WO2013083538A1 - Kugelgewindetrieb - Google Patents

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WO2013083538A1
WO2013083538A1 PCT/EP2012/074305 EP2012074305W WO2013083538A1 WO 2013083538 A1 WO2013083538 A1 WO 2013083538A1 EP 2012074305 W EP2012074305 W EP 2012074305W WO 2013083538 A1 WO2013083538 A1 WO 2013083538A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ball screw
bearing
pulley
steering nut
steering
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/074305
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English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver Hetzel
Original Assignee
Zf Lenksysteme Gmbh
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 Zf Lenksysteme Gmbh filed Critical Zf Lenksysteme Gmbh
Publication of WO2013083538A1 publication Critical patent/WO2013083538A1/de

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    • 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
    • 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
    • B62D5/0421—Electric motor acting on or near steering gear
    • B62D5/0424—Electric motor acting on or near steering gear the axes of motor and final driven element of steering gear, e.g. rack, being parallel
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a ball screw for a power steering system, in particular for an electric steering system, and such a power steering system.
  • Ball screws are used to implement a rotational movement in a longitudinal movement or vice versa.
  • ge ⁇ offer found in machine tools, such as lathes, and in steering systems, for example.
  • a so-called four-point bearing is ⁇ sets, since this must primarily transmit an axial force.
  • the four-point bearing is designed with a small axial play. Is the axial play of the four point bearing too large, then the balls in the camp on the free axial play when deflecting accelerated so strong that you produce a "clacking noise" when hitting the opposite raceway edge.
  • external influences such as, for example, temperature fluctuations and mechanical influences, eg due to impacts from the outside, can impair the bearing.
  • the pulley or the pulley is usually connected to the steering nut of the Kugelge ⁇ wind operation rigidly connected to the steering nut.
  • the belt tension is braced on the bearing and the Ku ⁇ gelgewindetrieb.
  • the ball screw is braced by component tolerances of the items in the steering assembly. Due to the tension of the ball screw ⁇ drive, however, undesirable friction effects on Ku ⁇ gelgewindetrieb, which can express themselves by higher friction and a hakeligen run in the displacement force of Kugelgewindetrie ⁇ bes arise.
  • Federele ⁇ elements made of steel / elastomer or corrugated springs are used, which are usually ⁇ arranged on the bearing outer ring of the four-point bearing. These elements also have the task to store the ball screw flexurally soft to minimize any transverse loads resulting from the deflection and sweeping of the tie rods on the ball screw.
  • the "deflection clack" of the four-point bearing can be improved, but not completely eliminated.
  • the presented ball screw is used for an auxiliary ⁇ power steering and has inter alia a steering nut on which a pulley is provided.
  • the steering nut is tilt-mounted under the pulley, so that the steering nut tension or low-shear on the ball screw of the rack can roll over the KGT balls.
  • This kippweiche execution can be achieved in the ball screw, for example., In that the steering nut is mounted elastically under the pulley.
  • the elastic mounting in turn can be achieved by a crowned design of the inner diameter of the pulley and / or a crowned design of the outer diameter of the Lenkmut ⁇ ter and at least one spring element.
  • the spring element is arranged axially on the bearing inner ring and / or on the contact surface of the pulley. About the set travel, which is set with the snap ring, then the steering nut over the convex izoflä ⁇ surface can tilt elastically.
  • a spring element a shaft / disc spring or other suitable spring can be used. Alternatively, an elastomer can be used.
  • a bearing may be provided in the ball screw.
  • a four-point bearing or another suitable bearing can be used.
  • the bearing is multi-row, typically two-row, executed. That is, between an inner ring and an outer ring two rows of balls, in 0 or X arrangement, out. In this case, it is expedient if the inner ring is divided.
  • spring elements are also regularly provided which we ⁇ ken on the camp to make this backlash.
  • the transmission of a drive torque of the pulley on the steering nut takes place in design over at least one driver. Furthermore, contact surfaces of the at least one driver can be executed crowned. It is also possible that the contact surfaces of the grooves in the pulley are crowned.
  • the inner diameter is designed crowned. That is, the surface with which the belt ⁇ disc comes into contact with the steering nut is not flat, but curved or curved executed. Therefore, the two components can be pivoted to each other, which allows the bie ⁇ geweiche or tilt-soft connection.
  • a power steering system in which an electric motor is provided for steering assistance.
