EP2903881A1 - Ball screw drive and power steering system having a ball screw drive - Google Patents

Ball screw drive and power steering system having a ball screw drive

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Publication number
EP2903881A1
EP2903881A1 EP13782655.8A EP13782655A EP2903881A1 EP 2903881 A1 EP2903881 A1 EP 2903881A1 EP 13782655 A EP13782655 A EP 13782655A EP 2903881 A1 EP2903881 A1 EP 2903881A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
threaded spindle
ball screw
ball nut
internal thread
contour
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13782655.8A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus Peterreins
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp Presta AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp Presta AG
Publication of EP2903881A1 publication Critical patent/EP2903881A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D3/00—Steering gears
    • B62D3/02—Steering gears mechanical
    • B62D3/04—Steering gears mechanical of worm type
    • B62D3/06—Steering gears mechanical of worm type with screw and nut
    • B62D3/08—Steering gears mechanical of worm type with screw and nut using intermediate balls or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0442—Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B62D5/0445—Screw drives
    • B62D5/0448—Ball nuts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/24—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F16H2025/2445—Supports or other means for compensating misalignment or offset between screw and nut
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/19642—Directly cooperating gears
    • Y10T74/19698—Spiral
    • Y10T74/19702—Screw and nut
    • Y10T74/19721—Thread geometry

Definitions

  • the present invention relates to a ball screw according to the preamble of independent claim 1 and a power steering according to the preamble of independent claim 5.
  • the document DE 10 2009 019 227 AI discloses a guide bush having a contour adapted to more bending surface for bending loads for To provide the rack, so that a plastic deformation of the rack is counteracted. The rack is supported in the outside area, the internal thread of the ball screw is not affected.
  • the document GB 952 782 A shows a screwdriver for aircraft construction.
  • the nut is designed so that it can invest differently to the spindle.
  • the envelope of the space between the threads of the nut is formed spherically. As a result, the average flank angle of the effectively intermeshing threads varies.
  • the advantage of such an embodiment is that the abrasion of the thread is uniform and that used
  • Lubricant is used more effectively.
  • Such a steering device usually comprises a steering housing in which a rack connected to a steering column for the deflection of vehicle wheels is mounted axially displaceable. About the displacement of the rack, a steering angle is changed in a known manner, which means that the rack is coupled via corresponding wishbones or tie rods and similar mechanical connections with the wheels to be steered.
  • the ball screw which comprises a threaded spindle which is coupled to the rack, that is incorporated in a longitudinally movable mechanical strand.
  • the threaded spindle is also moved as the rack is moved.
  • On the threaded spindle runs in a known manner a position-fixed ball nut.
  • the ball nut can be driven for example via a drive motor by means of a belt. This motor is used to assist the driver-initiated steering movement after the nut has been actively turned and, as a result, the lead screw and rack are being moved.
  • the ball screw is usually exposed during operation mechanical stresses that can be caused on the one hand by the construction of the belt connection to the drive motor and on the other hand by a force input from the tie rods.
  • the force application in the axial direction on the threaded spindle causes a bending stress of the threaded spindle, whereby the spindle is bent. Due to the bending of the threaded spindle, the ball screw or the balls in turn experiences a higher load and thus increased wear.
  • a force can be exerted on the threaded spindle by the belt tension between the motor and a pulley, which leads to a tilting / entanglement of the ball nut and thus to increased wear in the ball screw.
  • a ball screw to solve the inventive task has the features of the independent claim 1.
  • a ball screw in particular for a power steering, proposed having a substantially cylindrical threaded spindle with an external thread and a ball nut having an at least partially cylindrical internal thread in a receptacle and is guided over a number of balls on the threaded spindle, wherein the threaded spindle concentric is arranged in the receptacle, and wherein the internal thread in a end region has a convex contour. Due to the enlargement of the receptacle in the end region of the internal thread, in the case of an elastic bending of the spindle, it can rest over an entire receiving region. The usually occurring game in the end region can thus be avoided in the direction of the bend, whereby the wear, for example, the balls can be reduced.
  • the at least one end region has a contour which corresponds essentially to a contour of a threaded spindle deformed by a bending load. This results in two corresponding surface, which in particular more balls are in radial engagement with the two threads. As a result, a load of the ball screw can be increased.
  • the respective end portions of the ball nut may be arranged at a greater distance from the threaded spindle. If a diameter in the end region of the internal thread is slightly larger than the remaining nominal diameter of the other th cylindrical trained internal thread, thereby the spindle stressed by the bending load can better adapt to the contour of the recording. This adaptation of the contours causes a better distribution of force over a longitudinal extent in the ball screw. Furthermore, it can be advantageously provided that the internal thread in a longitudinal extent has a curved, concave, convex, conical or the like formed contour, wherein preferably one or more threads have a different distance from the threaded spindle.
  • the end region is designed in such a way that, in the case of a threaded spindle bent elastically by axial loading, the curved contour essentially corresponds to the contour of the end region, for which reason the balls are loaded uniformly.
