DE102015102655A1 - Kugelgewindetrieb und damit ausgestattete lenkung eines kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelgewindetrieb (10) zur translatorischen Kraftübertragung mittels einer Gewindespindel oder Zahnstange (2) in einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei jedes Ende der Gewindespindel oder Zahnstange (2) mittels eines Axialgelenks (G) mit einer Spurstange (3) verbunden ist, wobei der Kugelgewindetrieb (10) eine mittels eines Festlagers (4) in einem Gehäuse (1) gelagerte Kugelmutter (5) aufweist, wobei das Festlager (4) einen Außenring (4A) aufweist, der in einem Gehäuse (1) des Kugelgewindetriebs (10) aufgenommen ist. Um das Auftreten von Querkräften, die zu Radiallasten an der Zahnstange führen, zu vermeiden, ist vorgesehen, dass an jeder Stirnseite des Außenrings (4A) mindestens ein Element (S1–S4; S, S‘) zwischen dem Außenring (4A) und dem Gehäuse (1) für eine in Bezug zu der Drehachse (D) des Kugelgewindetrieb (10) kardanisch ausgebildete Lagerung des Außenrings (4A) angeordnet ist. Die für die Lagerung vorgesehenen Elemente (S1–S4; S, S‘) können z.B. Kardanscheiben sein, die zumindest eine halb-kardanische oder sogar eine voll-kardanische Lagerung des Kugelgewindetriebs ermöglichen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb und eine damit ausgestattete Lenkung eines Kraftfahrzeugs. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kugelgewindetrieb zur translatorischen Kraftübertragung mittels Gewindespindel oder Zahnstange in einer Lenkung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Im Stand der Technik werden Kugelgewindetriebe an sich umfassend offenbart. Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeug-Lenkungen ist es bekannt, solche Kugelgewindetriebe zur translatorischen Kraftübertragung mittels Gewindespindel oder Zahnstangen einzusetzen. In der 1 ist eine solche Konstruktion schematisch dargestellt. Wie dort zu sehen ist, wird über den Kugelgewindetrieb 10 die Gewindespindel oder Zahnstange 2 der Lenkung ausgelenkt, wobei jedes Ende der Gewindespindel oder Zahnstange mittels eines Axialgelenks G mit einer Spurstange 2 verbunden ist. Der Kugelgewindetrieb 10 selbst weist eine mittels eines Festlagers 4 in einem Gehäuse 1 (der Lenkung) gelagerte Kugelmutter 5 auf, die zusammen mit der Gewindespindel 2 und den umlaufenden Kugeln 6, den wesentlichen Teil des Kugelgewindetriebes bildet und die sich um die Drehachse D drehen kann. Zum Einbau des Kugelgewindetriebes 10 in das Lenkungs-Gehäuse 1 ist ein Festlager 4 vorgesehen, dessen Außenring 4A in dem Gehäuse 1 montiert ist.
  • Beispielsweise ist ein solcher Kugelgewindetrieb aus der DE 10 2012 110 081 A1 bekannt. Diese Art von Kugelgewindetrieb wird häufig in elektrischen Hilfskraftlenkungen, sog. EPS-Lenkungen (Electric Power Steering), eingesetzt.
  • Des Weiteren ist bekannt, z.B. aus der DE 10 20010 029 266 A1 , einen Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass an jeder Stirnseite des Festlagers, insbesondere am Außenring des Festlagers (s. dort 2), mindestens ein Federelement „24“ angeordnet wird. Hierdurch wird an dem Festlager eine Elastizität der Lagerung erreicht, wodurch in axialer Richtung wirkende stoßartige Belastungen effektiv gedämpft werden können.
  • In der 2 ist ein solcher Kugelgewindetrieb dargestellt, bei dem an den Stirnseiten des Festlagers 4 elastische Elemente 4B (z.B. Elastomere oder Wellfedern) zwischen dem Außenring 4A und dem Gehäuse 1 angeordnet sind, um insbesondere axiale Stöße abzudämpfen. Zusätzlich ist an der Umfangsseite des Festlagers 4 eine Kippmöglichkeit 8 vorgesehen, die ein gewisses Verschwenken des gesamten Kugelgewindetriebs ermöglicht, so dass auch Querkräfte, die von der Auslenkung der Spurstange 3 herrühren (s. Kraftkomponente c) teilweise kompensiert werden können.