  • the force applied by this motor, motor or additional torque is transmitted via a ball screw mechanism of the type described above be ⁇ on the rack for moving the attached ⁇ linked wheels.
  • the presented ball screw presents, at least in ei ⁇ niger of the versions, a more robust solution with respect to the following topics:
  • the KGT bearing as a multi-row, for example, two-row, Schulterku ⁇ gellager in O arrangement with an outer ring and a plurality, for example. Two inner rings executed, wherein the inner rings are resiliently spring-loaded by means of elements.
  • the KGT bearing is structurally limited in terms of axial and radial play and can not rattle.
  • the tension of the KGT can be prevented by the belt tension as well as the tension caused by component parts. leranzen in the steering assembly and resulting friction issues, such as a "hakeliger" run, can be reduced.
  • the tray ⁇ tion robustness against Hakein by a verspan- voltage poor mounting of the ball screw can be a kippsteife from ⁇ guidance of the ball screw bearing, for example.
  • a spherical internal geometry of the pulley between the spring elements Eg wave or disc spring, is mounted for bending or tilt-soft suspension of the steering nut, can be achieved.
  • the tray ⁇ tion robustness against a rattling of the ball screw bearing by a bearing free from play concept are spring-mounted via a Wegreihi ⁇ ges, for example. Double row, bearings, for example. Shoulder stock, with divided inner rings axially by spring elements, for example. Undulating springs, will be realized.
  • the transmission of a drive torque of the pulley can be done on the steering nut via drivers that engage in steering nut and pulley. So that the Rie ⁇ menular can tilt under the steering nut, the contact surfaces of the driver can be performed crowned.
  • spring elements such as. Wave springs or disc springs
  • the pulley may, for example, be made of steel, sintered steel or aluminum, zinc (die-cast) or plastic.
  • the drivers can be made of a plastic, an elastomer or an elastomer-like plastic.
  • FIG. 1 shows a ball screw according to the prior art
  • Figure 2 shows an embodiment of the proposed ball screw in a sectional view.
  • FIG. 3 shows a section from FIG. 2.
  • Figure 4 shows a further embodiment of the described
  • FIG. 5 shows a section along the line V-V in FIG. 4.
  • Figure 6 shows an embodiment of a driver, the in
  • Figures 4 and 5 is shown in an enlarged view ⁇ ßerten.
  • Figure 1 shows in a sectional view a ball screw according to the prior art, which is generally designated by the reference numeral 10.
  • the illustration shows a rack 12, a Riemenschei ⁇ be 14, a steering nut 16, a threaded ring 18, a KGT bearing 20, which is designed as a four-point bearing, and Fe ⁇ deretti 22nd
  • the KGT bearing 20 includes a ball 30, which is guided in a bearing ⁇ outer ring 32 and a bearing inner ring 34.
  • the threaded ring 18 is used for the axial fixation of the bearing inner ring 34.
  • the pulley 14 is flat against the steering nut 16.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the presented ball screw, collectively with the reference numeral 50 be ⁇ reproduced.
  • a belt 50 a pulley 52, a KGT bearing 54, a Tellerfe ⁇ 56, a snap ring 58, a steering nut 60, a rack with a ball screw 62, a KGT ball 63, a gear cover 64 and a Steering housing 66.
  • the blast ⁇ ring 58 is used to bias the entire arrangement.
  • the KGT bearing 54 is shown in detail, which is formed in two rows. This comprises a first ball 80 and a second ball 82, which are guided between a bearing outer ring 84 and a bearing inner ring 86. It should be noted that the bearing inner ring 86 is designed to be split, ie that this is in two parts in this embodiment .
  • spring elements 88 are provided in the bearing, which are formed in this embodiment as corrugated springs. But there are also other spring elements, such as disc springs or elastomers to use.
  • FIG. 3 shows the detail marked with the border 70 in FIG. 2 in an enlarged view.
  • the double row executed KGT bearing 54 with the first ball 80, the second ball 82, the bearing outer ring 84 and the split bearing inner ring 86.
  • the steering nut 60 and the pulley 52 can be seen.
  • the inner diameter of the pulley 52 is crowned at the waist (reference numeral 90). This has the consequence that the pulley 52 is not flat or flat against the steering nut, but rather the steering nut 60 is elastically mounted under the pulley.
  • a first spring element 88a and a second spring element 88b are vorgese ⁇ hen. These also act on the KGT bearing 54.
