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Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2016 007 542 A1 ist eine elektromechanische Servolenkung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt. Wie insbesondere der
10 und der Beschreibung der
DE 10 2016 007 542 A1 zu entnehmen ist, umfasst der Kugelgewindetrieb dieser bekannten Servolenkung eine Kugelmutter, die an ihrer Außenmantelfläche drehfest mit einer Riemenscheibe verbunden ist. Die drehfeste Verbindung wird über eine im Umfangsrichtung wirksame, formschlüssige Verbindung bewirkt. Zur Ausbildung der formschlüssigen Verbindung weisen die Kugelmutter an ihrer Außenumfangsfläche und die Riemenscheibe an ihrer Innenumfangsfläche Nuten auf, in welchen als Stege 31, 32, 33, 34 ausgebildete Formschlusselemente angeordnet sind. Die Stege sind an einem Umlenkkörper ausgebildet, der formschlüssig zwischen Riemenscheibe und Kugelmutter aufgenommen ist.
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Wie insbesondere aus
10 der
DE 10 2016 007 542 A1 ersichtlich, weist die Riemenscheibe 14 an ihrem der Kugelmutter 13 zugewandten Innenumfang insgesamt drei Vorsprünge auf, die sich radial nach innen Richtung Kugelmutter 13 erstrecken. Zwei dieser Vorsprünge sind, bezogen auf eine gedachte Horizontalebene, welche die Riemenscheibe in zwei Hälften teilt, auf der oberen Hälfte der Innenumfangsfläche angeordnet. Auf der unteren Hälfte der Innenumfangsfläche ist der dritte Vorsprung angeordnet. Die Riemenscheibe 14 stützt sich über den dritten Vorsprung auf der Außenmantelfläche der Kugelmutter ab. Die beiden auf der oberen Hälfte des Innenumfangs angeordneten Vorsprünge sind außerdem, bezogen auf eine gedachte Vertikalebene, welche die Riemenscheibe in zwei Hälften teilt, in Umfangsrichtung gleich weit entfernt von dieser Vertikalebene auf unterschiedlichen Seiten dieser Vertikalebene angeordnet (also etwa auf „10 Uhr Position“ und auf „2 Uhr Position“). Der dritte Vorsprung wird durch diese gedachte Vertikalebene hälftig geteilt, ist also auf „6 Uhr Position“ angeordnet.
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Bei dieser bekannten Konstruktion des Kugelgewindetriebs wurde in der Praxis festgestellt, dass der Kugelgewindetrieb im Betrieb unerwünscht große Vibrationen aufweisen kann, und dass es zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung und erhöhtem Verschleiß kommen kann.
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Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, dass unerwünschte Vibrationen, Geräuschentwicklung und Verschleiß bei Kugelgewindetrieben aus Unwuchten der Kugelmutter oder der Riemenscheibe resultieren können.
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Die
DE 10 2010 034 698 A1 beschreibt z.B. einen Kugelgewindetrieb einer elektromechanischen Servolenkung für Kraftfahrzeuge, bei dem eines der Zahnriemenräder des Riementriebs (also z.B. die Riemenscheibe, so wie in
8 der
DE 10 2010 034 698 A1 dargestellt) derart montiert ist, dass dieses aus einer deachsierten Stellung, in welcher der Zahnriemen lose ist, in eine bezüglich der Lage seiner Drehachse veränderte Stellung bewegbar ist, in der der Zahnriemen gespannt ist. Ziel ist dabei, den Zahnriemen ohne zusätzliche Bauteile in Form von Riemenspannern und dergleichen spannen zu können (vgl. Abs [0042]).
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Zur Verhinderung von Unwuchten der Riemenscheibe schlägt die
DE 10 2010 034 698 A1 vor, drei radial nach innen sich erstreckende Vorsprünge gleichmäßig über dem Innenumfang der Riemenscheibe verteilt anzuordnen (d.h. also mit einer 120 Grad Teilung). Diese drei Vorsprünge wirken mit drei radial nach innen zurückspringenden Ausnehmungen auf dem Außenumfang der Kugelmutter zusammen, um die Riemenscheibe in eine deachsierte Stellung bringen zu können, in welcher der Zahnriemen lose ist. Diese Ausnehmungen der Kugelmutter sind ebenfalls über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet (also ebenfalls mit einer 120 Grad Teilung).
