WO2009049700A1 - Electrical power steering system with a novel axial bearing - Google Patents
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- F16C19/22—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings
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Definitions
- the present invention relates to a motor vehicle power steering system with the features of the preamble of claim 1.
- Power steering systems draw the steering power exclusively from an existing energy source in the vehicle, while power steering systems supplement the muscle power of the driver with another source of energy. In motor vehicles with foreign power steering systems or
- Power steering systems can cause large static and dynamic forces. Increasing customer demands for comfort, performance, safety and space have allowed the vehicle masses to increase steadily and significantly increases the forces acting on the steering elements.
- Preferred embodiment for initiating the steering forces is the immediate positioning of the actuator on the push rod.
- Hydraulically assisted steering systems are widely used as power steering systems. Increasing competition gets the hydraulic power steering system on the market by the energetically effective, so-called electric steering.
- the steering forces whether as a foreign power steering system or power steering system, an electric motor ready.
- the system technology of this steering type is advantageous for steer-by-wire steering systems.
- a favorable design of the electric steering is the APA version, whose characteristic feature is the axis-parallel arrangement of electric motor and push rod.
- Screw drives of the type of Wälzschraubtriebe, convert a rotational movement into a linear movement. Between the flanks of the nuts and spindles roll off balls and erqeben in analog
- the driven nut of the screw drive has a degree of freedom about the axis of rotation and the spindle, designed as a push rod of the steering, is axially displaced.
- a generic device is known from DE 100 32 120 Al.
- the document DE 103 53 161 A1 discloses an electric motor driven power steering system in APA design.
- a characteristic feature of the application, according to claim 7, is the storage of the output gear and the screw nut by a single double-row roller bearing.
- Drive and driven gear can form a Hüllgetriebe or be designed as meshing teeth.
- the normal of the rolling bearing axis is located directly on the normal of the driven wheel axis.
- Deep groove ball bearings with split inner ring also called four-point bearing
- Various bearing manufacturers offer special, very expensive bearings for screw drives. However, these bearings are expensive and the variety offered is small. A designed for such a bearing systems construction for motor vehicle steering would depend on singular supplier parts. task
- Object of the present invention is to improve the vehicle steering in terms of rigidity and structural freedom.
- the object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 in conjunction with the preamble.
- the object is achieved by the ball screw nut with at least one roller bearing with line-contacting rolling parallel to the axis of rotation and at least two bearings with rolling elements whose axes of rotation are largely perpendicular to the axis of rotation of the ball screw nut is stored.
- Point contact rolling elements Due to the principle of line-contacting rolling elements for higher static and dynamic loads, usually explicitly for radial or axial loads. Point contact rolling elements are comparatively less resilient, as for example the deep groove ball bearings.
- Ball screw nut pushed pulley as a floating bearing.
- this bearing can be rolling elements with a large axial extent, which withstand the tilting moment, caused by the tension forces of the belt drive spaced from the roller bearing, with an equilibrium-forming moment.
- An advantage of the present invention is further that the largely perpendicular to the rotational axis of the ball screw nut rolling bearings are formed as needle rims.
- Characteristic feature of axial needle roller covers is the small axial extent and the usually high number of rolling elements. As a result, these bearings are very stiff and resist shocks mostly undamaged.
- Axial needle rings presuppose hardened and ground raceways, which is why, as a rule, housing disks between the rolling needles and the adjoining Ma.schinent.fii become intact. Housing disks, also called axial bearing washers, are usually offered by the manufacturers of rolling bearings as inexpensive mass parts in hardened and ground design.
- the inventive mounting of the ball screw nut allows a compact design with simple components and a mounting largely consists of the juxtaposition of components. Another advantage is that even with a total failure of the axial bearing, the vehicle steering has good emergency running properties.
- Fig. 1 is a sectional view of the steering system according to the invention in a first variant
- Fig. 2 is a sectional view of a variant with two housing disks per rolling bearing
- Figure 1 shows a ball screw nut 1 and surrounding elements. Between several Wälzrlanken 2 and not shown
- the drive of the ball screw nut 1 is effected by a belt 3 on a pulley 4.
- the pulley 4 is driven by a motor, not shown.
- the belt 3 may, for example, be a positive fit
- Act belt element (toothed belt) or a non-positive belt.
- a toothing or a friction drive could be used.
- An advantageous embodiment of the invention for receiving the radial forces is a wide roller bearing 5 between the ball screw nut 1 and a steering housing 6.
- the roller bearing 5 is axially secured without additional measures from the steering housing 6 and the pulley 4.
- a further advantageous absorption of radial forces is effected by the rolling elements, not shown, on the Wälzflanken 2 between the ball screw nut 1 and the not shown push rod.
- a bearing base 7 is pressed by a nut 8 to the shoulder of the ball screw nut 1. The with the ball screw nut
- I rotating bearing base 7 passes the translational forces of the push rod via the indirectly connected ball screw nut 1 advantageously to the axial bearing present in a small axial extension.
- the bearing base 7 is merely frictionally connected to the ball screw nut 1.
- the horizontal rolling tracks of the bearing base 7 preferably have surface hardening by case hardening or nitriding, for example
- Locknuts are usually provided with at least four radial recesses and formed with fine threads which perform low axial movements per revolution on a shaft thread.
- the circlip 9 is a cost-effective stamped part of a plastically good deformable steel with an inner flap, which is rotatably connected by engagement in an axial groove in the shaft, with the same.