  • a power steering for solving the inventive task has the features of independent claim 5.
  • a power steering in particular for a motor vehicle, proposed having a ball screw with a threaded spindle and a ball nut arranged thereon, wherein the threaded spindle is arranged with an external thread concentric in a receptacle of the ball nut with an internal thread and threaded spindle and ball nut relative to each other are movable, wherein the internal thread has at least partially a convex contour.
  • the spindle deformed under a bending load can adapt better to it, in particular in an end region of the internal thread, resulting in a more uniform distribution of a radial load on the ball arranged between the spindle and the ball nut.
  • FIG. 1 shows a detail of a cross-sectional view of a conventional ball screw
  • 2 shows a detail of a cross-sectional view of an inventive ball screw
  • Fig. 3 is a view of an end portion of a ball nut in one
  • a ball screw 10 has at least one ball nut 11 and a threaded spindle 12, wherein the ball nut 11 is arranged on the threaded spindle 12 and the two components are movable relative to each other.
  • the ball nut 11 has an internal thread 13 and the threaded spindle on an external thread 14, wherein the two threads 13, 14 correspond to each other and balls 15 are arranged in respective threads 16.
  • the ball screw 10 is connected via a belt with an electric servomotor, for example, the ball nut 11 is set in a rotational movement. Since the ball nut 11 is arranged positionally stable in the ball screw 10, the threaded spindle 12 is moved in an axial direction by the rotational movement of the ball nut 11. Depending on the direction of rotation in a left or right direction.
  • the illustrated ball screw 10 is preferably part of a steering device of a motor vehicle, wherein the ball screw 10 is arranged in a steering force support device.
  • the threaded spindle 12 of the ball screw 10 is directly or indirectly connected to tie rods at respective ends, which provide for a steering movement of wheels of the vehicle.
  • the axial movement of the spindle 12 also causes the tie rods to move axially, allowing the wheels to steer the vehicle to the left or to the right.
  • the spindle 12 may be positioned fixed and the ball nut 11 is movable in a transverse direction of the vehicle, in this alternative, the ball nut 11 is directly or indirectly connected to the tie rods.
  • the internal thread 13 of the ball nut 11 is positioned in a receptacle in which the substantially cylindrical threaded spindle 12 is arranged.
  • the internal thread 13 and the receptacle is formed substantially cylindrical, which is why the cylindrical threaded spindle 12 is arranged concentrically in the receptacle.
  • a thread pitch of the internal thread 13 corresponds to a thread pitch of the external thread 14 of the threaded spindle, for which reason the balls 15 arranged in each case partially in the threads 16 of the internal and external threads 13, 14 run essentially without play in the threads 16.
  • a registered by the rotational movement of the ball nut 11 in the threaded spindle 12 force is transmitted via the balls 15 and thereby generates the translational movement of the threaded spindle 12th
  • the receptacle is not cylindrical, but has a larger diameter of the internal thread 13 relative to the cylindrical part of the receptacle.
  • the two end regions 17 have a convex contour.
  • the contour of the end regions 17 may also be concave, conical or generally curved. Due to the convex contour of the end regions 17, at least part of a revolution of the thread 16 also has a larger nominal diameter than the revolutions of the thread 16 in the cylindrically shaped region. It can also have several rounds a larger nominal diameter, in which case the nominal diameter to a respective outer end of the internal thread 13 is larger. This is shown in FIG. 2.
  • the spherical contour of the end portion 17 substantially corresponds to a bending deformation of the threaded spindle 12, which occurs when axial forces on the tie rods, which can occur due to the operation of the vehicle, are transmitted to the threaded spindle 12. These axial forces create a bending moment in the threaded spindle 12, whereby it preferably elastically bends. In a completely cylindrical ball nut 11 so the balls would be exposed to a different radial load over the length of the internal thread be, with just the balls 15 which are located in the outer revolutions of the thread 16, would be more radially loaded. Due to the convex contour of the end portion 17, the balls are now evenly loaded in spite of a bending of the threaded spindle 12, whereby a supporting portion is evenly distributed. The carrying portion of the balls located in the edge region 17 is thereby reduced.
  • the larger diameter end portions 17 with a convex contour can also counteract tilting / entanglement of the ball nut 11.
  • a belt tension between a pulley, which is usually connected to the ball nut 11, and the electric motor the ball nut 11 is regularly exposed to such a large radial force, that it tilts with respect to the longitudinal axis, and therefore with the inventive design of the end portions a uniform distribution the carrying capacity of the individual balls is achieved.
  • the nominal diameter has a mean distance h 1 from the spindle, this distance increasing towards the end regions, and therefore a distance in the end region h 1 + x.
  • the distance is determined, for example, by a respective center of the corresponding thread 16, which is why the x can be variable if the spherical shape of the end portion 17 is so large that more than one revolution of the thread 16 has a different distance than the average distance hl.
  • the end regions 17 on both sides of the ball nut can be dimensioned such that the internal thread 13 in the receptacle over its entire longitudinal extent has a convex contour, wherein a radial center is an axis of symmetry and the distance hl to the threaded spindle 12 has.
