DE102012110081A1

DE102012110081A1 - Kugelgewindetrieb für die Lenkung eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102012110081A1
Application number: DE201210110081
Authority: DE
Inventors: Martin Budaker; Rainer Schänzel; Gerd Speidel
Original assignee: ZF Lenksysteme GmbH
Current assignee: Robert Bosch Automotive Steering GmbH
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-04-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb (20) für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kugelgewindespindel (22) und einer Kugelgewindemutter (21), die jeweils mehrere Gewindegänge (23, 24, 25, 26, 27) zur Führung von hintereinander angeordneten, eine Kugelreihe bildenden Kugeln (28) aufweist, wobei die Kugeln (28) jeweils nur eine einzige punktartige Kontaktstelle (29, 200, 201, 203, 204) zur Kugelgewindespindel (22) und zur Kugelgewindemutter (21) aufweist, und im mittleren Gewindegang (23) die zwei punktartigen Kontaktstellen (29, 202) auf einer Verbindungslinie (205) liegen, die wenigstens annähernd senkrecht zur Längsachse (206) der Kugelgewindespindel (22) verläuft.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kugelgewindespindel und einer Kugelgewindemutter, die jeweils mehrere Gewindegänge zur Führung von hintereinander angeordneten, eine Kugelreihe bildenden Kugeln aufweist, wobei die Kugeln jeweils nur eine einzige punktartige Kontaktstelle zur Kugelgewindespindel und zur Kugelgewindemutter aufweisen.
Im Allgemeinen wird bei einer Zahnstangelenkung eine Drehbewegung eines Elektroantriebs mit dem Kugelgewindetrieb in eine Translationsbewegung einer Zahnstange umgewandelt. Infolge von zu großen Bauteiltoleranzen eines Gehäuses, der Kugelgewindemutter und der Zahnstange und/oder einer zu hohen Riemenspannung kann es zu einer Schiefstellung des Kugelgewindetriebs kommen. Sowohl aufgrund von Produktionsschwankungen als auch aufgrund der Schiefstellung kann die Lenkung einen rauen Lauf, beispielsweise Reibungsunstetigkeiten, aufweisen, der unerwünscht ist. Dieses Problem löst bisher unter anderem ein Kugelgewindetrieb, bei dem in der Kugelgewindespindel und/oder in der Kugelgewindemutter zwei Kugelreihen in axialer Richtung der Kugelgewindespindel nebeneinander verlaufen. Die Kugeln dieses Kugelgewindetriebs weisen zwei punktartige Kontaktstellen auf, und zwar eine zur Kugelgewindespindel und eine zur Kugelgewindemutter. Aufgrund der immer kleiner werdenden zur Verfügung stehenden Einbauräume stößt dieser Lösungsansatz an seine Grenzen, da er zwei Kugelrückführungen benötigt.
Die Erfindung hat die Aufgabe den Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass zukünftig der erforderliche Einbauraum reduziert wird.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem gattungsgemäßen Kugelgewindetrieb, bei dem erfindungsgemäß im mittleren Gewindegang die zwei punktartigen Kontaktstellen auf einer Verbindungslinie liegen, die wenigstens annähernd senkrecht zur Längsachse der Kugelgewindespindel verläuft. Somit muss zukünftig nur noch eine einzige Kugelreihe in den Gewindegängen transportiert werden, so dass auch nur noch eine einzige Kugelrückführung erforderlich ist. Folglich kann der erforderliche Einbauraum für den Kugelgewindetrieb reduziert werden. Gleichzeitig weisen alle Kugeln durch die zwei punktartigen Kontaktstellen dieselbe Rollgeschwindigkeit auf, wodurch ein rauer Lauf, beispielsweise Reibungsunstetigkeiten, 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. Auf diese Weise können unerwünschte Geräuschemissionen aus dem Kugelgewindetrieb beim Überfahren einer Schlechtwegstrecke zuverlässig eliminiert werden
Um die Laufruhe zusätzlich zu verbessern, können die Kugeln in den dem mittleren Gewindegang zu beiden Seiten folgenden Gewindegängen ebenfalls jeweils nur eine einzige punktartige Kontaktstelle zur Kugelgewindespindel und zur Kugelgewindemutter aufweisen.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die Gewindegänge parallel zur Längsachse der Kugelgewindespindel verlaufende Abschnitte und an dessen Enden gekrümmte Abschnitte aufweisen. Somit kann die jeweils nur einzige punktartige Kontaktstelle zur Kugelgewindespindel und zur Kugelgewindemutter zuverlässig realisiert werden. Diese spezielle Kontur der Gewindegänge kann einfach und kostengünstig durch eine entsprechende Programmierung des Vorschubes einer Schleifmaschine zur Herstellung der Gewindegänge hergestellt werden.