- One of the approximately 20 outer tabs of the locking ring 9 can be bent in axial alignment with a radial recess of the nut 8 in the recess contour and secure the lock nut 8 permanently positive manner.
- the needle-shaped rolling elements are fixed in position on all sides by plastic or metal cages and the rotation axis of the needles rotate during operation with a pasty lubricant around the axis of rotation of the ball screw nut 1.
- the storage base 7 meet- turned sides of the needle rings 10 and 11 roll on non-rotating identical housing discs 12.
- the housing discs 12, often called thrust washers, are inexpensive mass parts which usually belong to the product range of the bearing manufacturer.
- the plane-parallel rings of sheet metal of small axial extent are ground after hardening, in some cases also polished.
- a bearing cap 13 with an internal thread preferably small pitch is one of the housing discs 12 at.
- the workpiece is machined without re-tensioning the workpiece so that the normal of the axis of rotation of the thread is parallel to the contact surface of the housing disk 12.
- a hood 14 is designed with an external thread corresponding to the internal thread of the bearing cap 13. The inner contour of the hood 14 with the contact surface of the housing plate 12 and the external thread are produced in one clamping
- a steering box cover 15 is connected to a releasable fastening means (not shown) on the steering box 6 and at the same time the bearing cap 13 is clamped to the steering box 6.
- the bearing base 7 may be formed uncured.
- the needle rings are each separated by a hardened housing disc 12 of soft components and have rolling surfaces and rolling elements with the same required hardness. Since after a surface hardening of the bearing base 7 according to the design according to FIG. 1 with a grinding process the distortion would have to be eliminated, the invention according to FIG. 2 can be designed by the use of inexpensive serial parts.
- the roller bearing 5 is already sufficient lubricant in its bearing seat in the steering housing 6.
- the roller bearing now takes the ball screw nut 1 in the uncoupled state including the pulley 4 and the push rod, not shown.
- the threaded eyes of the cleaned hood 14 echo a liquid screw lock.
- the hood 14 is temporarily screwed into the bearing cap 13.
- the screwing of the nut 8 is performed with a predetermined torque, the Anschraubmoment is countered by a radial form-fitting design with a suitable tool on the opposite side of the screw nut 1.
- the mother has to be turned back less than 18 ° with assumed twenty lobes. In axial alignment of the radial recess and lobe this is bent into the contour of the recess inside.
- the dimension "x" in the figure is measured and the difference formed in the maximum axial positions of the ball nut 1 achieved by manual force
- the measuring points are positioned, for example, on the hood 14 which is stationary during operation and the rotating one Slot nut 8.
- the game is adjusted by rotation of the hood 14 according to an angle at a known thread pitch would, for example, a Difference of 0.25 mm require a rotation of the hood 14 of 36 ° to obtain at 2 mm thread pitch 0.05 mm axial play.
- the assembly process of the device according to the invention is characterized by simple juxtaposition of components, which can be performed by semi-skilled workers. Assembly of bearings known from the art, for example with the heating or cooling of bearing rings or complex fuses, is almost completely eliminated in the case of the steering system according to the invention.
Abstract
The invention relates to a bearing for a ball screw drive nut in vehicle steering systems. Conventional bearings for ball screw drive nuts are generally characterized by the use of grooved ball bearings. The substantial strain in the steering systems is due to translational forces, for which the grooved ball bearings are not very suitable. Other solutions, for example, with four-point bearings or expensive individual solutions, restrict flexibility of design and lead to an unjustified additional expense. According to the invention, the bearing for ball drive screw nuts is designed in a manner conforming to requirements, using line-contacting rolling bodies with a high bearing capacity, preferably by means of roller bearings and needle-roller assemblies. Necessary installation is conducted by simple handling, which may be performed by trained personnel. This results in steering systems with increased rigidity and structural flexibility of design.
Description
ThyssenKrupp Presta AG FL-9492 Eschen Fürstentum Liechtenstein ThyssenKrupp Presta AG FL-9492 Eschen Principality of Liechtenstein
Elektrische Servolenkung mit neuer AxiallagerungElectric power steering with new thrust bearing
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugservolenkung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to a motor vehicle power steering system with the features of the preamble of claim 1.
Fremdkraftlenkanlagen beziehen die Lenkkraft ausschließlich aus einer im Fahrzeug vorhandenen Energiequelle, während Hilfskraftlenkanlagen die Muskelkraft des Fahrers durch eine andere Energiequelle ergänzen. In Kraftfahrzeugen mit Fremdkraftlenkanlagen oderPower steering systems draw the steering power exclusively from an existing energy source in the vehicle, while power steering systems supplement the muscle power of the driver with another source of energy. In motor vehicles with foreign power steering systems or
Hilfskraftlenkanlagen können große statische und dynamische Kräfte auftreten. Steigende Kundenwünsche an Komfort, Leistung, Sicherheit und Platzangebot haben die Fahrzeugmassen stetig ansteigen lassen und die auf die Lenkungselemente wirkenden Kräfte wesentlich erhöht.Power steering systems can cause large static and dynamic forces. Increasing customer demands for comfort, performance, safety and space have allowed the vehicle masses to increase steadily and significantly increases the forces acting on the steering elements.
Bevorzugte Ausführung zur Einleitung der Lenkkräfte ist die unmittelbare Positionierung des Aktuators an der Schubstange. Weite Verbreitung haben hydraulisch unterstützte Lenkungen in der Regel als Hilfskraftlenkanlagen. Zunehmende Konkurrenz bekommt die hydraulische Hilfskraftlenkanlage am Markt durch die energetisch effektivere, sogenannte Elektrolenkung. Die Lenkkräfte stellt, ob als Fremdkraftlenkanlage oder Hilfskraftlenkanlage, ein Elektromotor bereit. Die Systemtechnik dieses Lenkungstyps eignet sich vorteilhaft für steer-by-wire Lenksysteme.