  • the remaining revolutions of the thread 16 accordingly have a distance hl + x increasing in the direction of the respective outer ends.
  • the internal thread 13 has a concave contour.
  • the invention is characterized by a ball screw 10 with a threaded spindle 12 and disposed thereon a ball nut 11 from the threaded spindle 12 ge ⁇ via balls 15 in the ball nut 11 and an internal thread 13 of the ball nut 11 at least teilwei- se a spherically formed contour having. Furthermore, concerns the He ⁇ -making power steering, having such a ball screw 10th

Abstract

The invention relates to a ball screw drive (10) having a threaded spindle (12) and a ball nut (11) which is arranged thereon, wherein the threaded spindle (12) is guided via balls (15) in the ball nut (11), and an internal thread (13) of the ball nut (11) has at least partially a contour of spherical configuration. Furthermore, the invention relates to a power steering system which has a ball screw drive (10) of this type.

Description

Kugelgewindetrieb und Servolenkung mit einem Kugelgewindetrieb  Ball screw and power steering with a ball screw drive
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 sowie eine Servolenkung nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 5. Das Dokument DE 10 2009 019 227 AI offenbart eine Führungsbuchse, die eine angepasste Kontur aufweist, um bei Biegebelastungen mehr Ab- stützfläche für die Zahnstange zu bieten, so dass einer plastischen Verformung der Zahnstange entgegen gewirkt wird. Die Zahnstange wird hierbei im Außenbereich abgestützt, das Innengewinde des Kugelgewin- detriebs ist davon nicht betroffen. The present invention relates to a ball screw according to the preamble of independent claim 1 and a power steering according to the preamble of independent claim 5. The document DE 10 2009 019 227 AI discloses a guide bush having a contour adapted to more bending surface for bending loads for To provide the rack, so that a plastic deformation of the rack is counteracted. The rack is supported in the outside area, the internal thread of the ball screw is not affected.
Das Dokument GB 952 782 A zeigt einen Schraubgewindetrieb für den Flugzeugbau. Die Mutter ist dabei so ausgelegt, das sie sich unterschiedlich an die Spindel anlegen kann. Die Einhüllende des Zwischenraums zwischen den Gewindegängen der Mutter ist ballig ausgeformt. Dadurch variiert der mittlere Flankenwinkel der effektiv ineinandergreifenden Gewindegänge. Der Vorteil einer solchen Ausführung liegt darin, dass der Abrieb des Gewindes einheitlicher erfolgt und dass eingesetztes The document GB 952 782 A shows a screwdriver for aircraft construction. The nut is designed so that it can invest differently to the spindle. The envelope of the space between the threads of the nut is formed spherically. As a result, the average flank angle of the effectively intermeshing threads varies. The advantage of such an embodiment is that the abrasion of the thread is uniform and that used
Schmiermittel effektiver zum Einsatz kommt. Lubricant is used more effectively.
BESTÄTIGUNGSKOPIE An einen Kugelgewindetrieb werden besondere Anforderungen gestellt, wenn er zum Einsatz in einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs kommt. Eine solche Lenkeinrichtung umfasst gewöhnlich ein Lenkgehäuse, in dem eine mit einer Lenksäule in Verbindung stehende Zahnstange zur Auslenkung von Fahrzeugrädern axial verschiebbar gelagert ist. Über die Verschiebung der Zahnstange wird ein Lenkwinkel in bekannter Weise verändert, was bedeutet, dass die Zahnstange über entsprechende Querlenker bzw. Spurstangen und ähnliche mechanische Verbindungen mit den zu lenkenden Rädern gekoppelt ist. CONFIRMATION COPY At a ball screw special requirements are made when it comes to use in a steering device of a motor vehicle. Such a steering device usually comprises a steering housing in which a rack connected to a steering column for the deflection of vehicle wheels is mounted axially displaceable. About the displacement of the rack, a steering angle is changed in a known manner, which means that the rack is coupled via corresponding wishbones or tie rods and similar mechanical connections with the wheels to be steered.
Zur Unterstützung des Fahrers beim Lenken ist der Kugelgewindetrieb vorgesehen, der eine Gewindespindel umfasst, die mit der Zahnstange gekoppelt ist, also in einen längsbeweglichen mechanischen Strang eingebunden ist. Die Gewindespindel wird bei Bewegen der Zahnstange ebenfalls bewegt. Auf der Gewindespindel läuft in bekannter Weise eine lagefeste Kugelmutter. Die Kugelmutter kann beispielsweise über einen Antriebsmotor mittels eines Riemens angetrieben werden. Über diesen Motor wird die vom Fahrer initiierte Lenkbewegung unterstützt, nachdem die Mutter aktiv gedreht und infolge dessen die Gewindespindel und mit ihr die Zahnstange bewegt wird. Eine derartige Lenkeinrichtung wird auch als elektrische bzw. elektrisch angetriebenen Servolenkung mit einem Zahnstangenantrieb (EPAS = Electric Power Assisted Steering) bezeichnet. To assist the driver when steering the ball screw is provided which comprises a threaded spindle which is coupled to the rack, that is incorporated in a longitudinally movable mechanical strand. The threaded spindle is also moved as the rack is moved. On the threaded spindle runs in a known manner a position-fixed ball nut. The ball nut can be driven for example via a drive motor by means of a belt. This motor is used to assist the driver-initiated steering movement after the nut has been actively turned and, as a result, the lead screw and rack are being moved. Such a steering device is also referred to as electric or electrically driven power steering with a rack and pinion drive (EPAS = Electric Power Assisted Steering).