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Nachteilig an dem aus der
DE 10 2010 034 698 A1 bekannten Kugelgewindetrieb ist, dass die Kraft, die benötigt wird, um die Zahnstange zu bewegen (die sogenannte „Durchschiebekraft“) groß ist und einen Kraft-Weg-Verlauf mit großer Welligkeit aufweist. D.h. in einem Diagramm, in dem die Durchschiebekraft über den Weg der Zahnstangenbewegung aufgetragen ist, weist die Durchschiebekraft einen wellenförmigen Verlauf mit großen Amplituden, d.h. hohen Kraftspitzen auf. Dieser Kraftverlauf und die hohen Kraftspitzen führen zu unerwünschten Geräuschen und erhöhtem Verschleiß.
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Aus der
DE 10 2008 002 627 A1 ist eine sehr spezielle Ausbildung einer elektromechanischen Servolenkung für Kraftfahrzeuge mit einem Kugelmutter-SpindelGetriebe bekannt. Bei dieser speziellen Ausbildung weist die Kugelmutter in ihrer Wandung genau einen einzigen Kugelrücklaufkanal auf. Durch diesen einzigen Kugelrücklaufkanal weist die Kugelmutter eine Unwucht auf, die sich durch das Vorsehen von mehreren über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordneten Kugelrücklaufkanälen vermeiden ließe. Mehrere Kugelrücklaufkanäle vorzusehen, erhöht gemäß
DE 10 2008 002 627 A1 jedoch die Herstellkosten und das Gewicht, so dass nur ein einziger Kugelrücklaufkanal vorgesehen sein soll.
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Um bei einer solchen Kugelmutter mit nur einem einzigen Kugelrücklaufkanal störende Geräusche und Schwingungen möglichst weitgehend zu vermeiden, schlägt die
DE 10 2008 002 627 A1 vor, dass die Kugelmutter Ausgleichsmittel aufweist, welche einer durch die einseitige Kugelrückführung bedingten Unwucht entgegenwirken und derart angeordnet und dimensioniert sind, dass eine Hauptträgheitsachse der Kugelumlaufmutter wenigstens annähernd mit einer Rotationsachse des Spindelabschnitts des Kugelmutter-Spindel-Getriebes zusammenfällt. Als bevorzugte Ausführungsform schlägt die
DE 10 2008 002 627 A1 vor, dass die Ausgleichsmittel als Ausnehmungen in der Kugelumlaufmutter ausgebildet sind.
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Nachteilig bei der aus der
DE 10 2008 002 627 A1 bekannten elektromechanischen Servolenkung ist, dass durch die Beschränkung auf Kugelmuttern mit nur einem einzigen Kugelrücklaufkanal eine sehr große konstruktive Einschränkung vorliegt, und dass Unwuchten, die durch die Riemenscheibe in den Kugelgewindetrieb eingebracht werden, nicht ausgeglichen werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektromechanische Servolenkung für Kraftfahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs so weiterzubilden, dass einerseits eine große konstruktive Freiheit in Bezug auf die Gestaltung der Komponenten des Kugelgewindetriebs gegeben ist, und dass andererseits die Durchschiebekraft, d.h. die Kraft, die benötigt wird, um die Zahnstange zu bewegen, einen Kraft-Weg-Verlauf aufweist, der eine geringe Welligkeit ohne große Kraftspitzen aufweist, wobei Vibrationen und Geräuschentwicklung möglichst gering sind. Aufgabe der Erfindung ist es auch, eine kostengünstig herstellbare elektromechanische Servolenkung mit einem Kugelgewindetrieb anzugeben, bei welcher die komplette Baugruppe des Kugelgewindetriebs unwuchtoptimiert ausgebildet ist und daher im Betrieb nur geringe, unter einer vorgebbaren Toleranzschwelle liegende Schwingungen und Geräuschentwicklungen auftreten.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine elektromechanische Servolenkung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.