Eine günstige Gestaltung der Elektrolenkung ist die APA-Ausführung, deren kennzeichnendes Merkmal die achsparallele Anordnung von Elektromotor und Schubstange bildet. Derartig kompakte Packaging- Lösungen, insbesondere bei Pkw-Vorderachs-Lenksystemen, erlauben eine vorteilhafte Montage.Preferred embodiment for initiating the steering forces is the immediate positioning of the actuator on the push rod. Hydraulically assisted steering systems are widely used as power steering systems. Increasing competition gets the hydraulic power steering system on the market by the energetically effective, so-called electric steering. The steering forces, whether as a foreign power steering system or power steering system, an electric motor ready. The system technology of this steering type is advantageous for steer-by-wire steering systems. A favorable design of the electric steering is the APA version, whose characteristic feature is the axis-parallel arrangement of electric motor and push rod. Such compact packaging solutions, especially in car front-axle steering systems, allow for an advantageous assembly.
Gewindetriebe, aus der Gattung der Wälzschraubtriebe, wandeln eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung um. Zwischen den Flanken der Muttern und Spindeln wälzen Kugeln ab und erqeben bei analogerScrew drives, of the type of Wälzschraubtriebe, convert a rotational movement into a linear movement. Between the flanks of the nuts and spindles roll off balls and erqeben in analog
Fülluπy dez Gewinde Lx iebniuLLex iniL Wälzkϋi.pfcü.11 hohe SLeiliykeiLen . Bei Gewindetrieben für Lenksysteme hat die angetriebene Mutter des Gewindetriebes einen Freiheitsgrad um die Rotationsachse und die Spindel, als Schubstange der Lenkung ausgebildet, wird axial verschoben.Filling of the thread Lx iebniuLLex ini l Wälzkϋi.pfcü.11 high SLeiliykeiLen. In lead screws for steering systems, the driven nut of the screw drive has a degree of freedom about the axis of rotation and the spindle, designed as a push rod of the steering, is axially displaced.
Stand der TechnikState of the art
Es sind verschiedene Technologien und marktgängige Produkte zu Lenksystemen vorhanden, wie beispielhaft die nachfolgenden Dokumente.There are various technologies and marketable products for steering systems, such as the following documents.
Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 100 32 120 Al bekannt.A generic device is known from DE 100 32 120 Al.
Das Dokument DE 100 32 120 Al offenbart einen elektromotorisch angetriebenen Schneckenantrieb der Schubstange. Schneckenantriebe, Figur 1 Position 12, sind prinzipbedingt mit einem mäßigenDocument DE 100 32 120 A1 discloses an electric motor-driven worm drive of the push rod. Worm drives, Figure 1 position 12, are inherently with a moderate
Wirkungsgrad behaftet. Die Lagerung der schneckenradgetriebenen Gewindetriebmutter erfolgt in Figur 1 Position 6, mit einem nicht näher definierten Wälzlager, welches die gesamte Translationskraft der Schubstange aufnehmen muss. Figur 4 des gleichen Dokuments zeigt eine APA-Ausführung mit einem einstellbaren Friktionsantrieb und Figur 5 einen verzahnten Antrieb.Efficiency affected. The bearing of the worm-driven screw nut takes place in Figure 1 position 6, with an unspecified rolling bearing, which must absorb the entire translational force of the push rod. Figure 4 of the same document shows an APA version with an adjustable friction drive and Figure 5 a toothed drive.
Das Dokument EP 0 963 900 Bl, veröffentlicht eine Hilfskraftlenkanlage mit einer auf der Schubstange befindlichen Stangenverzahnung, welche
unmittelbar von der Muskelkraft des Fahrzeuglenkers mittels eines Ritzels, Position 30, betätigt wird. Von der Stangenverzahnung beabstandet sind auf der Schubstange Außengewindeschraubengänge vorhanden, in welche eine Gewindetriebmutter mittelbar eingreift. Die Gewindetriebmutter, Position 140, wird vom Rotor, Position 132, eines antreibenden Elektromotors umhüllt. Zwei nicht näher bezeichnete Wälzlager, Positionen 146 und 170, lagern den Rotor, die sogenannte Rotorwelle und die Gewindetriebmutter.The document EP 0 963 900 B1, published a power steering system with a rod located on the pushrod, which is operated directly by the muscular force of the driver by means of a pinion, position 30. Spaced apart from the rod toothing, externally threaded screw threads are present on the push rod, into which a threaded nut indirectly engages. The threaded nut, position 140, is enveloped by the rotor, position 132, of a driving electric motor. Two unspecified bearings, positions 146 and 170, store the rotor, the so-called rotor shaft and the screw nut.
Das Dokument DE 103 53 161 Al, offenbart eine elektromotorisch angetriebene Hilfskraftlenkanlage in APA-Ausführung. Ein kennzeichnendes Merkmal der Anmeldung, gemäß Anspruch 7, ist die Lagerung des Abtriebsrades und der Gewindetriebmutter durch ein einziges doppelreihiges Wälzlager. Antriebs- und Abtriebsrad können ein Hüllgetriebe bilden oder als kämmende Verzahnungen ausgebildet sein. Zur Vermeidung eines unerwünschten Kippmoments befindet sich die Normale der Wälzlagerachse unmittelbar an der Normalen der Abtriebsradachse .The document DE 103 53 161 A1, discloses an electric motor driven power steering system in APA design. A characteristic feature of the application, according to claim 7, is the storage of the output gear and the screw nut by a single double-row roller bearing. Drive and driven gear can form a Hüllgetriebe or be designed as meshing teeth. To avoid an undesirable overturning moment, the normal of the rolling bearing axis is located directly on the normal of the driven wheel axis.