  • the spring elements perform two functions. So cause this, that the bearing 54 is free of play. Furthermore, even the tilting elasticity of the steering nut 60 under the pulley 52 will assist or even enable.
  • spring elements can be provided, which are provided for the elastic mounting of the steering nut 60 under the pulley 52, and additional spring elements, which ensure by acting on the KGT bearing 54 its backlash.
  • the spring elements 88a and 88b effect both.
  • reference numeral 96 is a first location and a second location designated with reference numeral 98 ⁇ representing ⁇ installation possible options for additional spring elements to Reibreduzierung on KGT-bearing. These represent additional measures with which the bearing 54 is spread to reduce the bearing friction at a constant axial stiffness.
  • the two balls 80 and 82 are mounted in O arrangement.
  • an X-arrangement is conceivable.
  • the 0-arrangement is tilt-resistant in contrast to the X-arrangement.
  • the double-row KGT bearing 54 or a ball bearing in 0 arrangement is a tilt-rigid bearing design, which is suitable to receive tilting moments. This property is ge ⁇ uses to receive the tilting torque resulting from the belt load and hence braces the KGT. This can be realized by pulling the pulley collar under the KGT bearing.
  • the steering nut is bendable or tilting soft under the pulley.
  • the crown can also be placed in the outer diameter of the steering nut. Due to the structural displacement of the spring elements, from the bearing ⁇ outer ring inwards towards the steering nut, the tilting stiffness of the KGT bearing is reduced with the same Axialsteifig ⁇ ability. As a result, the tension of the KGT is reduced by component tolerances in the steering assembly.
  • FIG. 4 shows the ball screw 100, wherein in this illustration, which largely corresponds to the representation of FIG. 2, two drivers 102 can be seen. Wei ⁇ thermore, attention must a line VVenfintra ⁇ gen in FIG. 4
  • the transmission of the drive torque of the pulley on the steering nut of the KGT is realized via the driver 102, which engage in grooves in the pulley and steering nut.
  • the number of drivers must be determined according to the power transmission and can be from 1 to n. In this embodiment, four drivers are provided.
  • the tilting ability of the steering nut under the toothed pulley is not hindered by the driver, the lateral An ⁇ bearing surfaces of the driver, which engage in the grooves of the pulley, performed crowned.
  • the crown can also be placed in the lateral abutment surfaces of the grooves in the pulley.
  • the drivers 102 themselves are preferably made of elastomer, an elastomer-like plastic or plastic.
  • the KGT-bearing generate due to the axial spring-loading by the spring elements excessive friction, it is possible by incorporation of a spring element, for example egg ⁇ ner corrugated spring, between the two inner rings of the KGT- bearing (site 1, reference numeral 98 in Figure 3 ) or (between the bearing collar and collar pulley body 2, reference numeral 96, the axial bracing of the ball screw bearing to mini ⁇ mieren in Figure 3).
  • a spring element for example egg ⁇ ner corrugated spring
  • FIG. 5 shows the section along the line VV in FIG. 4.
  • the four drivers 102, a steering nut 160 and a belt pulley 152 can be seen.
  • Figure 6 shows a driver 102 in an enlarged view. In this contact surfaces 190 are performed crowned.
  • This driver 102 is, for example, made of an elastomer and is used to transmit a drive torque zwi ⁇ 's pulley and steering nut. The number of drivers can be selected as needed.

Abstract

Es werden ein Kugelgewindetrieb (10), eine Riemenscheibe (14), eine Lenkmutter (16) und eine Hilfskraftlenkung vorgestellt. Der Kugelgewindetrieb (10) weist eine Lenkmutter (16), auf der eine Riemenscheibe (14) vorgesehen ist, auf, bei dem die Lenkmutter (16) kippweich unter der Riemenscheibe (14) gelagert ist.

Description

Kugelgewindetrieb
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb für eine Hilfskraftlenkung, insbesondere für ein elektrisches Lenksystem, und eine solche Hilfskraftlenkung.
Kugelgewindetriebe werden zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung oder umgekehrt eingesetzt. Einsatzge¬ biete finden sich in Werkzeugmaschinen, wie z.B. Drehmaschinen, und auch in Lenksystemen, bspw. zur Umsetzung der Drehbewegung einer Abtriebswelle eines Motors in eine Längsbewegung einer Zahnstange.