Zur weiteren Optimierung der Laufruhe können die Gewindegänge der Kugelgewindespindel und der Kugelgewindemutter breiter sein als der Durchmesser der Kugeln.
Um die zwei punktartigen Kontaktstellen realisieren zu können, kann eine Gewindesteigung der beiden vom mittleren Gewindegang unmittelbar benachbarten Gewindegänge im Vergleich zu den übrigen Gewindegängen um einen bestimmten Betrag reduziert sein. Die übrigen Gewindegänge weisen also vorzugsweise eine nicht reduzierte Steigung auf.
Die Verbindungslinien der zwei Kontaktstellen der Kugeln in den dem mittleren Gewindegang zu beiden Seiten folgenden Gewindegängen können mit der Längsachse der Kugelgewindespindel einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließen. Auf diese Weise können Kräfte in axialer Richtung zuverlässig übertragen werden.
In einer alternativen Ausführungsform können die Verbindungslinien der zwei Kontaktstellen der Kugeln der dem mittleren Gewindegang zu beiden Seiten folgenden Gewindegänge ebenfalls wenigstens annähernd senkrecht zur Längsachse der Kugelgewindespindel verlaufen. Somit weisen die Verbindungslinien der Kugeln in allen Gewindegängen eine wenigstens annähernd senkrechte Ausrichtung zur Längsachse der Kugelgewindespindel auf.
Um die jeweils nur einzige punktartige Kontaktstelle zur Kugelgewindespindel und zur Kugelgewindemutter realisieren zu können, können die Gewindegänge eine Krümmung aufweisen, die geringer ist als die Krümmung der Kugeln.
Zu beiden Seiten des mittleren Gewindegangs können mindestens drei lasttragende Gewindegänge vorgesehen sein. Folglich gibt es zu beiden Seiten des mittleren Gewindegangs mindestens drei Gewindegänge, in denen sich Kugelreihen befinden. Somit können Kräfte in axialer Richtung der Kugelgewindespindel zuverlässig übertragen werden.
Die Erfindung betrifft außerdem die Lenkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit einer elektrischen Hilfskraftunterstützung, das erfindungsgemäß die Kugelgewindespindel nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist. Die Lenkung kann eine Vorderachslenkung, eine Hinterachslenkung oder eine Vierradlenkung sein.
Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßer Kugelgewindetrieb anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
1 eine Schnittansicht durch einen Kugelgewindetrieb gemäß dem Stand der Technik;
2 eine Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb;
3 eine Detailansicht aus 2;
4 eine Schnittansicht durch eine weitere Ausführungsform des Kugelgewindetriebs;
5 eine Detailansicht aus 4
6 eine weitere Detailansicht aus 4.