Rillenkugellager haben prinzipbedingt nur eine begrenzteDeep groove ball bearings are limited in principle due to their nature
Aufnahmekapazität für die Zahl der runden Wälzkörper. Aufgrund der Punktberührung zwischen der Wälzbahn und dem Wälzkörper ist die axiale Belastbarkeit gering und die Eignung für die hohe Beanspruchung in einer Kraftfahrzeuglenkung gering. Großer Vorteil des Rillenkugellagers ist die hohe Produktvielfalt und der günstige Preis.Absorption capacity for the number of round rolling elements. Due to the point contact between the rolling track and the rolling element, the axial load capacity is low and the suitability for the high stress in a motor vehicle steering low. Big advantage of the deep groove ball bearing is the high product variety and the favorable price.
Rillenkugellager mit geteiltem Innenring, auch Vierpunktlager genannt, können bis an die geometrischen Grenzen der Innen- und Außenringe sowie des Käfigs mit Wälzkörpern gefüllt werden. Von verschiedenen Wälzlager-Herstellern werden spezielle, sehr aufwendige Lager für Gewindetriebe angeboten. Diese Lager sind jedoch teuer und die angebotene Vielfalt klein. Eine mit derartigen Lagersystemen ausgebildete Konstruktion für Kraftfahrzeuglenkungen wäre von singulären Zulieferteilen abhängig.
AufgabenstellungDeep groove ball bearings with split inner ring, also called four-point bearing, can be filled with rolling elements up to the geometric limits of the inner and outer rings as well as the cage. Various bearing manufacturers offer special, very expensive bearings for screw drives. However, these bearings are expensive and the variety offered is small. A designed for such a bearing systems construction for motor vehicle steering would depend on singular supplier parts. task
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Verbesserung der Fahrzeuglenkung im Hinblick auf Steifigkeit und konstruktive Gestaltungsfreiheit.Object of the present invention is to improve the vehicle steering in terms of rigidity and structural freedom.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen Oberbegriff gelöst.According to the invention the object is achieved by the features in the characterizing part of claim 1 in conjunction with the preamble.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem die Kugelgewindetriebmutter mit wenigstens einem Wälzlager mit linienberührenden Wälzkörpern parallel zur Rotationsachse und wenigstens zwei Wälzlagern mit Wälzkörpern deren Rotationsachsen weitgehend senkrecht auf der Rotationsachse der Kugelgewindetriebmutter stehen, gelagert ist.The object is achieved by the ball screw nut with at least one roller bearing with line-contacting rolling parallel to the axis of rotation and at least two bearings with rolling elements whose axes of rotation are largely perpendicular to the axis of rotation of the ball screw nut is stored.
Prinzipbedingt eignen sich linienberührende Wälzkörper für höhere statische und dynamische Belastungen, in aller Regel explizit für radiale oder axiale Belastungen. Punktberührende Wälzkörper sind vergleichs- weise weniger belastbar, wie zum das Beispiel Rillenkugellager. EinDue to the principle of line-contacting rolling elements for higher static and dynamic loads, usually explicitly for radial or axial loads. Point contact rolling elements are comparatively less resilient, as for example the deep groove ball bearings. One
Vergleich von Fi 1.1 enkugel 1 agern zu Axial-Nadelkränzen mit vergleichbaren Abmessungen verdeutlicht die Unterschiede (Firmenschrift FAG Wälzlager, Januar 2006) .Comparison of ball screws 1 to axial needle roller rings with comparable dimensions clarifies the differences (FAG roller bearings, January 2006).