  • Bei den Kugelgewindetrieben der oben beschriebenen Art kann allerdings weiterhin das Problem auftreten, dass bei hoher Querbelastung die elastische Dämpfung und Dimensionierung der Kippmöglichkeit nicht ausreicht, um die auftretenden Querkräfte aufzufangen. Denn im realen Fahrzeugbetrieb können bei speziellen Fahrmanövern extreme Sonderlasten auftreten, welche von den Lenkungskomponenten ohne Schädigung von Bauteilen und ohne nachfolgende Beeinflussungen der Lenkungseigenschaften beherrscht werden müssen.
  • In der Praxis hat sich herausgestellt, dass insbesondere die Querkraftkomponente der Spurstangenkraft (erzeugt durch die gegebenen Winkel der Spurstangen im Fahrzeug) eine große Herausforderung an die Baugruppe eines Kugelgewindetriebs in einer EPS-Lenkung darstellt. Ist die Lenkung nicht in der Lage, auch solch hohe Querkräfte aufzunehmen, kommt es zu einer Schädigung des Kugelgewindetriebs (nachfolgend auch Kugelumlaufgewinde genannt), was u.a. zu einer signifikante Verschlechterung der akustischen Eigenschaften führt.
  • Wie in den 1 und 2 anhand der grafischen Zerlegung der Spurstangen-Kraft a in die Komponenten b und c zu sehen ist, führt die Querkraftkomponente c der Spurstangenkraft zu einer Radiallast auf die Zahn- bzw. Gewindestange 2 und bewirkt somit eine elastische Biegelinie der Zahn- bzw. Gewindestange, woraus ein entsprechendes Kippmoment K im Kugelgewindetrieb entsteht.
  • In der in 2 dargestellten, bekannten Lagerung des Kugelgewindetriebes wird das Festlager 4 (nachfolgend auch Hauptlager genannt) und damit die Kugelgewindemutter 5 (nachfolgend auch Kugelmutter genannt) in Kombination mit elastischen Elementen 4B (z.B. Stahlelastomer-Scheiben oder Wellfedern) im Lenkgehause 1 axial fixiert. Dadurch ergibt sich eine „kippweiche" Lagerung der Kugelmutter, wodurch ein elastisches Abfangen von Spitzenwerten der Gewindespindel oder Zahnstangenkräfte, die Kugelmutter ermöglicht wird. Durch die Kippmöglichkeit 8 ist außerdem die Kugelmutter 5 bzw. der gesamte Kugelgewindetrieb in kleinen Grenzen gegenüber dem Lenkgehäuse 1 kippbar. Bei entsprechend hoher Querkraft ist diese Konstruktion allerdings nicht ausreichend, um der Biegelinie der Zahn- bzw. Gewindestange 2 vollständig zu folgen.
  • Wie anhand der 2 zu sehen ist, ergibt sich u.a. das Problem, dass die Kraftkomponente b in Axialrichtung der Zahn- bzw. Gewindestange und damit des Kugelgewindetriebes aufgrund der "kippweichen" Lagerung die Kugelmutter 5 an den vorhandenen Anschlag im Lenkgehäuse 1 drückt. Dies hat zur Folge, dass ein Kippen der Kugelmutter 5 durch die Querkraftkomponente der Spurstange nicht weiter möglich ist. Diese bekannte Konstruktion stellt somit einen "kippsteifen" Aufbau dar, der hohe Kippmomente in dem Kugelgewindetrieb begünstigt.
  • Die hohen Kippmomente stützen sich dann im Kugelumlauf im Kugelgewindetrieb ab und erzeugen dadurch eine hohe Hertzsche Pressung im Kontakt „Kugel-Laufbahn“ bzw. „Kugel-Kugel“, insbesondere in den äußeren Gewindegängen der Kugelmutter 5. Dies führt wiederum zu einer hohen Schädigung und Lebensdauer-Reduzierung, zur Deformationen in der Kugellaufbahn und/oder an der Kugel, wonach dann eine signifikante akustische Verschlechterung im Kugelgewindetrieb die Folge ist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art deutlich zu verbessern, so dass die oben genannten Nachteile in vorteilhafter Weise überwunden werden. Insbesondere soll der Kugelgewindetrieb für den Einbau in Lenkungen so beschaffen sein, dass auch hohe Belastungen zu keinen hohen Kippmomenten im Kugelumlauf und zu keiner damit einhergehenden akustischen Verschlechterung im Kugelgewindetrieb führen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wir eine Lenkung vorgeschlagen, die mit einem solchen Kugelgewindetrieb ausgestattet ist.
  • Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb zeichnet sich dadurch aus, dass an jeder Stirnseite des Festlager-Außenrings mindestens ein Element zwischen dem Außenring und dem Lenkungs-Gehäuse für eine in Bezug zu der Drehachse des Kugelgewindetriebes kardanisch ausgebildete Lagerung des Außenrings angeordnet ist.
  • Somit wird in Form einer kardanischen Lagerung eine "kippweiche" und dennoch axial steife Lagerung des Festlagers geschaffen, die den entsprechenden Freiheitsgrad gewährleistet und die funktionalen Nachteile des Standes der Technik eliminiert. Insbesondere wird durch die kardanische Lagerung eine quasi frei kippbare Konstruktion geschaffen, in der keine signifikanten Kippmomente auftreten können, wodurch daraus resultierende interne Belastungen der Komponenten des Kugelgewindetriebes grundsätzlich ausgeschlossen werden können.
  • Aufgrund der nicht auftretenden Kippmomente ist es außerdem möglich, kleinere Gewindespindel oder Zahnstangen-Durchmesser zu verwenden und auch weniger Gewindegänge im Kugelumlauf vorzusehen, ohne die zulässigen Festigkeiten zu überschreiten. Dadurch kann die Konstruktion der Lenkung sehr kostengünstig realisiert werden. Zudem wird aufgrund des weiteren Freiheitsgrades die Kugelkette weniger belastet, wodurch die Robustheit hinsichtlich der Betriebseigenschaften deutlich steigt.
  • Diese und weitere Vorteile ergeben sich auch aus Unteransprüchen, die vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angeben.
  • Demnach ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Element jeweils einem Kardanring entspricht, der zwei gegenüberliegende, in Umlaufrichtung bzw. am Umfang zueinander um 180 Grad versetzte, Nocken aufweist. Hierdurch wird eine einfache und kostengünstige Realisierung der kardanischen Lagerung ermöglicht. Durch eine Dimensionierung der Kardanringe und/oder der Nocken kann die Lagerung optimal, schnell und kostengünstig an die Erfordernisse der jeweiligen Lenkung angepasst werden. Alternativ zu Kardanringen oder ähnlichen separaten Bauteilen (z.B. Kardanscheiben), können auch an den Stirnseiten des Festlager-Außenringes selbst nockenförmige Ausbuchtungen des dortigen Gehäuseabschnitts vorgesehen werden, wodurch ebenfalls eine kardanische Lagerung des Außenringes erreicht werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform, die eine voll-kardanisch ausgebildete Lagerung des Außenrings darstellt, ist vorgesehen, dass an jeder Stirnseite des Außenringes jeweils ein aus zwei benachbarten Kardanringen gebildetes Paar angeordnet ist, wobei bei jedem Paar die Nocken der zwei benachbarten Kardanringe in Umlaufrichtung zueinander um 180 Grad versetzt sind, und wobei die Paare der Kardanringe zueinander so angeordnet sind, dass sich genau zwei kardanische, zueinander um 90 Grad versetzte, Achsen ausbilden. Dadurch wird eine voll-kardanische Lagerung mit rotationsymmetrischen Freiheitsgraden (Kippen bzw. Schwenken um die y- und z-Achsen) geschaffen.
  • In einer alternativen Ausführungsform, die eine halb-kardanisch ausgebildete Lagerung des Außenrings darstellt, ist vorgesehen, dass an jeder Stirnseite des Außenringes jeweils (nur) ein Kardanring angeordnet ist, wobei die Kardanringe zueinander so angeordnet sind, dass sich genau eine kardanische Achse ausbildet, die parallel zu der Gelenkachse des Axialgelenks ausgerichtet ist. Hierdurch wird eine halb-kardanische Lagerung mit einem Freiheitsgrad geschaffen, welche ein Kippen bzw. Schwenken um die z-Achse ermöglicht, die wiederum parallel zu der Gelenkachse (Ankopplung der Spurstange abhängig von der Fahrzeugkinematik) ausgerichtet ist. Denn es hat sich gezeigt, dass bereits eine solch ausgerichtete halb-kardanische Lagerung ausreicht, um das Auftreten von Kippmomenten zu verhindern.