1 zeigt einen Kugelgewindetrieb 10 mit einer Kugelgewindemutter 11 und einer Kugelgewindespindel 12. Kugeln 13 liegen 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 es 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.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb 20 mit einer Kugelmutter 21 und einer Kugelgewindespindel 22. Die Kugelgewindespindel 22 weist einen mittleren Gewindegang 23 auf, zu dessen beiden Seiten Gewindegänge 24, 25, 26 und 27 folgen. In den Gewindegängen 23 bis 27 werden eine Kugelreihe bildenden Kugeln 28 geführt. Die Kugeln 28 weisen jeweils nur eine einzige punktartige Kontaktstelle 29, 200 und 201 zur Kugelgewindespindel 22 und eine einzige punktartige Kontaktstelle 202, 203 und 204 zur Kugelgewindemutter 21 auf (siehe 3). Die Kontaktstellen 29 und 202 der Kugeln 28 des mittleren Gewindegangs 23 liegen auf einer Verbindungslinie 205, die senkrecht zur Längsachse 206 der Kugelgewindespindel 22 verläuft. Dahingegen liegen die Kontaktstellen 200 und 203 sowie die Kontaktstellen 201 und 204 der dem mittleren Gewindegang 23 folgenden Gewindegänge 24 und 26 auf Verbindungslinien 207 und 208, die mit der Längsachse 206 der Kugelgewindespindel 22 einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließen. Somit können Kräfte in axialer Richtung zuverlässig übertragen werden.
Die Gewindegänge 23 bis 27 weisen parallel zur Längsachse 206 der Kugelgewindespindel 22 verlaufende Abschnitte 209 und 210 auf, an deren Ende sich gewölbte Abschnitte 211, 212, 213 und 214 anschließen. Die Durchmesser der Gewindegänge 23 bis 27 sind breiter als die Durchmesser der Kugeln 28.
Die Gewindegänge 23, 24 und 26 weisen eine Gewindesteigung mit dem Betrag a–x auf. Im Vergleich dazu weisen die Gewindegänge 25 und 27 eine Gewindesteigung mit dem Betrag a auf (siehe 2 und 3). Die Gewindesteigung der Gewindegänge 23, 24 und 26 sind also gegenüber den Gewindesteigungen der Gewindegänge 25 und 27 um den Betrag x reduziert. Auf diese Weise kann eine zweipunktartige Kontaktstelle der Kugeln 28 realisiert werden.
4 zeigt einen Kugelgewindetrieb 40 mit einer Kugelgewindemutter 41 und einer Kugelgewindespindel 42. In Gewindegängen 43 bis 47 bilden Kugeln 48 eine Kugelreihe (siehe 4 und 5). Die Kugeln 48 weisen eine einzige punktartige Kontaktstelle 49 zur Kugelgewindespindel 42 und eine einzige Kontaktstelle 400 zur Kugelgewindemutter 41 auf. Die Kontaktstellen 49 und 400 liegen auf Verbindungslinien 401 die zu einer Längsachse 402 der Kugelgewindespindel 42 senkrecht verlaufen.