Der Kugelgewindetrieb ist für gewöhnlich im Betrieb mechanischen Belastungen ausgesetzt, die einerseits durch den Aufbau von der Riemenverbindung mit dem Antriebsmotor und andererseits durch einen Krafteintrag von den Spurstangen hervorgerufen werden können. Der Krafteintrag in Axialrichtung auf die Gewindespindel verursacht eine Biegebeanspruchung der Gewindespindel, wodurch die Spindel gebogen wird. Durch die Biegung der Gewindespindel erfährt der Kugelgewindetrieb bzw. die Kugeln wiederum eine höhere Belastung und damit einen erhöhten Verschleiß. Ebenso kann durch die Riemenspannung zwischen Motor und einer Riemenscheibe eine Kraft auf die Gewindespindel ausgeübt werden, die zu einer Verkippung/Verschränkung der Kugelmutter und damit zu einem erhöhten Verschleiß in dem Kugelgewindetrieb führt. The ball screw is usually exposed during operation mechanical stresses that can be caused on the one hand by the construction of the belt connection to the drive motor and on the other hand by a force input from the tie rods. The force application in the axial direction on the threaded spindle causes a bending stress of the threaded spindle, whereby the spindle is bent. Due to the bending of the threaded spindle, the ball screw or the balls in turn experiences a higher load and thus increased wear. Likewise, a force can be exerted on the threaded spindle by the belt tension between the motor and a pulley, which leads to a tilting / entanglement of the ball nut and thus to increased wear in the ball screw.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung den eingangs genannten Kugelgewindetrieb weiterzuentwickeln, bei dem trotz eines externen Krafteintrags kein damit erhöhter Verschleiß auftritt. It is therefore an object of the present invention to further develop the ball screw mentioned above, in which no increased wear occurs despite an external force input.
Ein Kugelgewindetrieb zur Lösung der erfinderischen Aufgabe weist die Merkmale nach dem unabhängigen Anspruch 1 auf. Danach wird ein Kugelgewindetrieb, insbesondere für eine Servolenkung, vorgeschlagen aufweisend eine im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Gewindespindel mit einem Außengewinde und eine Kugelmutter, die ein zumindest teilweise zylindrisches Innengewinde in einer Aufnahme aufweist und über eine Anzahl Kugeln auf der Gewindespindel geführt ist, wobei die Gewindespindel konzentrisch in der Aufnahme angeordnet ist, und wobei das Innengewinde in einem Endbereich eine ballig ausgebildete Kontur aufweist. Durch die Vergrößerung der Aufnahme in dem Endbereich des Innengewindes kann bei einer elastischen Biegung der Spindel diese über einen gesamten Aufnahmebereich anliegen. Das sonst üblich auftretende Spiel in dem Endbereich kann somit in Richtung der Biegung vermieden werden, wodurch auch der Verschleiß, beispielsweise der Kugeln vermindert werden kann. A ball screw to solve the inventive task has the features of the independent claim 1. Thereafter, a ball screw, in particular for a power steering, proposed having a substantially cylindrical threaded spindle with an external thread and a ball nut having an at least partially cylindrical internal thread in a receptacle and is guided over a number of balls on the threaded spindle, wherein the threaded spindle concentric is arranged in the receptacle, and wherein the internal thread in a end region has a convex contour. Due to the enlargement of the receptacle in the end region of the internal thread, in the case of an elastic bending of the spindle, it can rest over an entire receiving region. The usually occurring game in the end region can thus be avoided in the direction of the bend, whereby the wear, for example, the balls can be reduced.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Endbereich eine Kontur aufweist, die im Wesentlich einer durch eine Biegelast verformten Kontur einer Gewindespindel entspricht. Hierdurch ergeben sich zwei korrespondierende Oberfläche, wodurch insbesondere mehr Kugeln im radialen Eingriff mit den beiden Gewinden stehen. Dadurch kann auch eine Traglast des Kugelgewindetriebs erhöht werden. According to a preferred embodiment, it can be provided that the at least one end region has a contour which corresponds essentially to a contour of a threaded spindle deformed by a bending load. This results in two corresponding surface, which in particular more balls are in radial engagement with the two threads. As a result, a load of the ball screw can be increased.