  • Die Ausführungen der Erfindung können in bevorzugter Weise weiter dadurch verbessert werden, dass an oder zwischen den für die kardanisch ausgebildete Lagerung angeordneten Elementen, insbesondere an oder zwischen den Kardanringen, jeweils elastische Elemente angeordnet sind, die die kardanisch ausgebildete Lagerung mit elastischen Eigenschaften beaufschlagen. Hierzu können als elastische Elemente beispielsweise Well- oder Tellerfeder verwendet werden, die vorzugsweise jeweils zwischen zwei Kardanringen eingesetzt werden.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die sich auf eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug beziehen, im Detail und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen 36 beschrieben, die folgende schematische Darstellungen wiedergeben:
  • 3a/b zeigen im Querschnitt bzw. in Draufsicht einen Kardanring zum Einsatz in dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb;
  • 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Kugelgewindetriebes mit einer voll-kardanischen Lagerung;
  • 5 veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel des Kugelgewindetriebes mit einer halb-kardanischen Lagerung; und
  • 6 veranschaulicht anhand eines Messdiagramme die durch die Erfindung erzielte Eliminierung bzw. enorme Reduzierung des Kippmomentes.
  • Die in den 4 und 5 dargestellten Kugelgewindetriebe weisen auch solche Komponenten auf, die bereits in den 1 und 2 vorhanden sind und mit Bezugszeichen versehen sind. Daher werden die Bezugszeichen für die folgenden Komponenten beibehalten: Lenkungs-Gehäuse 1; Gewindestange 2 mit ihrer Drehachse D; Spurstange 3; Festlager 4; Kugelmutter 5; Kugelgewindetrieb 10 (Innenbereich mit Kugeln 6) sowie Gelenk G zur Ankopplung der Spurstange.
  • Nachfolgend wird zur Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels auf die 3a/b und 4 Bezug genommen:
    In der ersten Ausführungsform, die eine voll-kardanische Lagerung darstellt (siehe 4), sind auf beiden Stirnseiten des Außenringes 4A jeweils zwei Kardanringe paarweise angeordnet. Auf der einen Stirnseite sind die Kardanringe S1 und S2 angeordnet; auf der anderen Stirnseite sind die Kardanringe S3 und S4 angeordnet. Die voll-kardanische Lagerung besteht im Wesentlichen aus zwei halb-kardanischen Lagerungerungen, die in Umlaufrichtung bzw. am Umfang um 90 Grad zueinander versetzt sind. Die erste halb-kardanische Lagerung wird durch die direkt an dem Außenring 4A anliegenden Kardanringe S2 und S3 („innere Ringe“) gebildet und erlaubt ein Kippen der Kugelgewindetriebs um die z-Achse. Die zweite halb-kardanische Lagerung wird durch die direkt am Gehäuse anliegenden Kardanringe S1 und S4 („äußere Ringe“) gebildet und erlaubt ein Kippen der Kugelgewindetriebs um die y-Achse.
  • Jeder Kardanring ist wie in den 3a/b gezeigt aufgebaut und besteht im Wesentlichen aus einem flachen Ringkörper S, vorzugsweise aus Stahl, der an zwei gegenüberliegende Stellen (180 Grad versetzt zueinander) jeweils einen Nocken N bzw. eine Auswölbung aufweist, um somit eine Kippachse zu bilden.
  • Durch passenden Einbau der vier Kardanringe S1–S4 (wie in 4 gezeigt) wird eine voll-kardanische Lagerung realisiert. Dabei ist es im Prinzip unerheblich, wie die Kippachsen y und z in Bezug auf die Gelenkachse des Gelenks G (siehe 1 & 2) ausgerichtet ist, da die voll-kardanische Lagerung alle Kippbewegungen auffangen kann und somit keinesfalls ein Kippmoment in dem Kugelgewindetrieb entstehen kann. Die in 4 gezeigte Ausführung mit voll-kardanischer Funktion ermöglicht einen rotationssymmetrischen Kardaneffekt über den kompletten Umfang 360°.