D = maximaler Außendurchmesser d = BohrungsdurchmesserD = maximum outside diameter d = bore diameter
C stat . = maximale Belastbarkeit für ruhende Lagern bei idealenC stat. = maximum load capacity for stationary storage at ideal conditions
Bedingungen, radiale Belastbarkeit des Rillenkugellagers, axialeConditions, radial load capacity of the deep groove ball bearing, axial
Belastbarkeit des Axial-Nadelkranzes
Von Vorteil für eine steife radiale Lagerung der Gewindetriebmutter ist, dass das parallel zur Rotationsachse der Kugelgewindetriebmutter rotierende Wälzlager als Rollenlager ausgebildet ist. Eine axiale Sicherung des Rollenlagers bei der Montage erübrigt sich vorteilhaft, durch die axiale Begrenzung im Lenkgehäuse und der auf dieLoad capacity of the axial needle ring An advantage for a rigid radial bearing of the screw nut is that the rolling parallel to the rotational axis of the ball screw nut rolling bearing is designed as a roller bearing. An axial securing of the roller bearing during assembly is unnecessary, by the axial limitation in the steering housing and on the
Kugelgewindetriebmutter aufgeschobenen Riemenscheibe als schwimmende Lagerung. Insbesondere kann es sich bei diesem Lager um Wälzkörper großer axialer Erstreckung handeln, welche dem Kippmoment, hervorgerufen von den vom Rollenlager beabstandeten Trumkräften des Riemenantriebs, mit einem gleichgewichtsbildenden Moment widerstehen.Ball screw nut pushed pulley as a floating bearing. In particular, this bearing can be rolling elements with a large axial extent, which withstand the tilting moment, caused by the tension forces of the belt drive spaced from the roller bearing, with an equilibrium-forming moment.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist weiterhin, dass die weitgehend senkrecht zur Rotationsachse der Kugelgewindetriebmutter rotierenden Wälzlager als Nadelkränze ausgebildet sind. Kennzeichnendes Merkmal von Axial-Nadelkränzen ist die kleine axiale Erstreckung und die üblicherweise hohe Zahl von Wälzkörpern. Im Ergebnis sind diese Lager sehr steif und widerstehen Stoßbelastungen meist unbeschädigt. Axial-Nadelkränze setzen gehärtete und geschliffene Laufbahnen voraus, weshalb in aller Regel Gehäusescheiben zwischen den Wälznadeln und dem angrenzenden Ma.schinent.fii 1 «i ng«s«t7.i- werden. Gehäusescheiben, auch Axiallagerscheiben genannt, werden in aller Regel von den Herstellern der Wälzlager als preiswerte Massenteile in gehärteter und geschliffener Ausführung angeboten.An advantage of the present invention is further that the largely perpendicular to the rotational axis of the ball screw nut rolling bearings are formed as needle rims. Characteristic feature of axial needle roller covers is the small axial extent and the usually high number of rolling elements. As a result, these bearings are very stiff and resist shocks mostly undamaged. Axial needle rings presuppose hardened and ground raceways, which is why, as a rule, housing disks between the rolling needles and the adjoining Ma.schinent.fii become intact. Housing disks, also called axial bearing washers, are usually offered by the manufacturers of rolling bearings as inexpensive mass parts in hardened and ground design.
Die erfindungsgemäße Lagerung der Kugelgewindetriebmutter ermöglicht einen kompakten Aufbau mit einfachen Bauteilen und einer Montage die weitgehend aus dem Aufeinanderlegen von Bauelementen besteht. Von weiterem Vorteil ist, dass selbst bei einem Totalausfall der Axiallagerung, die Fahrzeuglenkung über gute Notlaufeigenschaften verfügt .The inventive mounting of the ball screw nut allows a compact design with simple components and a mounting largely consists of the juxtaposition of components. Another advantage is that even with a total failure of the axial bearing, the vehicle steering has good emergency running properties.
Die im folgenden aufgeführten Ausführungsbeispiele schlagen erfindungsgemäß eine Variante mit einseitigen Gehäusescheiben vor. In
der Variante zwei sind für einen Axial-Nadelkranz zwei Gehäusescheiben vorhanden .The embodiments listed below suggest according to the invention a variant with one-sided housing disks. In Variant two are available for an axial needle ring with two housing washers.
Ausführungsbeispiel Nachstehend wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert . Es zeigen :Embodiment The invention will be explained below with reference to the drawing. Show it :
Fig. 1 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Lenkung in einer ersten VarianteFig. 1 is a sectional view of the steering system according to the invention in a first variant
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer Variante mit jeweils zwei Gehäusescheiben pro WälzlagerFig. 2 is a sectional view of a variant with two housing disks per rolling bearing
Figur 1 zeigt eine Kugelgewindetriebmutter 1 und umgebende Elemente. Zwischen mehreren Wälzrlanken 2 und der nicht dargestelltenFigure 1 shows a ball screw nut 1 and surrounding elements. Between several Wälzrlanken 2 and not shown
Schubstange rollen die nicht gezeigten Wälzkörper eines Kugelumlaufs ab. Der Antrieb der Kugelgewindetriebmutter 1 erfolgt durch einen Riemen 3 auf eine Riemenscheibe 4. Als getriebenes Rad wird die Riemenscheibe 4 von einem nicht dargestellten Motor angetrieben. Bei dem Riemen 3 kann es sich beispielsweise um ein formschlüssigesPush rod roll off the rolling elements, not shown, of a recirculating ball. The drive of the ball screw nut 1 is effected by a belt 3 on a pulley 4. As a driven wheel, the pulley 4 is driven by a motor, not shown. The belt 3 may, for example, be a positive fit
Riemenelement (Zahnriemen) oder einen kraftschlüssigen Riemen handeln. In einer alternativen Ausführung könnte auch eine Verzahnung oder ein Friktionsantrieb eingesetzt werden.Act belt element (toothed belt) or a non-positive belt. In an alternative embodiment, a toothing or a friction drive could be used.
Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung für die Aufnahme der Radialkräfte ist ein breites Rollenlager 5 zwischen der Kugelgewindetriebmutter 1 und einem Lenkgehäuse 6. Das Rollenlager 5 wird ohne zusätzliche Maßnahmen vom Lenkgehäuse 6 und der Riemenscheibe 4 axial gesichert. Eine weitere vorteilhafte Aufnahme von Radialkräften erfolgt durch die nicht dargestellten Wälzkörper an den Wälzflanken 2 zwischen der Kugelgewindetriebmutter 1 und der nicht gezeichneten Schubstange.