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, können die jeweiligen Endbereiche der Kugelmutter, insbesondere die jeweiligen äußeren Gewindegänge, in einem größeren Abstand zu der Gewindespindel angeordnet sein. Wenn ein Durchmesser in dem Endbereich des Innengewindes etwas größer als der übrige Nenndurchmesser des ansons- ten zylindrisch ausgebildeten Innengewindes ist, kann dadurch sich die durch die Biegelast beanspruchte Spindel besser an die Kontur der Aufnahme anpassen. Diese Anpassung der Konturen bewirkt eine bessere Kraftverteilung über eine Längserstreckung in dem Kugelgewindetrieb. Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass das Innengewinde in einer Längserstreckung eine gekrümmt, konkav, ballig, konusförmig oder dergleichen ausgebildete Kontur aufweist, wobei vorzugsweise ein oder mehrere Gewindegänge einen unterschiedlichen Abstand zu der Gewindespindel aufweisen. Der Endbereich ist derart ausgebildet, das bei einer durch axiale Belastung elastisch verbogenen Gewindespindel, die gebogene Kontur der Kontur des Endbereichs im Wesentlichen entspricht, weshalb die Kugeln gleichmäßig belastet werden. According to another advantageous embodiment of the invention, the respective end portions of the ball nut, in particular the respective outer threads, may be arranged at a greater distance from the threaded spindle. If a diameter in the end region of the internal thread is slightly larger than the remaining nominal diameter of the other th cylindrical trained internal thread, thereby the spindle stressed by the bending load can better adapt to the contour of the recording. This adaptation of the contours causes a better distribution of force over a longitudinal extent in the ball screw. Furthermore, it can be advantageously provided that the internal thread in a longitudinal extent has a curved, concave, convex, conical or the like formed contour, wherein preferably one or more threads have a different distance from the threaded spindle. The end region is designed in such a way that, in the case of a threaded spindle bent elastically by axial loading, the curved contour essentially corresponds to the contour of the end region, for which reason the balls are loaded uniformly.
Eine Servolenkung zur Lösung der erfinderischen Aufgabe weist die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 5 auf. Danach wird eine Servo- lenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgeschlagen aufweisend einen Kugelgewindetrieb mit einer Gewindespindel und einer darauf angeordneten Kugelmutter, wobei die Gewindespindel mit einem Außengewinde konzentrisch in einer Aufnahme der Kugelmutter mit einem Innengewinde angeordnet ist und Gewindespindel und Kugelmutter relativ zu- einander beweglich sind, wobei das Innengewinde wenigstens zum Teil eine ballig ausgebildete Kontur aufweist. Durch die ballige Kontur kann sich die unter eine Biegelast verformte Spindel insbesondere in einem Endbereich des Innengewindes besser an dieses anpassen, wodurch sich eine gleichmäßigere Verteilung einer Radiallast auf die zwischen der Spindel und der Kugelmutter angeordneten Kugel ergibt. A power steering for solving the inventive task has the features of independent claim 5. Thereafter, a power steering, in particular for a motor vehicle, proposed having a ball screw with a threaded spindle and a ball nut arranged thereon, wherein the threaded spindle is arranged with an external thread concentric in a receptacle of the ball nut with an internal thread and threaded spindle and ball nut relative to each other are movable, wherein the internal thread has at least partially a convex contour. Due to the convex contour, the spindle deformed under a bending load can adapt better to it, in particular in an end region of the internal thread, resulting in a more uniform distribution of a radial load on the ball arranged between the spindle and the ball nut.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben. Further advantageous embodiments of the invention are given in the dependent claims.
Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen : Fig. 1 einen Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines herkömmlichen Kugelgewindetriebs, Fig. 2 einen Ausschnitt einer Querschnittsansicht eines erfinderischen Kugelgewindetriebs, Hereinafter, a preferred embodiment is explained in detail with reference to the drawing. 1 shows a detail of a cross-sectional view of a conventional ball screw, 2 shows a detail of a cross-sectional view of an inventive ball screw,
Fig. 3 eine Ansicht eines Endbereichs einer Kugelmutter in einem Fig. 3 is a view of an end portion of a ball nut in one
Kugelgewindetrieb, und  Ball screw, and
Fig. 4 ein exemplarischer Vergleich zwischen einer Kontur des 4 shows an exemplary comparison between a contour of the
Standes der Technik und der erfinderischen Kontur zwischen der Kugelmutter und der Gewindespindel.  Prior art and the inventive contour between the ball nut and the threaded spindle.