Die Gewindegänge 43 bis 47 weisen eine Krümmung auf, die geringer ist als die Krümmung der Kugeln (siehe 6). Somit kann die einzige punktartige Kontaktstelle 49 zur Kugelgewindespindel 42 und die einzige punktartige Kontaktstelle 400 zur Kugelgewindemutter 41 realisiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Kugelgewindetrieb
11: Kugelgewindemutter
12: Kugelgewindespindel
13: Kugeln
14: Kontaktstelle
15: Kontaktstelle
16: Kontaktstelle
17: Kontaktstelle
20: Kugelgewindetrieb
21: Kugelmutter
22: Kugelgewindespindel
23: Gewindegang
24: Gewindegang
25: Gewindegang
26: Gewindegang
27: Gewindegang
28: Kugel
29: Kontaktstelle
40: Kugelgewindetrieb
41: Kugelgewindemutter
42: Kugelgewindespindel
43: Gewindegang
44: Gewindegang
45: Gewindegang
46: Gewindegang
47: Gewindegang
200: Kontaktstelle
201: Kontaktstelle
202: Kontaktstelle
203: Kontaktstelle
204: Kontaktstelle
205: Verbindungslinie
206: Längsachse
207: Verbindungslinie
208: Verbindungslinie
209: Abschnitt
210: Abschnitt
211: Abschnitt
212: Abschnitt
213: Abschnitt
214: Abschnitt
400: Kontaktstelle
401: Verbindungslinie
402: Längsachse

Claims

Kugelgewindetrieb (20, 40) für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einer Kugelgewindespindel (22, 42) und einer Kugelgewindemutter (21, 41), die jeweils mehrere Gewindegänge (23, 24, 25, 26, 27, 43, 44, 45, 46, 47) zur Führung von hintereinander angeordneten, eine Kugelreihe bildenden Kugeln (28, 48) aufweist, wobei die Kugeln (28, 48) jeweils nur eine einzige punktartige Kontaktstelle (29, 49, 200, 201, 202, 203, 204, 400) zur Kugelgewindespindel (22, 42) und zur Kugelgewindemutter (21, 41) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass im mittleren Gewindegang (23, 45) die zwei punktartigen Kontaktstellen (29, 49, 202, 400) auf einer Verbindungslinie (205, 401) liegen, die wenigstens annähernd senkrecht zur Längsachse (206, 402) der Kugelgewindespindel (22, 42) verläuft.
Kugelgewindetrieb (20, 40) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (28, 48) in den dem mittleren Gewindegang (23, 45) zu beiden Seiten folgenden Gewindegängen (24, 25, 26, 27, 43, 44, 46, 47) ebenfalls jeweils nur eine einzige punktartige Kontaktstelle (49, 200, 201, 203, 204, 400) zur Kugelgewindespindel (22, 42) und zur Kugelgewindemutter (21, 41) aufweisen.
Kugelgewindetrieb (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindegänge (23, 24, 25, 26, 27) einen parallel zur Längsachse (206) der Kugelgewindespindel (22) verlaufenden Abschnitt (209, 210) und an dessen Enden einen gekrümmten Abschnitt (211, 212, 213, 214) aufweist.
Kugelgewindetrieb (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindegänge (23, 24, 25, 26, 27) der Kugelgewindespindel (22) und der Kugelgewindemutter (21) breiter sind als der Durchmesser der Kugeln (28).
Kugelgewindetrieb (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gewindesteigung der beiden vom mittleren Gewindegang (23) unmittelbar benachbarten Gewindegänge (24, 26) im Vergleich zu den übrigen Gewindegängen (25, 27) um einen bestimmten Betrag reduziert ist.
Kugelgewindetrieb (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslinien (207, 208) der zwei Kontaktstellen (200, 201, 203, 204) der Kugeln (28) in den dem mittleren Gewindegang (23) zu beiden Seiten folgenden Gewindegängen (24, 25, 26, 27) mit der Längsachse (206) der Kugelgewindespindel (22) einen Winkel zwischen 0° und 90° einschließt.
Kugelgewindetrieb (40) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungslinien (401) der zwei Kontaktstellen (49, 400) der Kugeln (48) der dem mittleren Gewindegang (45) zu beiden Seiten folgenden Gewindegänge (43, 44, 46, 47) ebenfalls wenigstens annähernd senkrecht zur Längsachse (402) der Kugelgewindespindel (42) verlaufen.
Kugelgewindetrieb (40) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindegänge (43, 44, 45, 46, 47) eine Krümmung aufweisen, die geringer ist als die Krümmung der Kugeln (48).
Kugelgewindetrieb (20, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu beiden Seiten des mittleren Gewindegangs (23, 45) mindestens drei lasttragende Gewindegänge (24, 25, 26, 27, 43, 44, 46, 47) vorgesehen sind.
Lenkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere mit einer elektrischen Hilfskraftunterstützung, dadurch gekennzeichnet, dass sie den Kugelgewindetrieb (20, 40) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.