Eine Lagerbasis 7 wird durch eine Nutmutter 8 an die Schulter der Kugelgewindetriebmutter 1 gepresst. Die mit der KugelgewindetriebmutterAn advantageous embodiment of the invention for receiving the radial forces is a wide roller bearing 5 between the ball screw nut 1 and a steering housing 6. The roller bearing 5 is axially secured without additional measures from the steering housing 6 and the pulley 4. A further advantageous absorption of radial forces is effected by the rolling elements, not shown, on the Wälzflanken 2 between the ball screw nut 1 and the not shown push rod. A bearing base 7 is pressed by a nut 8 to the shoulder of the ball screw nut 1. The with the ball screw nut
I rotierende Lagerbasis 7 leitet die translatorischen Kräfte der Schubstange über die mittelbar verbundene Kugelgewindetriebmutter 1 vorteilhaft an die in geringer axialer Erstreckung vorhandene Axiallagerung. Die Lagerbasis 7 ist lediglich kraftschlüssig mit der Kugelgewindetriebmutter 1 verbunden.I rotating bearing base 7 passes the translational forces of the push rod via the indirectly connected ball screw nut 1 advantageously to the axial bearing present in a small axial extension. The bearing base 7 is merely frictionally connected to the ball screw nut 1.
Die horizontalen Wälzbahnen der Lagerbasis 7 haben vorzugsweise durch Einsatzhärten oder Nitrieren Oberflächenhärtungen zum Beispiel eineThe horizontal rolling tracks of the bearing base 7 preferably have surface hardening by case hardening or nitriding, for example
Vickershärte von etwa 600. Beide Härteverfahren erzeugen eine vorteilhafte WerkstoffStruktur mit harten Oberflächen und elastischen Kernen. Dem Härtevorgang folgt eine Nachbearbeitung durch Schleifen, welches den Verzug beseitigt und die Parallelität der Wälzbahnen sowie das Bohrungsmaß der Lagerbasis 7 sicherstellt.Vickers hardness of about 600. Both hardening processes produce an advantageous material structure with hard surfaces and elastic cores. The hardening process is followed by a reworking by grinding, which eliminates the distortion and ensures the parallelism of the Wälzbahnen and the bore size of the bearing base 7.
Eine formschlüssige Sicherung der Nutmutter 8 erfolgt durch einen Sicherungsring 9. Nutmuttern sind üblicherweise mit wenigstens vier radialen Ausnehmungen versehen und mit Feingewinden ausgebildet, welche pro Umdrehung auf einem Wellengewinde geringe Axialbewegungen ausführen. Der Sicherungsring 9 besteht als preisgünstiges Stanzteil aus einem plastisch gut verformbaren Stahl mit einem inneren Lappen, der durch Eingriff in eine axiale Nut in der Welle, mit derselben drehfest verbunden ist. Einer der etwa 20 äußeren Lappen des Sicherungsrings 9 kann bei axialer Flucht mit einer radialen Ausnehmung der Nutmutter 8 in die Ausnehmungskontur gebogen werden und die Nutmutter 8 dauerhaft formschlüssig sichern.Locknuts are usually provided with at least four radial recesses and formed with fine threads which perform low axial movements per revolution on a shaft thread. The circlip 9 is a cost-effective stamped part of a plastically good deformable steel with an inner flap, which is rotatably connected by engagement in an axial groove in the shaft, with the same. One of the approximately 20 outer tabs of the locking ring 9 can be bent in axial alignment with a radial recess of the nut 8 in the recess contour and secure the lock nut 8 permanently positive manner.
In beidseitiger axialer Erstreckung der planparallelen gehärteten Flä- chen der Lagerbasis 7 sind unmittelbar identische Nadelkränze 10 undIn two-sided axial extension of the plane-parallel hardened surfaces of the bearing base 7 are immediately identical needle rings 10 and
II angeordnet. Die nadeiförmigen Wälzkörper werden allseitig lagefixiert durch Kunststoff- oder Metallkäfige und die Rotationsachse der Nadeln drehen im Betrieb mit einem pastösen Schmiermittel um die Rotationsachse der Kugelgewindetriebmutter 1. Die der Lagerbasis 7 abge-
wandten Seiten der Nadelkränze 10 und 11 wälzen auf nicht rotierenden identischen Gehäusescheiben 12. Die Gehäusescheiben 12, oft Axiallagerscheiben genannt, sind preiswerte Massenteile welche in der Regel zum Lieferprogramm des Wälzlagerherstellers gehören. Die planparalle- len aus Blech gestanzten Ringe kleiner axialer Erstreckung werden nach dem Härten geschliffen, teilweise auch poliert.II arranged. The needle-shaped rolling elements are fixed in position on all sides by plastic or metal cages and the rotation axis of the needles rotate during operation with a pasty lubricant around the axis of rotation of the ball screw nut 1. The storage base 7 abge- turned sides of the needle rings 10 and 11 roll on non-rotating identical housing discs 12. The housing discs 12, often called thrust washers, are inexpensive mass parts which usually belong to the product range of the bearing manufacturer. The plane-parallel rings of sheet metal of small axial extent are ground after hardening, in some cases also polished.