Ein Kugelgewindetrieb 10 weist wenigstens eine Kugelmutter 11 und eine Gewindespindel 12 auf, wobei die Kugelmutter 11 auf der Gewindespindel 12 angeordnet ist und die beiden Bauteile relativ zueinander beweglich sind. Die Kugelmutter 11 weist ein Innengewinde 13 und die Gewindespindel ein Außengewinde 14 auf, wobei die beiden Gewinde 13, 14 miteinander korrespondieren und Kugeln 15 in jeweiligen Gewindegängen 16 angeordnet sind. Der Kugelgewindetrieb 10 ist über einen Riemen mit einem elektrischen Servomotor verbunden, der beispielsweise die Kugelmutter 11 in eine Drehbewegung versetzt. Da die Kugelmutter 11 lagestabil in dem Kugelgewindetrieb 10 angeordnet ist, wird durch die Drehbewegung der Kugelmutter 11 die Gewindespindel 12 in eine axiale Richtung bewegt. Je nach Drehrichtung in eine linke oder rechte Richtung. A ball screw 10 has at least one ball nut 11 and a threaded spindle 12, wherein the ball nut 11 is arranged on the threaded spindle 12 and the two components are movable relative to each other. The ball nut 11 has an internal thread 13 and the threaded spindle on an external thread 14, wherein the two threads 13, 14 correspond to each other and balls 15 are arranged in respective threads 16. The ball screw 10 is connected via a belt with an electric servomotor, for example, the ball nut 11 is set in a rotational movement. Since the ball nut 11 is arranged positionally stable in the ball screw 10, the threaded spindle 12 is moved in an axial direction by the rotational movement of the ball nut 11. Depending on the direction of rotation in a left or right direction.
Der dargestellte Kugelgewindetrieb 10 ist vorzugsweise Teil einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, wobei der Kugelgewindetrieb 10 in einer Lenkkraftunterstützungsvorrichtung angeordnet ist. Dabei ist die Gewindespindel 12 des Kugelgewindetriebs 10 direkt oder indirekt mit Spurstangen an jeweiligen Enden verbunden, die für eine Lenkbewegung von Rädern des Fahrzeugs sorgen. Durch die axiale Bewegung der Spindel 12 werden auch die Spurstangen in eine axiale Bewegung versetzt, wodurch die Räder das Fahrzeug nach links oder nach rechts steuern können. Alternativ kann auch die Spindel 12 lagefest positioniert sein und die Kugelmutter 11 ist in einer Querrichtung des Fahrzeugs beweglich, wobei bei dieser Alternative die Kugelmutter 11 direkt oder indirekt mit den Spurstangen verbunden ist. Das Innengewinde 13 der Kugelmutter 11 ist in einer Aufnahme positioniert, in der die im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Gewindespindel 12 angeordnet ist. Das Innengewinde 13 bzw. die Aufnahme ist im Wesentlich zylindrisch ausgebildet, weshalb die zylindrische Gewindespindel 12 konzentrisch in der Aufnahme angeordnet ist. Eine Gewindesteigung des Innengewindes 13 korrespondiert mit einer Gewindesteigung des Außengewindes 14 der Gewindespindel, weshalb die jeweils zum Teil in den Gewindegängen 16 des Innen- und Außengewindes 13, 14 angeordneten Kugeln 15 im Wesentlichen spielfrei in den Gewindegängen 16 laufen. Eine durch die Drehbewegung der Kugelmutter 11 in die Gewindespindel 12 eingetragene Kraft wird dabei über die Kugeln 15 übertragen und erzeugt dabei die Translationsbewegung der Gewindespindel 12. The illustrated ball screw 10 is preferably part of a steering device of a motor vehicle, wherein the ball screw 10 is arranged in a steering force support device. The threaded spindle 12 of the ball screw 10 is directly or indirectly connected to tie rods at respective ends, which provide for a steering movement of wheels of the vehicle. The axial movement of the spindle 12 also causes the tie rods to move axially, allowing the wheels to steer the vehicle to the left or to the right. Alternatively, the spindle 12 may be positioned fixed and the ball nut 11 is movable in a transverse direction of the vehicle, in this alternative, the ball nut 11 is directly or indirectly connected to the tie rods. The internal thread 13 of the ball nut 11 is positioned in a receptacle in which the substantially cylindrical threaded spindle 12 is arranged. The internal thread 13 and the receptacle is formed substantially cylindrical, which is why the cylindrical threaded spindle 12 is arranged concentrically in the receptacle. A thread pitch of the internal thread 13 corresponds to a thread pitch of the external thread 14 of the threaded spindle, for which reason the balls 15 arranged in each case partially in the threads 16 of the internal and external threads 13, 14 run essentially without play in the threads 16. A registered by the rotational movement of the ball nut 11 in the threaded spindle 12 force is transmitted via the balls 15 and thereby generates the translational movement of the threaded spindle 12th
In einem Endbereich 17 zu beiden Seiten der Kugelmutter 11 ist die Aufnahme nicht zylindrisch ausgebildet, sondern weist einen größeren Durchmesser des Innengewindes 13 gegenüber dem zylindrischen Teil der Aufnahme auf. Die beiden Endbereiche 17 weisen nämlich eine ballig ausgeformte Kontur auf. Ebenso kann die Kontur der Endbereiche 17 auch konkav, konusförmig oder im Allgemeinen gekrümmt ausgeformt sein. Durch die ballige Kontur der Endbereiche 17 weist auch wenigstes zum Teil ein Umlauf des Gewindegangs 16 einen größeren Nenndurchmesser als die Umläufe des Gewindegangs 16 in dem zylindrisch ausgebildeten Bereich auf. Es können auch mehrere Umläufe einen größeren Nenndurchmesser aufweisen, wobei dabei der Nenndurchmesser zu einem jeweiligen äußeren Ende des Innengewindes 13 größer wird. Dieses ist in der Fig. 2 dargestellt. In an end region 17 on both sides of the ball nut 11, the receptacle is not cylindrical, but has a larger diameter of the internal thread 13 relative to the cylindrical part of the receptacle. The two end regions 17 have a convex contour. Likewise, the contour of the end regions 17 may also be concave, conical or generally curved. Due to the convex contour of the end regions 17, at least part of a revolution of the thread 16 also has a larger nominal diameter than the revolutions of the thread 16 in the cylindrically shaped region. It can also have several rounds a larger nominal diameter, in which case the nominal diameter to a respective outer end of the internal thread 13 is larger. This is shown in FIG. 2.