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Die erfindungsgemäße elektromechanische Servolenkung für ein Kraftfahrzeug weist einen Servomotor und einen Kugelgewindetrieb auf, wobei der Kugelgewindetrieb eine Riemenscheibe, eine Kugelmutter und eine Gewindespindel aufweist, wobei die Riemenscheibe konzentrisch zu der Kugelmutter angeordnet ist und diese umgibt, wobei die Kugelmutter mit der Gewindespindel in Eingriff steht, wobei die Riemenscheibe über einen Antriebsriemen von dem Servomotor antreibbar ist, wobei die Riemenscheibe auf einer ersten Hälfte ihres Innenumfangs zwei sich radial nach innen erstreckende Vorsprünge aufweist, die mit der Kugelmutter in Umfangsrichtung formschlüssig verbunden sind, wobei die Riemenscheibe auf einer zweiten Hälfte ihres Innenumfangs einen sich in radialer Richtung nach innen erstreckenden dritten Vorsprung aufweist, über den sich die Riemenscheibe an dem Außenumfang der Kugelmutter abstützt.
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Erfindungsgemäß weist die Riemenscheibe an ihrem Innenumfang auf beiden Seiten des dritten Vorsprungs Ausgleichsmaterial auf, durch welches eine Unwucht des Kugelgewindetriebs ausgeglichen wird. Durch das Ausgleichsmaterial wird somit die Unwucht von sich im Kugelgewindetrieb drehenden Komponenten, insbesondere die Riemenscheibe, Kugeln einer Kugelrückführung sowie die Kugelrückführung selbst, kompensiert. „Ausgeglichen wird“ bedeutet im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass durch das Ausgleichsmaterial nicht nur eine aus der Form der Riemenscheibe und insbesondere aus den drei Vorsprüngen der Riemenscheibe resultierende Unwucht des Kugelgewindetriebs im Idealfall vollständig kompensiert wird, sondern dass auch eine aus der Kugelrückführung und den Kugeln sowie der Kugelrückführung selbst resultierende Unwucht im Idealfall vollständig kompensiert, d.h. neutralisiert wird. Aber auch eine Verringerung der Auswirkungen der resultierenden Unwucht auf ein vorgebbares Maß fällt unter den Begriff „dass die Unwucht des Kugelgewindetriebs ausgeglichen wird“, ohne dass die Auswirkungen vollständig neutralisiert werden. Erfindungsgemäß werden die im Betrieb der Servolenkung auftretenden Auswirkungen einer resultierenden Unwucht des Kugelgewindetriebs zumindest soweit verringert, dass durch die Unwucht hervorgerufene Vibrationen und Geräuschentwicklungen unter für den Betrieb des Kugelgewindetriebs innerhalb der Servolenkung akzeptablen Grenzwerten bleiben.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird außerdem erreicht, dass die Durchschiebekraft einen Kraft-Weg-Verlauf aufweist, der nur eine geringe Welligkeit aufweist. Große Amplituden, d.h. große Kraftspitzen der Durchschiebekraft, treten im Kraft-Weg-Verlauf nicht auf. Dadurch wird der Verschleiß des Kugelgewindetriebs minimiert.
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Ein weiterer Vorteil, der durch die vorliegende Erfindung erreicht wird, besteht darin, dass der gesamte Kugelgewindetrieb als Ganzes ausgewuchtet wird, und nicht bloß einzelne Komponenten des Kugelgewindetriebs. Durch die vergleichsweise kleine Masse des Ausgleichsmaterials wird die Unwucht der gesamten Baugruppe ausgeglichen und die Funktion des Kugelgewindetriebs optimiert. Als vergleichsweise kleine Masse der Unwucht ist dabei vorzugsweise zu verstehen, dass auf der Riemenscheibe ein zusätzliches Gewicht, welches <=1g ist, vorgesehen ist. Prozentual gesehen, macht es bezogen auf das Gewicht der Riemenscheibe vorzugsweise <0,3% aus. Jedoch wird die kleine Masse der Unwucht produktspezifisch angepasst, sodass dies für jeden Kugelgewindetrieb neu ausgelegt werden muss. Dadurch können die Gewichtsangaben variieren und folglich die kleine Masse auf der Riemenscheibe auch >1g bzw. prozentual gesehen >0,3% ausmachen. Alle drehenden Teile, die sich in dem Kugelgewindetrieb befinden, werden bei der Erfindung beim Auswuchten durch das Ausgleichsmaterial berücksichtigt, auch die zwischen der Kugelmutter und der Gewindespindel wirksame Kugelkette. Durch die rotationale Formschlussfixierung zwischen Riemenscheibe und Kugelmutter kann bei der Erfindung die Auswuchtung auf der Riemenscheibe hergestellt werden. Dies ist kostengünstiger als das aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannte Auswuchten der Kugelmutter.