An einem Lagerdeckel 13 mit einem Innengewinde vorzugsweise kleiner Steigung liegt eine der Gehäusescheiben 12 an. Bei der finalen spanen- (ipn Hp.rstpl 1 πng rip.s T.agprriec.kel s 13 erfolgt die Fertigung der Innen- kυnlur und dea Gewindes ohne Umspannung des Werkstucks. Damit ist die Normale der Rotationsachse des Gewindes parallel zur Anlagefläche der Gehäusescheibe 12. Mit einem zum Innengewinde des Lagerdeckels 13 korrespondierenden Außengewinde ist eine Haube 14 ausgeführt. Die Innen- kontur der Haube 14 mit der Anlagefläche der Gehäusescheibe 12 und das Außengewinde sind in einer Aufspannung hergestellt. Die Haube 14 und der Lagerdeckel 13 sind im Ergebnis mit parallelen Anlageflächen für die Gehäusescheiben 12 versehen und stellen die optimale Belastbarkeit der Axiallagerung sicher. Nach der Montage und Einstellung des Lager- spiels wird ein Lenkgehäusedeckel 15 mit einem nicht dargestellten lösbaren Befestigungsmittel am Lenkgehäuse 6 verbunden und gleichzeitig der Lagerdeckel 13 mit dem Lenkgehäuse 6 verspannt.On a bearing cap 13 with an internal thread preferably small pitch is one of the housing discs 12 at. In the case of the final machining of the internal work and the thread, the workpiece is machined without re-tensioning the workpiece so that the normal of the axis of rotation of the thread is parallel to the contact surface of the housing disk 12. A hood 14 is designed with an external thread corresponding to the internal thread of the bearing cap 13. The inner contour of the hood 14 with the contact surface of the housing plate 12 and the external thread are produced in one clamping After assembly and adjustment of the bearing clearance, a steering box cover 15 is connected to a releasable fastening means (not shown) on the steering box 6 and at the same time the bearing cap 13 is clamped to the steering box 6.
Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung zeigt die Figur 2. Für diese Gestaltung kann die Lagerbasis 7 ungehärtet ausgebildet sein. Die Nadelkränze sind jeweils durch eine gehärtete Gehäusescheibe 12 von weichen Bauteilen getrennt und verfügen über Wälzflächen und Wälzkörper mit der gleichen erforderlichen Härte. Da nach einer Oberflächenhärtung der Lagerbasis 7 gemäß Gestaltung nach Figur 1 mit ei- nem Schleifprozess der Verzug beseitigt werden müsste, kann die Erfindung nach Figur 2 durch die Verwendung von preiswerten Serienteilen gestaltet sein.
Zur Montage ist das Rollenlager 5 bereits mit ausreichend Schmiermittel in seinem Lagersitz im Lenkgehäuse 6. Das Rollenlager nimmt nun die Kugelgewindetriebmutter 1 im aufgekugelten Zustand einschließlich der Riemenscheibe 4 und der nicht dargestellten Schubstange auf.A particularly advantageous embodiment of the invention is shown in FIG 2. For this design, the bearing base 7 may be formed uncured. The needle rings are each separated by a hardened housing disc 12 of soft components and have rolling surfaces and rolling elements with the same required hardness. Since after a surface hardening of the bearing base 7 according to the design according to FIG. 1 with a grinding process the distortion would have to be eliminated, the invention according to FIG. 2 can be designed by the use of inexpensive serial parts. For mounting the roller bearing 5 is already sufficient lubricant in its bearing seat in the steering housing 6. The roller bearing now takes the ball screw nut 1 in the uncoupled state including the pulley 4 and the push rod, not shown.
Es folgen der Lagerdeckel 6 mit der der Riemenscheibe 4 abgewandten Seite des Gewindes. Die Gehäusescheibe 12 wird aufgelegt ohne Berücksichtigung einer Wälzfläche, da beide Seiten identisch sind. Darauf folgt der Nadelkranz 10, eventuell mit Ergänzung des Schmiermittels. Die Lagerbasis 7 wird mit geringem radialen Spiel auf die Kugelgewindetriebmutter 1 aufgeschoben und der zweite Nadelkranz 11 mit ausreichend Schmiermittel, welcher identisch mit dem Nadelkranz 10 ist.It follows the bearing cap 6 with the pulley 4 side facing away from the thread. The housing plate 12 is placed without consideration of a rolling surface, since both sides are identical. This is followed by the Nadelkranz 10, possibly with addition of the lubricant. The bearing base 7 is pushed with little radial play on the ball screw nut 1 and the second needle ring 11 with sufficient lubricant, which is identical to the needle ring 10.
Nach dem Aufleqen der zweiten Gehäusescheibe auf die T.agfirhasi s 7 e>r- hallen die Gewindeyänye der gereinigten Haube 14 eine flüssige Schraubensicherung. Die Haube 14 wird provisorisch in den Lagerdeckel 13 eingeschraubt . Nach Aufschieben des Sicherungsrings 9 erfolgt das Anschrauben der Nutmutter 8 mit einem vorgegebenen Drehmoment, gekontert wird das Anschraubmoment durch eine radial formschlüssige Formgebung mit einem geeigneten Werkzeug auf der gegenüberliegenden Seite der Gewindetriebmutter 1. Abhängig von der relativen Position der radialen Ausnehmungen der Nutmutter 8 zu den äußeren Lappen des Sicherungsrings 9, muss die Mutter bei angenommenen zwanzig Lappen um weniger als 18° zurückgedreht werden. Bei axialer Flucht von radialer Ausnehmung und Lappen wird dieser in die Kontur der Ausnehmung hinein gebogen.After laying the second housing disc on the T.agfirhasi s 7, the threaded eyes of the cleaned hood 14 echo a liquid screw lock. The hood 14 is temporarily screwed into the bearing cap 13. After sliding the locking ring 9, the screwing of the nut 8 is performed with a predetermined torque, the Anschraubmoment is countered by a radial form-fitting design with a suitable tool on the opposite side of the screw nut 1. Depending on the relative position of the radial recesses of the nut 8 to the outer lobe of the circlip 9, the mother has to be turned back less than 18 ° with assumed twenty lobes. In axial alignment of the radial recess and lobe this is bent into the contour of the recess inside.