Die ballige Kontur des Endbereichs 17 entspricht im Wesentlichen einer Biegeverformung der Gewindespindel 12, die auftritt, wenn axiale Kräfte über die Spurstangen, die durch den Betrieb des Fahrzeugs auftreten können, auf die Gewindespindel 12 übertragen werden. Diese axialen Kräfte erzeugen ein Biegemoment in der Gewindespindel 12, wodurch diese sich vorzugsweise elastisch verbiegt. Bei einer gänzlich zylindrisch ausgebildeten Kugelmutter 11 würde so über die Länge des Innengewindes die Kugeln einer unterschiedlichen radialen Belastung ausgesetzt sein, wobei gerade die Kugeln 15, die in den äußeren Umläufen des Gewindegangs 16 sich befinden, stärker radial belastet würden. Durch die ballige Kontur des Endbereichs 17 werden nun trotz einer Biegung der Gewindespindel 12 die Kugeln gleichmäßig belastet, wodurch ein Traganteil gleichmäßig verteilt ist. Der Traganteil der in dem Randbereich 17 befindlichen Kugeln wird dadurch reduziert. The spherical contour of the end portion 17 substantially corresponds to a bending deformation of the threaded spindle 12, which occurs when axial forces on the tie rods, which can occur due to the operation of the vehicle, are transmitted to the threaded spindle 12. These axial forces create a bending moment in the threaded spindle 12, whereby it preferably elastically bends. In a completely cylindrical ball nut 11 so the balls would be exposed to a different radial load over the length of the internal thread be, with just the balls 15 which are located in the outer revolutions of the thread 16, would be more radially loaded. Due to the convex contour of the end portion 17, the balls are now evenly loaded in spite of a bending of the threaded spindle 12, whereby a supporting portion is evenly distributed. The carrying portion of the balls located in the edge region 17 is thereby reduced.
Die im Durchmesser größeren Endbereiche 17 mit einer ballig ausgebildeten Kontur können auch einer Verkippung/Verschränkung der Kugelmutter 11 entgegenwirken. Durch eine Riemenspannung zwischen einer Riemenscheibe, die für gewöhnlich mit der Kugelmutter 11 verbunden ist, und dem Elektromotor, ist die Kugelmutter 11 regelmäßig einer derart großen radialen Kraft ausgesetzt, dass sie gegenüber der Längsachse verkippt, weshalb mit der erfinderischen Ausformung der Endbereiche ein gleichmäßige Verteilung der Tragkräfte der einzelnen Kugeln erreicht wird. The larger diameter end portions 17 with a convex contour can also counteract tilting / entanglement of the ball nut 11. By a belt tension between a pulley, which is usually connected to the ball nut 11, and the electric motor, the ball nut 11 is regularly exposed to such a large radial force, that it tilts with respect to the longitudinal axis, and therefore with the inventive design of the end portions a uniform distribution the carrying capacity of the individual balls is achieved.
Es ist vorgesehen, wie der Fig. 4 zu entnehmen ist, dass der Nenndurchmesser einen mittleren Abstand hl von der Spindel aufweist, wobei zu den Endbereichen dieser Abstand sich vergrößert, weshalb ein Abstand in dem Endbereich hl + x ist. Der Abstand wird beispielsweise von einer jeweiligen Mitte des entsprechenden Gewindegangs 16 bestimmt, weshalb das x variabel sein kann, wenn die ballige Ausformung des Endbereichs 17 so groß ist, dass mehr als ein Umlauf des Gewindegangs 16 einen anderen Abstand als der mittlere Abstand hl aufweist. It is envisaged, as can be seen from FIG. 4, that the nominal diameter has a mean distance h 1 from the spindle, this distance increasing towards the end regions, and therefore a distance in the end region h 1 + x. The distance is determined, for example, by a respective center of the corresponding thread 16, which is why the x can be variable if the spherical shape of the end portion 17 is so large that more than one revolution of the thread 16 has a different distance than the average distance hl.