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass jeder der beiden Vorsprünge eine erste Nut aufweist und die Kugelmutter an ihrem Außenumfang zwei zweite Nuten aufweist, wobei die ersten und zweiten Nuten miteinander zwei Aufnahmeräume definieren, wobei in jedem Aufnahmeraum ein Formschlusselement angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung der formschlüssigen Verbindung zwischen Riemenscheibe und Kugelmutter wird eine sichere drehfeste Verbindung zwischen Riemenscheibe und Kugelmutter erreicht, die unabhängig ist von der Vorspannkraft des Riemens, über den die Riemenscheibe mit dem Servomotor verbunden ist. Auch bei einer vergleichsweise geringen Vorspannkraft des Riemens wird die Riemenscheibe angetrieben und die Drehung der Riemenscheibe auf die Kugelmutter übertragen. Dies stellt einen signifikanten Unterschied zu der aus der Druckschrift
DE 10 2010 034 698 A1 bekannten Lösung dar, bei der eine vergleichsweise große Vorspannkraft des Riemens erforderlich ist, um die Drehung der Riemenscheibe über die kraftschlüssige Verbindung zwischen Riemenscheibe und Kugelmutter auf die Kugelmutter zu übertragen. Bei einer zu geringen Vorspannkraft des Riemens kann die Riemenscheibe relativ zu der Kugelmutter gleiten bzw. durchrutschen, so dass die Drehung der Riemenscheibe nicht sicher auf die Kugelmutter übertragen wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Ausgleichsmaterial integraler Bestandteil der Riemenscheibe. Im Rahmen des Herstellprozesses der Riemenscheibe wird also das Ausgleichsmaterial in Umfangsrichtung auf beiden Seiten des dritten Vorsprungs so angeordnet, dass eine aus den drei Vorsprüngen resultierende Unwucht des Kugelgewindetriebs ausgeglichen wird. Auf diese Weise ist die Riemenscheibe bereits direkt nach ihrer Herstellung ausgewuchtet. Eine spätere Betriebswuchtung der eingebauten Riemenscheibe kann daher vermieden werden. Grundsätzlich könnte das Ausgleichsmaterial auch durch Ausgleichsmassen gebildet sein, die getrennt von der Riemenscheibe ausgebildet sind und zum Beispiel stoffschlüssig mit der Riemenscheibe an deren Innenumfang verbunden sind.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Vorsprünge in Umfangsrichtung denselben Abstand aufweisen zu einer Bezugsebene, welche die erste Hälfte und die zweite Hälfte des Innenumfangs der Riemenscheibe halbiert, wobei eine Rotationsachse der Riemenscheibe in der Bezugsebene liegt, und wobei sich eine Hälfte des dritten Vorsprungs in Umfangsrichtung auf der einen Seite der Bezugsebene erstreckt und sich eine andere Hälfte des dritten Vorsprungs auf der anderen Seite der Bezugsebene erstreckt. Durch diese Anordnung der drei Vorsprünge der Riemenscheibe auf deren Innenumfang wird das Ausgleichen der resultierenden Unwucht des Kugelgewindetriebs durch zu beiden Seiten neben dem dritten Vorsprung angeordnetes Ausgleichsmaterial erleichtert. Es wird erreicht, dass das Ausgleichsmaterial in Umfangsrichtung zu beiden Seiten des dritten Vorsprungs der Riemenscheibe symmetrisch angeordnet werden kann. D.h. aufgrund dieser Anordnung der drei Vorsprünge auf dem Innenumfang der Riemenscheibe kann zu beiden Seiten des dritten Vorsprungs die gleiche Menge an Ausgleichsmaterial mit der gleichen räumlichen Verteilung vorgesehen werden. Dadurch wird eine einfache Integration des Auswuchtprozesses in den Herstellungsprozess der Riemenscheibe ermöglicht. Ein sich an die Herstellung der Riemenscheibe anschließender separater Auswuchtvorgang kann so vermieden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Ausgleichsmaterial in Umfangsrichtung auf beiden Seiten neben dem dritten Vorsprung dieselbe