  • Die hier vorgestellte Konstruktion ist beschaffen, die schädigende Querkraftkomponente c unabhängig von der Lage der Spurstange 3 im Fahrzeug vollständig zu eliminieren. Denn die Lagerung der Kugelmutter 5 ist bezüglich der Radiallast in alle Richtungen nachgiebig gestaltet. Dies wird in dem ersten Ausführungsbeispiel (4) mit einer voll-kardanischen Lagerung der Kugelmutter realisiert, bei welcher das Festlager (Hauptlager) 4 zwischen z.B. vier halbseitig ausgeführten Kardanscheiben bzw. -stützringen (S1–S4) aufgenommen wird, wobei die Kardanscheiben paarweise um 90 Grad versetzt zueinander montiert sind.
  • Wie die 4 zeigt wird also das Lager gehalten zwischen vier halbseitig ausgeführten Kardanscheiben S1–S4, welche paarweise um 90 Grad versetzt zueinander montiert sind. Es können optional auch Wellfedern noch zusätzlich integriert werden. Dadurch ergibt sich voll-kardanischer Effekt, welcher im kompletten Umfang (360 Grad) zur Erhöhung des Freiheitsgrades führt.
  • Tritt jetzt eine Spurstangenkraft mit einer entsprechenden Querkraftkomponente c auf (siehe auch 1), dann wird die Axialkomponente b der Spurstangenkraft a durch die Nocken N aufgenommen; und die ansonsten durch die Querkraftkomponente entstehende Biegelinie der Gewindespindel oder Zahnstange wird durch die ermöglichte Kippbewegung der Kugelmutter vermieden. Dadurch entstehen intern im Kugelgewindetrieb überwiegend Axialkräfte, welche auf alle Kugeln symmetrisch übertragen wird. Da die Spurstangenkräfte sowohl in Zug- als auch in Druckrichtung auftreten, ist bei der voll-kardanischen Lagerung die Möglichkeit gegeben, die Kippbewegung der Kugelmutter in alle Raumrichtungen zu realisieren.
  • Eine weitere, vereinfachte Ausführungsform zeigt die 5, bei der die Kugelmutter bzw. der ganze Kugelgewindetrieb in einer halb-kardanischen Lagerung montiert ist. Dazu ist an jeder Stirnseite des Außenrings ein Element in Form eines Kardanringes S bzw. S‘ angeordnet, wobei die Nocken N der beiden Kardanringe dieselbe Orientierung einnehmen, so dass sich für den Kugelgewindetrieb eine Kippmöglichkeit in Vorzugsrichtung (z.B. um die z-Achse) ergibt. Die Vorzugsrichtung entspricht der Richtung, in welche die Querkraftkomponente c (siehe 1) wirkt. Denn die halb-kardanische Lagerung basiert auf der Erkenntnis, dass die schädigende Querkraftkomponente über die Lage der Spurstange (insbesondere Einfederung) im jeweiligen Fahrzeug vorgegeben ist, wodurch sich die Richtung dieser Querkraftkomponente nur gering ändert, nämlich durch die Ein-/Ausfederung der Vorderachse in einem relativ geringen Winkelbereich. Daher kann bereits eine korrekt ausgerichtete habkardanische Lagerung ausreichen, um das Auftreten von Kippmomenten effektiv zu eliminieren. Der zweiten Ausführungsform nach 2 liegt also die Erkenntnis zugrunde, die Lagerung der Kugelgewindemutter nur in derjenigen Richtung (Vorzugsachse) nachgiebig zu gestalten, aus welcher die Querkraftkomponente c der Spurstange im Fahrzeug auftritt. Damit ist es möglich, an Stelle der in 4 gezeigten Lösung einer "voll-kardanischen" Lagerung eine wie in 5 gezeigte „halb-kardanische“ Lagerung der Kugelmutter zu realisieren. Diese nur in einer Achse kippbare Lagerung kann z.B. dadurch gestaltet werden, dass das Hauptlager der Kugelmutter über einen zusätzlichen Stützring gelagert ist, welcher mit zwei um 180 Grad versetzt angeordneten Nocken N versehen ist. Solcher ein Stützring oder Kardanring ist in 3a/b dargestellt.
