig auf der Kugelgewindemutter 21 und der Kugelgewindespindel 22 entlangwinden. Die Gewindeflanke 26 und die Gewindeflanke 27 sind versetzt zueinander angeordnet, also nicht unmittelbar gegenüber voneinander. Folglich liegen auch die Kugelgewindebahnen 23 und 24 nicht genau gegenüber voneinander, sondern sind ebenfalls versetzt zueinander angeordnet. Durch die versetzte Anordnung der Gewindeflanken 26 und 27 und der Kugelgewindebahnen 23 und 24 wird sichergestellt, dass sich die in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Kugelreihen der Kugeln 25 nicht berühren können.
Ebenfalls damit sich die in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Kugelreihen der Kugeln 25 nicht berühren können, ist die Breite der Kugelgewindebahnen 23 und 24 mindestens doppelt so groß wie der Durchmesser der Kugeln 25.
Die Kugelgewindebahnen 23 und 24 sind im Übergangsbereich zu den Gewindeflanken 26 und 27 abgerundet, wobei die abgerundeten Übergangsbereiche eine etwas geringere Krümmung als die Kugeln 25 aufweisen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Kugeln 25 die punktartigen Kontaktstellen 30, 31, 32 und 33 (siehe 3) zu der Kugelgewindespindel 22 und der Kugelgewindemutter 23 aufweisen.
Bezugszeichenliste

10: Kugelgewindetrieb
11: Kugelgewindemutter
12: Kugelgewindespindel
13: Kugel
14: Kontaktstelle
15: Kontaktstelle
16: Kontaktstelle
17: Kontaktstelle
20: Kugelgewindetrieb
21: Kugelgewindemutter
22: Kugelgewindespindel
23: Kugelgewindebahn
24: Kugelgewindebahn
25: Kugel
26: Gewindeflanke
27: Gewindeflanke
30: Kontaktstelle
31: Kontaktstelle
32: Kontaktstelle
33: Kontaktstelle
34: Verbindungslinie
35: Verbindungslinie
40: Kontaktstelle
41: Kontaktstelle
42: Kontaktstelle
43: Kontaktstelle
44: Verbindungslinie
45: Verbindungslinie

Claims

Kugelgewindetrieb (20), insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kugelgewindespindel (22) und einer Kugelgewindemutter (21), die jeweils eine Kugelgewindebahn (24, 26) zur Führung von hintereinander angeordneten, eine Kugelreihe bildenden Kugeln (25) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einer der Kugelgewindebahnen (24, 26) der Kugelgewindespindel (22) und/oder der Kugelgewindemutter (21) zwei Kugelreihen in axialer Richtung der Kugelgewindespindel (22) nebeneinander verlaufen, wobei die Kugeln (25) punktartige Kontaktstellen (30, 31, 32, 33, 40, 41, 42, 43) zur Kugelgewindespindel (22) und zur Kugelgewindemutter (21) aufweisen.
Kugelgewindetrieb (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gewindeflanken (26, 27) der Kugelgewindespindel (22) und der Kugelgewindemutter (21) versetzt zueinander angeordnet sind.
Kugelgewindetrieb (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Kugelgewindebahnen (24, 26) der Kugelgewindespindel (22) und der Kugelgewindemutter (21) mindestens doppelt so groß ist wie der Durchmesser der Kugeln (25).
Kugelgewindetrieb (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgewindebahnen (24, 26) im Übergangsbereich zu den Gewindeflanken (26, 27) abgerundet sind.
Kugelgewindetrieb (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die abgerundeten Übergangsbereiche eine etwas geringere Krümmung als die Kugeln (25) aufweisen.
Kugelgewindetrieb (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die punktartige Kontaktstelle (32, 33, 42, 43) zur Kugelgewindespindel (22) gegenüber von der Kontaktstelle (30, 31, 40, 41) zur Kugelgewindemutter (21) liegt, wobei eine Verbindungslinie (34, 35, 44, 45) zwischen den Kontaktstellen (30, 31, 32, 33, 40, 41, 42, 43) durch den Mittelpunkt der Kugeln (25) verläuft.
Kugelgewindetrieb (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die punktartigen Kontaktstellen (30, 31, 32, 33, 40, 41, 42, 43) von zwei in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Kugeln (25) spiegelsymmetrisch zueinander sind.
Lenkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit einer elektrischen Hilfskraftunterstützung, dadurch gekennzeichnet, dass sie den Kugelgewindetrieb (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.