Masse und dieselbe räumliche Verteilung auf. Insbesondere kann sich das Ausgleichsmaterial unmittelbar an den dritten Vorsprung anschließen, so dass keine Lücke zwischen dem dritten Vorsprung und dem auf der jeweiligen Seite neben dem dritten Vorsprung angeordneten Ausgleichsmaterial vorhanden ist. Dadurch wird eine besonders robuste Konstruktion der Riemenscheibe erreicht, weil das Ausgleichsmaterial eine stützende bzw. stabilisierende Wirkung auf den dritten Vorsprung hat. Die Erstreckung des dritten Vorsprungs in Umfangsrichtung kann daher auf seine eigentliche Funktion hin ausgelegt bzw. dimensioniert werden, die darin besteht, die Riemenscheibe gegenüber der Kugelmutter radial abzustützen. Daher kann der dritte Vorsprung hinsichtlich seiner Erstreckung in Umfangsrichtung minimiert werden. Er kann eine Erstreckung in Umfangsrichtung aufweisen, die gerade ausreichend ist, um die Abstützung der Riemenscheibe gegenüber der Kugelmutter zu erreichen, ohne dass die zulässige Flächenpressung der mit der Kugelmutter in Kontakt stehenden Oberfläche des dritten Vorsprungs überschritten wird. Das Ausgleichmaterial übernimmt dagegen das Ausgleichen einer aus der Dimensionierung der drei Vorsprünge der Riemenscheibe resultierenden Unwucht. Auch wird die Fertigung der Riemenscheibe erleichtert, wenn sich das Ausgleichsmaterial direkt an den dritten Vorsprung anschließt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch
- 1 einen Kugelgewindetrieb einer elektromechanischen Servolenkung in einem axialen Halbschnitt;
- 2 einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb im radialen Halbschnitt;
- 3 die Anordnung eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs an einer Zahnstange eines Lenkgetriebes mit einer an der Zahnstange ausgebildeten Gewindespindel;
- 4 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Riemenscheibe;
- 5 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Riemenscheibe.
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In 1 ist ein Kugelgewindetrieb einer elektromechanischen Servolenkung im axialen Halbschnitt dargestellt. Die Kugelmutter 4 steht im Eingriff mit der Gewindespindel 5. Die Kugelmutter 4 ist über Wälzlager 20 in einem Gehäuse 21 drehbar gelagert. Konzentrisch zu der Kugelmutter 4 ist eine Riemenscheibe 3 angeordnet, die die Kugelmutter 4 umgibt. Die Riemenscheibe 3 ist mit der Kugelmutter 4 drehfest verbunden. Über einen Antriebsriemen 6 (vgl. 2) ist die Riemenscheibe 3 mit einem in 1 nicht dargestellten Servomotor verbunden. Der Antriebsriemen 6 überträgt die Drehung einer durch den Servomotor 1 (vgl. 2) angetriebenen Antriebsscheibe 22 auf die Riemenscheibe 3, welche wiederum die Kugelmutter 4 antreibt und in Drehung versetzt. Eine Drehung der Kugelmutter 4 in die eine Richtung bewirkt eine axiale Verschiebung der Gewindespindel 5 entlang ihrer Längsachse 23 in eine erste Richtung. Eine Drehung der Kugelmutter 4 in die andere Richtung bewirkt eine axiale Verschiebung der Gewindespindel 5 entlang ihrer Längsachse 23 in eine zu der ersten Richtung entgegengesetzte zweite Richtung. Die axiale Verschiebung der Gewindespindel 5 ist in 1 durch den Doppelpfeil 24 dargestellt.
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2 zeigt den erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb im radialen Halbschnitt. Die Riemenscheibe 3 ist konzentrisch zu der Kugelmutter 4 angeordnet und umgibt diese. Ein Servomotor 1 treibt eine Antriebsscheibe 22 an. Die Antriebsscheibe 22 ist über einen Antriebsriemen 6 mit der Riemenscheibe 3 verbunden. Die der Antriebsscheibe 22 und der Riemenscheibe 3 zugewandte Oberfläche des Antriebsriemens 6 weist eine Profilierung auf, die in eine entsprechende Profilierung des Außenumfangs der Antriebsscheibe 22 und des Außenumfangs der Riemenscheibe 3 formschlüssig eingreift. Die Riemenscheibe 3 ist drehfest mit der Kugelmutter 4 verbunden. Die drehfeste Verbindung wird durch eine im Umfangsrichtung wirksame formschlüssige Verbindung erreicht.