Die Endbereiche 17 zu beiden Seiten der Kugelmutter können derart dimensioniert sein, dass das Innengewinde 13 in der Aufnahme über seine gesamte Längserstreckung eine ballige Kontur aufweist, wobei eine radiale Mitte eine Symmetrieachse ist und den Abstand hl zur Gewindespindel 12 aufweist. Die übrigen Umläufe des Gewindegangs 16 weisen demnach einen in Richtung der jeweils äußeren Enden zunehmenden Abstand hl + x auf. In dieser Ausführungsform weist das Innengewinde 13 eine konkave Kontur auf. Die Erfindung zeichnet sich durch einen Kugelgewindetrieb 10 mit einer Gewindespindel 12 und einer darauf angeordneten Kugelmutter 11 aus, wobei die Gewindespindel 12 über Kugeln 15 in der Kugelmutter 11 ge¬ führt ist und ein Innengewinde 13 der Kugelmutter 11 zumindest teilwei- se eine ballig ausgebildete Kontur aufweist. Des Weiteren betrifft die Er¬ findung eine Servolenkung, die einen derartigen Kugelgewindetrieb 10 aufweist. The end regions 17 on both sides of the ball nut can be dimensioned such that the internal thread 13 in the receptacle over its entire longitudinal extent has a convex contour, wherein a radial center is an axis of symmetry and the distance hl to the threaded spindle 12 has. The remaining revolutions of the thread 16 accordingly have a distance hl + x increasing in the direction of the respective outer ends. In this embodiment, the internal thread 13 has a concave contour. The invention is characterized by a ball screw 10 with a threaded spindle 12 and disposed thereon a ball nut 11 from the threaded spindle 12 ge ¬ via balls 15 in the ball nut 11 and an internal thread 13 of the ball nut 11 at least teilwei- se a spherically formed contour having. Furthermore, concerns the He ¬-making power steering, having such a ball screw 10th

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Kugelgewindetrieb, insbesondere für eine Servolenkung, wenigstens aufweisend eine im Wesentlichen zylindrisch ausgebildete Gewindespindel (12) mit einem Außengewinde (14) und eine Kugelmutter ( 11), die ein zumindest teilweise zylindrisches Innengewinde ( 13) in einer Aufnahme aufweist und über eine Anzahl Kugeln ( 15) auf der Gewindespindel (12) geführt ist, wobei die Gewindespindel ( 12) konzentrisch in der Aufnahme angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (13) in wenigstens einem Endbereich (17) eine ballig ausgebildete Kontur aufweist. 1. ball screw, in particular for a power steering, at least comprising a substantially cylindrically shaped threaded spindle (12) having an external thread (14) and a ball nut (11) having an at least partially cylindrical internal thread (13) in a receptacle and a number Balls (15) on the threaded spindle (12) is guided, wherein the threaded spindle (12) is arranged concentrically in the receptacle, characterized in that the internal thread (13) in at least one end region (17) has a convex contour.
2. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Endbereich (17) eine Kontur aufweist, di< im Wesentlich einer durch eine Biegelast verformten Kontur einer Gewindespindel entspricht. 2. Ball screw drive according to claim 1, characterized in that the at least one end region (17) has a contour which <substantially corresponds to a deformed by a bending load contour of a threaded spindle.
3. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Endbereiche (17) der Kugelmutter ( 11), insbesondere die jeweiligen äußeren Gewindegänge ( 16), in einem größeren Abstand zu der Gewindespindel (12) angeordnet sind. 3. Ball screw according to claim 1 or 2, characterized in that the respective end regions (17) of the ball nut (11), in particular the respective outer threads (16) are arranged at a greater distance to the threaded spindle (12).
4. Kugelgewindetrieb nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (13) in einer Längserstreckung eine gekrümmt, konkav, ballig, konus- förmig oder dergleichen ausgebildete Kontur aufweist, wobei vorzugsweise ein oder mehrere Gewindegänge (16) einen unterschiedlichen Abstand zu der Gewindespindel ( 12) aufweisen. 4. ball screw according to at least one of the preceding claims, characterized in that the internal thread (13) in a longitudinal extent a curved, concave, convex, conical shaped or the like formed contour, wherein preferably one or more threads (16) have a different distance from the threaded spindle (12).
Servolenkung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, aufweisend einen Kugelgewindetrieb (10) mit einer Gewindespindel (12) und einer darauf angeordneten Kugelmutter (11), wobei die Gewindespindel (12) mit einem Außengewinde (14) konzentrisch in einer Aufnahme der Kugelmutter (11) mit einem Innengewinde (13) angeordnet ist und Gewindespindel (12) und Kugelmutter (11) relativ zueinander beweglich sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (13) wenigstens zum Teil eine ballig ausgebildete Kontur aufweist. Power steering, in particular for a motor vehicle, comprising a ball screw (10) with a threaded spindle (12) and a ball nut (11) arranged thereon, wherein the threaded spindle (12) with an external thread (14) concentrically in a receptacle of the ball nut (11) an internal thread (13) is arranged and threaded spindle (12) and ball nut (11) are movable relative to each other, characterized in that the internal thread (13) at least partially has a convex contour.
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