  • Wie die 5 zeigt, wird die halb-kardanische Lagerung durch zwei halbseitlg ausgeführte Kardanscheiben S und S‘ realisiert, wobei zusätzlich Wellfedern integriert sein können. Dadurch ergibt sich dann richtungsabhängig eine zusätzliche Erhöhung des Freiheitsgrades. Tritt jetzt eine Spurstangenkraft a mit einer entsprechenden Querkraftkomponente c auf (siehe auch 1), wird die Axialkomponente b der Spurstangenkraft durch die Nocken N aufgenommen, wobei die durch die Querkraftkomponente entstehende Biegelinie der Gewindespindel oder Zahnstange und damit erforderliche Kippbewegung der Kugelmutter zur Vermeidung z.B. von Eindrücken durch die Überlast (zu hohe Hertzsche Pressung), jedoch weiterhin möglich ist. Dadurch entstehen intern im Kugelgewindetrieb nur Axialkräfte, die der Kugelgewindetrieb ertragen kann. Da die Spurstangenkräfte sowohl in Zug- als auch in Druckrichtung auftreten, ist die Möglichkeit gegeben, die Kippbewegung der Kugelmutter in beide Richtungen zu realisieren. In 5 ist beispielhaft die Lagerung des Hauptlagers auf den Nocken beidseitig ausgeführt. Es ist auch ein Stützlager STL dargestellt, das insbesondere den Schwenkwinkel auf der rechten Seite für die Biegelinie auf z.B. 2° begrenzt. Je nach Anwendung kann auf der linken Seite ein noch geringerer Schwenkwinkel von z.B. 0,5°gefordert sein, um ein Überspringen des Riemens (linke Seite) zu verhindern. Die dargestellte Lagerung kann als 4-Punkt-Lager mir kardanischer Lagerung verstanden werden.
  • Anhand der 6 wird die Wirkung der erfindungsgemäßen kardanischen Lagerung veranschaulicht: Die 6 entspricht einem Diagramm, bei dem das Kippmoment K (in Nm) über dem Kippwinkel α (in Grad) aufgetragen ist und zeigt eine Kennlinie SYS für die Systemsteifigkeit. Auch wird eine Kurvenschar WF dargestellt, die aus Kippmoment-Messungen unter Einsatz von herkömmlichen Wellfedern resuliert. Des Weiteren sind deutlich flacher verlaufende Messkurven KD dargestellt, die aus Kippmoment-Messungen unter Einsatz einer erfindungsgemäßen kardanischen Lagerung resultieren. Wie die 6 zeigt, reduzieren sich beim Einsatz der Erfindung die Kippmomente im Kugelgewindetrieb signifikant.
  • Die Erfindung hat u.a. folgende Vorteile:
    • – Es sind leichtere Design- bzw. Konstruktionsvarianten realisierbar, da kleinere Gewindespindel oder Zahnstangen-Durchmesser möglich sind;
    • – Eine kürzere Bauweise der Kugelmutter ist möglich, da weniger Gewindegänge erforderlich sind;
    • – Es ist ein Kippwinkel der Kardanik bis ca. 2 Grad möglich, kann aber ggf. auch mehr betragen;
    • – Die Performance bzw. Betriebseigenschaften werden durch eine nicht verspannte Kugelkette verbessert;
    • – Es ist eine Reduzierung der Hauptlager-Reibung unter Belastung möglich;
    • – Es kann eine hohe Axialsteifigkeit für höhere Reglerstabilität erreicht werden;
    • – Es ist eine höhere Belastbarkeit im Kugelgewindetrieb möglich, da die komplette Kugelkette die Belastung gleichmäßig trägt;
    • – Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich auch auf die Lagerung einer Schnecke im Schneckengetriebe in einer Lenkung (Festlager) anwenden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Kugelgewindetrieb
    1
    Gehäuse der Lenkung
    2
    Gewinde- bzw. Zahnstange
    3
    Spurstange
    4
    Festlager
    4A
    Außenring
    4B
    elastische Elemente (z.B. Elastomere oder Wellfedern)
    5
    Kugelmutter
    6
    Kugeln bzw. Kugelumlauf
    D
    Drehachse
    G
    Axialgelenk zur gelenkigen Verbindung der Spurstange mit der Zahnstange
    a
    Spurstangen-Kraft (in die Komponenten b und c zerlegbar)
    b
    Axialkraftkomponente
    c
    Querkraftkomponente