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Die Riemenscheibe 3 weist an ihrem Innenumfang 11 zwei Vorsprünge 7, 8 auf, die auf einer Hälfte des Innenumfangs 11 der Riemenscheibe 3 angeordnet sind und sich radial nach innen Richtung Kugelmutter 4 erstrecken. Jeder der Vorsprünge 7, 8 weist eine sich in Axialrichtung erstreckende Nut 13 (vgl. 4) auf. Die Kugelmutter 4 weist auf ihrem Außenumfang 10 ebenfalls zwei sich in Axialrichtung erstreckende Nuten 14 auf. Die Nuten 13 in den Vorsprüngen 7, 8 und die Nuten 14 auf dem Außenumfang der Kugelmutter 4 bilden zwei Aufnahmeräume aus, in denen jeweils ein Formschlusselement 15 angeordnet ist. Die Formschlusselemente 15 stellen die in Umfangsrichtung wirksame, formschlüssige Verbindung zwischen der Riemenscheibe 3 und der Kugelmutter 4 her.
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Grundsätzlich können die Formschlusselemente 15 voneinander getrennte Elemente bzw. Bauteile sein. In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Formschlusselemente 15 als Stege eines Umlenkkörpers 28 ausgebildet. Der Umlenkkörper 28 ist formschlüssig zwischen der Riemenscheibe 3 und er Kugelmutter 4 gehalten. Die Stege sind einstückig mit dem Umlenkkörper 28 ausgebildet.
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Auf der den Vorsprüngen 7, 8 gegenüberliegenden Hälfte des Innenumfangs 11 der Riemenscheibe 3 ist ein dritter Vorsprung 9 angeordnet, der sich ebenfalls radial nach innen Richtung Kugelmutter 4 erstreckt. Somit sind die beiden Vorsprünge 7, 8 auf einer Hälfte des Innenumfangs 11 der Riemenscheibe 3 angeordnet und der dritte Vorsprung 9 ist auf der anderen Hälfte des Innenumfangs der Riemenscheibe 3 angeordnet. In Bezug auf eine gedachte Bezugsebene E (siehe 5), welche die Riemenscheibe 3 halbiert und in der die Rotationsachse der Riemenscheibe 3 liegt, sind die Vorsprünge 7, 8 auf unterschiedlichen Seiten der Bezugsebene E angeordnet und in Umfangsrichtung gleich weit von der Bezugsebene E beabstandet. Gleichzeitig teilt die Bezugsebene E den dritten Vorsprung 9 der Riemenscheibe 3 in zwei Hälften, wobei sich eine Hälfte des dritten Vorsprungs 9 auf der Seite der Bezugsebene E erstreckt, auf der der eine Vorsprung 7 der beiden Vorsprünge 7, 8 angeordnet ist, und wobei sich die andere Hälfte des dritten Vorsprungs 9 auf der Seite der Bezugsebene E erstreckt, auf der der andere Vorsprung 8 der beiden Vorsprünge 7, 8 angeordnet ist.
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Die Riemenscheibe 3 stützt sich über den dritten Vorsprung 9 auf dem Außenumfang 10 der Kugelmutter 4 ab. Auch mit den Vorsprüngen 7, 8 stützt sich die Riemenscheibe 3 auf dem Außenumfang 10 der Kugelmutter 4 ab.
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Durch die Form der Riemenscheibe 3 mit den beiden Vorsprüngen 7, 8, die auf einer Hälfte des Innenumfangs 11 angeordnet sind und dem dritten Vorsprung 9, der auf der anderen Hälfte des Innenumfangs 11 angeordnet ist, weist der Kugelgewindetrieb 2 eine resultierende Unwucht auf. Um diese Unwucht auszugleichen, weist die Riemenscheibe 3 an ihrem Innenumfang 11 im Bereich des dritten Vorsprungs 9 Ausgleichmaterial 12a, 12b auf.
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In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Ausgleichsmaterial 12a, 12b integraler Bestandteil der Riemenscheibe 3, d.h. einteilig mit der Riemenscheibe 3 ausgebildet. Grundsätzlich könnte das Ausgleichsmaterial 12a, 12b auch durch Ausgleichsmassen gebildet sein, die getrennt von der Riemenscheibe 3 ausgebildet sind und zum Beispiel stoffschlüssig mit der Riemenscheibe 3 an deren Innenumfang 11 verbunden sind.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel schließt sich das Ausgleichsmaterial 12a, 12b in Umfangsrichtung jeweils unmittelbar an den dritten Vorsprung 9 an, d.h. es ist keine Lücke zwischen dem dritten Vorsprung 9 und dem Ausgleichsmaterial 12a, 12b vorhanden. Die Riemenscheibe 3 ist dadurch im Bereich des dritten Vorsprungs 9 besonders robust ausgebildet.