Zur Einstellung des Lagerspiels bei noch nicht montiertem Lenkgehäusedeckel 15 werden in den durch Handkraft erzielten maximalen Axialpositionen der Kugelmutter 1 das Maß „x" in der Figur gemessen und die Differenz gebildet. Die Messpunkte sind beispielsweise positioniert auf der im Betrieb ruhenden Haube 14 und der rotierenden Nutmutter 8. Günstig wird das Spiel eingestellt durch Verdrehung der Haube 14 gemäß einem Winkel, bei bekannter Gewindesteigung würde zum Beispiel eine
Differenz von 0,25 mm eine Verdrehung der Haube 14 von 36° erfordern um bei 2 mm Gewindesteigung 0,05 mm Axialspiel zu erhalten.In order to adjust the bearing clearance when the steering housing cover 15 has not yet been mounted, the dimension "x" in the figure is measured and the difference formed in the maximum axial positions of the ball nut 1 achieved by manual force The measuring points are positioned, for example, on the hood 14 which is stationary during operation and the rotating one Slot nut 8. Conveniently the game is adjusted by rotation of the hood 14 according to an angle at a known thread pitch would, for example, a Difference of 0.25 mm require a rotation of the hood 14 of 36 ° to obtain at 2 mm thread pitch 0.05 mm axial play.
Der Montagevorgang der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird durch einfa- ches Aufeinanderlegen von Bauteilen gekennzeichnet, welches von angelernten Arbeitspersonen ausgeführt werden kann. Aus der Technik bekannte Montage von Lagern beispielsweise mit dem Anwärmen oder Abkühlen von Lagerringen oder aufwendigen Sicherungen entfallen bei der er- findungsgemäßen Lenkung fast vollständig.
The assembly process of the device according to the invention is characterized by simple juxtaposition of components, which can be performed by semi-skilled workers. Assembly of bearings known from the art, for example with the heating or cooling of bearing rings or complex fuses, is almost completely eliminated in the case of the steering system according to the invention.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Kugelgewindetriebmutter1 ball screw nut
2 Wälzflanken2 rolling edges
3 Riemen3 straps
4 Riemenscheibe4 pulley
5 Rollenlager5 roller bearings
6 Lenkgehäuse6 steering housing
7 Lagerbasis7 storage base
8 Nutmuttcr8 Nutmuttcr
9 Sicherungsring9 circlip
10 Nadelkranz 110 needle ring 1
11 Nadelkranz 211 Needle ring 2
12 GehäuseScheibe12 housing disc
13 Lagerdeckel13 bearing cap
14 Haube14 hood
15 Lenkgehäusedeckel
15 steering box cover
Claims
1. Fahrzeuglenkung mit elektromotorischem Antrieb, mit einem Lenkungsgehäuse (6) und einem darin angeordneten1. vehicle steering with electric motor drive, with a steering housing (6) and arranged therein
Kugelgewindetrieb, wobei der Kugelgewindetrieb eine in dem Lenkungsgehäuse (6) um eine Drehachse drehbar gelagerte Kugelgewindemutter (1), eineBall screw, wherein the ball screw in the steering housing (6) about a rotational axis rotatably mounted ball screw nut (1), a
Anzahl von Wälzkörpern und eine in Richtung der Achse linear vprlagprharp Srhnh.st ange mit einem Kugelgewinde umfaßt, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelgewindemutter (1) bezüglich der Drehachse in wenigstens einem Wälzlager (5) in Radialrichtung abgestützt ist und in wenigstens zwei weiteren Wälzlagern {10, 11) in Axialrichtung abgestützt ist, wobei die Wälzkörper der weiteren Wälzlager (10,Number of rolling elements and a linear vprlagprharp in the direction of the axis Srhnh.st ange with a ball screw, characterized in that the ball screw nut (1) with respect to the axis of rotation in at least one rolling bearing (5) is supported in the radial direction and in at least two other bearings { 10, 11) is supported in the axial direction, wherein the rolling elements of the further rolling bearing (10,
11) mit ihren Rotationsachsen radial zu der Drehachse der11) with their axes of rotation radially to the axis of rotation of
Kugelgewindemutter (1) ausgerichtet sind.Ball screw nut (1) are aligned.
2. Fahrzeuglenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die weiteren Wälzlager (10, 11) Nadelkranzlagcr sind.2. Vehicle steering system according to claim 1, characterized in that the further rolling bearings (10, 11) are Nadelkranzlagcr.
3. Fahrzeuglenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelkranzlager (10, 11) an jeweils einem ringförmigen, umlaufenden Bund einer Lagerbasis (1) anliegen. 3. Vehicle steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the needle bearing (10, 11) abut respectively an annular, circumferential collar of a bearing base (1).
4. Fahrzeuglenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund eine gehärtete Oberfläche aufweist. 4. Vehicle steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the collar has a hardened surface.
5. Fahrzeuglenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund Gehäusescheiben (12) aus einem gehärteten Material trägt. 5. Vehicle steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the collar carries housing discs (12) made of a hardened material.
6. Fahrzeuglenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelkranzlager an ihren der Lagerbasis abgewandten Seiten an Gehäusescheiben (12) anliegen. 6. Vehicle steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the needle roller bearings abut against the bearing base facing away from sides of the housing discs (12).
7. Fahrzeuglenkung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadelkranzlager (10, 11) mittels Gewindemitteln (14) spielfrei einstellbar sind. 7. Vehicle steering system according to one of the preceding claims, characterized in that the needle bearing (10, 11) by means of threaded means (14) are free of play adjustable.
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