    K
    Kippmoment
    x, y, z
    Raumachsen bzw. Richtungskoordinaten
    S1–S4
    Elemente für kardanische Lagerung, hier Kardanringe
    S, S‘
    Elemente für kardanische Lagerung, hier Kardanringe
    N
    Nocken
    STL
    Stützlager
    Fa
    = Axialkraft mit 0 kN und Fa* = Axialkraft mit 18 kN
    α
    Kippwinkel
    KD
    Kennlinien für kardanische Lagerung (Kardanik)
    WF
    Kennlinien für Lagerung mittels Wellfedern
    SYS
    Kennlinie für Systemsteifigkeit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012110081 A1 [0003]
    • DE 1020010029266 A1 [0004]

Claims (7)

  1. Kugelgewindetrieb (10) zur translatorischen Kraftübertragung mittels einer Gewindespindel oder Zahnstange (2) in einer Lenkung eines Kraftfahrzeugs, wobei jedes Ende der Gewindespindel oder Zahnstange (2) mittels eines Axialgelenks (G) mit einer Spurstange (3) verbunden ist, wobei der Kugelgewindetrieb (10) eine mittels eines Festlagers (4) in einem Gehäuse (1) gelagerte Kugelmutter (5) aufweist, wobei das Festlager (4) einen Außenring (4A) aufweist, der in einem Gehäuse (1) des Kugelgewindetriebs (10) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Stirnseite des Außenrings (4A) mindestens ein Element (S1–S4; S, S‘) zwischen dem Außenring (4A) und dem Gehäuse (1) für eine in Bezug zu der Drehachse (D) des Kugelgewindetriebes (10) kardanisch ausgebildete Lagerung des Außenrings (4A) angeordnet ist.
  2. Kugelgewindetrieb (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Element jeweils einem Kardanring (S1–S4; S, S‘) entspricht, der zwei gegenüberliegende, in Umlaufrichtung zueinander um 180 Grad versetzte, Nocken (N) aufweist.
  3. Kugelgewindetrieb (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für eine voll-kardanisch ausgebildete Lagerung des Außenrings (4A) an jeder seiner Stirnseiten jeweils ein aus zwei benachbarten Kardanringen (S1, S2; S3, S4) gebildetes Paar angeordnet ist, wobei bei jedem Paar die Nocken (N) der zwei benachbarten Kardanringe (S1, S2; S3, S4) in Umlaufrichtung zueinander um 180 Grad versetzt sind, und wobei die Paare der Kardanringe (S1, S2; S3, S4) zueinander so angeordnet sind, dass sich genau zwei kardanische, zueinander um 90 Grad versetzte, Achsen (y, z) ausbilden.
  4. Kugelgewindetrieb (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für eine halb-kardanisch ausgebildete Lagerung des Außenrings (4A) an jeder seiner Stirnseiten jeweils ein Kardanring (S, S‘) angeordnet ist, wobei die Kardanringe (S, S‘) zueinander so angeordnet sind, dass sich genau eine kardanische Achse (z) ausbildet, die parallel zu der Gelenkachse des Axialgelenks (G) ausgerichtet ist.
  5. Kugelgewindetrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an oder zwischen den für die kardanisch ausgebildete Lagerung angeordneten Elementen, insbesondere Kardanringen (S1–S4; S, S‘), jeweils elastische Elemente angeordnet sind, die die kardanisch ausgebildete Lagerung mit elastischen Eigenschaften beaufschlagen.
  6. Kugelgewindetrieb (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige elastische Element als eine Well- oder Tellerfeder ausgebildet ist, insbesondere als eine zwischen zwei Kardanringen eingesetzte Well- oder Tellerfeder ausgebildet ist.
  7. Lenkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Lenkung mit elektrischer Hilfskraftunterstützung, dadurch gekennzeichnet, dass sie den Kugelgewindetrieb (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.
DE102015102655.4A 2015-02-25 2015-02-25 Kugelgewindetrieb und damit ausgestattete lenkung eines kraftfahrzeugs Withdrawn DE102015102655A1 (de)

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