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3 zeigt die Anordnung eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs an einer Zahnstange 25 eines Lenkgetriebes mit einer an der Zahnstange 25 ausgebildeten Gewindespindel 5. Die Riemenscheibe 3 umgibt die (daher nicht sichtbare) Kugelmutter 4. An ihrem Außenumfang weist die Riemenscheibe 3 eine Profilierung auf, die mit einer Profilierung des nicht dargestellten Antriebsriemens 6 (vgl. 2) zusammenwirkt. Eine Drehung der Riemenscheibe 3 bewirkt eine Drehung der Kugelmutter 4, die wiederum über die Kugeln (vgl. 2) auf die Gewindespindel 5 einwirkt und zu einer Verschiebung der Zahnstange 25 in Axialrichtung entlang des Doppelpfeils 24 führt. Die Verzahnung 26 der Zahnstange 25 wirkt mit weiteren, nicht dargestellten Komponenten eines Lenkgetriebes zusammen.
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Die 4 zeigt eine perspektivische Ansicht und die 5 zeigt eine Seitenansicht einer erfindungsgemäß ausgebildeten Riemenscheibe 3. Am Außenumfang ist die Profilierung zu erkennen, die im Betrieb mit der Profilierung des Antriebsriemens 6 (vgl. 2) zusammenwirkt. An ihrem Innenumfang 11 weist die Riemenscheibe 3 die beiden Vorsprünge 7, 8 auf, die auf der oberen Hälfte des Innenumfangs 11 angeordnet sind. Der Vorsprung 7 ist ungefähr auf der „10 Uhr Position“ und der Vorsprung 8 ist ungefähr auf der „2 Uhr Position“ angeordnet. Die beiden Vorsprünge 7, 8 weisen dieselbe Form auf, d.h. sie sind spielbildlich zueinander ausgebildet in Bezug auf eine Bezugsebene E (5), welche die Riemenscheibe 3 in der „12 Uhr Position“ und der „6 Uhr Position“ halbiert.
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Die Vorsprünge 7, 8 weisen Nuten 13 auf, die sich in Axialrichtung der Riemenscheibe 3 erstrecken. Die Nuten 13 dienen zur in Umfangsrichtung wirksamen formschlüssigen Aufnahme eines Teiles eines Formschlusselements 15 (vgl. 2). Ein anderer Teil jedes Formschlusselements 15 ist in zusammengebautem Zustand des Kugelgewindetriebs formschlüssig in einer Nut 14 aufgenommen, die am Außenumfang 10 der Kugelmutter 4 vorgesehen ist (vgl. 2). Die beiden Vorsprünge 7, 8 sind in Umfangsrichtung gleich weit entfernt von einer gedachten Bezugsebene E (5) angeordnet, welche die obere und die untere Hälfte der Riemenscheibe 3 axial halbiert. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist die Bezugsebene E nur in 5 durch eine strickpunktierte Line dargestellt. Die Bezugsebene E erstreckt sich senkrecht zur Zeichnungsebene.
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Zwischen den beiden Vorsprüngen 7, 8 weist die Riemenscheibe 3 eine Ausnehmung 27 auf (vgl. 5), die zur formschlüssigen Aufnahme eines Umlenkkörpers 28 dient (vgl. 2). Der Umlenkkörper 28 sitzt im eingebauten Zustand in Umfangsrichtung formschlüssig in der Ausnehmung 27. Die Formschlusselemente 15, die von den Nuten 13 aufgenommen werden, können z.B. als Stege einstückig oder einteilig mit dem Umlenkkörper 28 ausgebildet sein.
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Auf der unteren Hälfte des Innenumfangs 11 ist in der „6 Uhr Position“ der dritte Vorsprung 9 angeordnet. Der Vorsprung 9 weist eine Stützfläche 29 auf, über die sich die Riemenscheibe 3 an dem Außenumfang 10 der Kugelmutter 4 abstützt. Eine die Riemenscheibe 3 in der „12 Uhr Position“ und der „6 Uhr Position“ schneidende, gedachte Bezugsebene E teilt den dritten Vorsprung 9 in zwei Hälften auf.
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In Umfangsrichtung auf beiden Seiten neben dem Vorsprung 9 ist Ausgleichsmaterial 12a, 12b angeordnet. Durch dieses Ausgleichsmaterial 12a, 12b wird eine Unwucht der Riemenscheibe 3 ausgeglichen, die aus den auf dem Innenumfang 11 angeordneten Vorsprüngen 7, 8 und 9 resultiert. Welche Masse und welche räumliche Verteilung das Ausgleichsmaterial 12a, 12b konkret aufweist, hängt ab von der resultierenden Unwucht, die wiederum abhängt von der Form der der Vorsprünge 7, 8 und 9.
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Durch die vorliegende Erfindung wird der gesamte Kugelgewindetrieb als Ganzes ausgewuchtet, nicht bloß einzelne Komponenten des Kugelgewindetriebs. Durch die vergleichsweise kleine Masse des Ausgleichsmaterials 12, 12b wird die Unwucht der gesamten Baugruppe ausgeglichen und die Funktion des Kugelgewindetriebs optimiert. Alle drehenden Teile, die sich in dem Kugelgewindetrieb befinden, werden bei der Erfindung beim Auswuchten durch das Ausgleichsmaterial berücksichtigt, auch die zwischen der Kugelmutter 4 und der Gewindespindel 5 wirksame Kugelkette. Durch die rotationale Formschlussfixierung kann bei der Erfindung die Auswuchtung auf der Riemenscheibe 3 hergestellt werden. Dies ist kostengünstiger als das aus dem eingangs zitierten Stand der Technik bekannte Auswuchten der Kugelmutter 4.
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Die Riemenscheibe 3 kann z.B. aus Metall bestehen. Aluminium oder Stahl sind z.B. geeignete Werkstoffe für die Riemenscheibe 3. Die Herstellung der Riemenscheibe 3 mit daran integral ausgebildetem Ausgleichsmaterial 12a, 12b kann z.B. durch zerspanende Bearbeitung erfolgen. Auch durch Schmieden, Stanzen oder Gießen können erfindungsgemäße Riemenscheiben 3 hergestellt werden. Alternativ kann die Riemenscheibe 3 durch ein Sinterverfahren (Pulver Metall compacting) hergestellt werden. Die Riemenscheibe 3 ist dann ein Sinterbauteil. Alternativ kann die Riemenscheibe auch durch Kunststoff-Spritzguss hergestellt werden. Dann ist die Riemenscheibe 3 ein Kunststoffbauteil und kann im Vergleich zu einem Metallbauteil ein geringeres Gewicht aufweisen, was zu einer Verringerung des Gesamtgewichts des Kugelgewindetriebs beiträgt.
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Ein Kugelgewindetrieb einer elektromechanischen Servolenkung für Kraftfahrzeuge, der mit einer erfindungsgemäßen, ausgewuchteten Riemenscheibe 3 ausgestattet ist, weist eine Durchschiebekraft mit einem Kraft-Weg-Verlauf auf, der eine geringe Welligkeit ohne große Kraftspitzen aufweist. Dadurch werden Vibrationen und Geräuschentwicklung gering gehalten. Unter der Durchschiebekraft wird die Kraft verstanden, die benötigt wird, um die Zahnstange zu bewegen. In einem Kraft-Weg-Diagramm wird die Höhe der Durchschiebekraft über der Strecke der Zahnstangenbewegung aufgetragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Servomotor
- 2
- Kugelgewindetrieb
- 3
- Riemenscheibe
- 4
- Kugelmutter
- 5
- Gewindespindel
- 6
- Antriebsriemen
- 7
- Vorsprung
- 8
- Vorsprung
- 9
- Vorsprung
- 10
- Außenumfang der Kugelmutter
- 11
- Innenumfang der Riemenscheibe
- 12a
- Ausgleichmaterial
- 12b
- Ausgleichsmaterial
- 13
- Nut
- 14
- Nut
- 15
- Formschlusselement
- 16
- Rotationsachse
- 20
- Wälzlager
- 21
- Gehäuse
- 22
- Antriebsscheibe
- 23
- Längsachse
- 24
- Doppelpfeil
- 25
- Zahnstange
- 26
- Verzahnung
- 27
- Ausnehmung
- 28
- Umlenkkörper
- 29
- Stützfläche
- E
- Bezugsebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016007542 A1 [0002, 0003]
- DE 102010034698 A1 [0006, 0007, 0008, 0018]
- DE 102008002627 A1 [0009, 0010, 0011]