So werden insbesondere bei elektrischen Lenksystemen mit achsparallelem Antrieb zur Wandlung der rotativen Antriebsbewegung des Elektromotors in eine lineare Bewegung der Zahnstange bzw. Spindel Kugelgewindetriebe eingesetzt. Durch äußere Einflüsse im Betrieb sind diese Kugelgewinde¬ triebe erheblichen Anforderungen ausgesetzt.
Zur rotativen Lagerung der Lenkmutter des Kugelgewindetriebs wird meist ein sogenanntes Vierpunktlager einge¬ setzt, da dieses vornehmlich eine Axialkraft übertragen muss. Damit beim Umlenken (Lenkrichtungswechsel ) kein so genanntes "Umlenkklacken" oder beim Überfahren von Schlechtwegstrecken, bspw. bei KopfSteinpflaster , kein "Klappern" hörbar wird, ist das Vierpunktlager mit einem kleinen Axialspiel ausgeführt. Ist das Axialspiel des Vier- punktlagers zu groß, dann werden die Kugeln im Lager über das freie Axialspiel beim Umlenken so stark beschleunigt, dass Sie beim Aufprallen auf der gegenüberliegenden Laufbahnflanke ein "Klack-Geräusch" erzeugen. Hierbei ist insbesondere zu beachten, dass es durch äußere Einflüsse, wie bspw. Temperaturschwankungen und mechanische Beeinflussungen, z.B. durch Stöße von außen, zu Beeinträchtigungen des Lagers kommen kann.
Zur Übertragung des Antriebsmoments des Elektromotors wer¬ den üblicherweise Riemengetriebe verwendet. Das Riemenrad bzw. die Riemenscheibe ist auf der Lenkmutter des Kugelge¬ windetriebes meist starr mit der Lenkmutter verbunden. Dadurch stützt sich der Riemenzug über das Lager und den Ku¬ gelgewindetrieb ab. Zusätzlich wird der Kugelgewindetrieb durch Bauteiltoleranzen der Einzelteile im Lenkungszusammenbau verspannt. Durch die Verspannung des Kugelgewinde¬ triebs entstehen jedoch unerwünschte Reibungseffekte am Ku¬ gelgewindetrieb, die sich durch höhere Reibung und einen hakeligen Lauf in der Verschiebekraft des Kugelgewindetrie¬ bes äußern können.
Zur Reduzierung der Verspannungen des Kugelgewindetriebs durch den Lenkungszusammenbau werden heute schon Federele¬ mente aus Stahl/Elastomer oder Wellfedern eingesetzt, die üblicherweise am Lageraußenring des Vierpunktlagers ange¬ ordnet sind. Diese Elemente haben zusätzlich die Aufgabe, den Kugelgewindetrieb biegeweich zu lagern, um auftretende Querbelastungen, die aus der Einfederung und Pfeilung der Spurstangen resultieren, auf den Kugelgewindetrieb zu minimieren. Zudem kann mit der richtigen Steifigkeitskennlinie der Federelemente das "Umlenkklacken" des Vierpunktlagers verbessert, aber nicht komplett eliminiert werden. Vor diesem Hintergrund werden ein Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, eine Riemenscheibe gemäß Anspruch 10, eine Lenkmutter mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und eine Hilfskraftlenkung nach Anspruch 12 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung .
Der vorgestellte Kugelgewindetrieb dient für eine Hilfs¬ kraftlenkung und weist unter anderem eine Lenkmutter auf, auf der eine Riemenscheibe vorgesehen ist. Dabei ist die Lenkmutter kippweich unter der Riemenscheibe gelagert, so dass die Lenkmutter verspannungs- bzw. querkraftarm auf dem Kugelgewinde der Zahnstange über die KGT-Kugeln abrollen kann .
Diese kippweiche Ausführung kann in dem Kugelgewindetrieb bspw. dadurch erreicht werden, dass die Lenkmutter unter der Riemenscheibe elastisch gelagert ist.
Die elastische Lagerung wiederum kann durch eine ballige Ausführung des Innendurchmessers der Riemenscheibe und/oder eine ballige Ausführung des Außendurchmessers der Lenkmut¬ ter und mindestens einem Federelement erreicht werden. Das Federelement ist dabei axial an dem Lagerinnenring und/oder an der Anlagefläche der Riemenscheibe angeordnet. Über den eingestellten Federweg, der mit dem Sprengring eingestellt wird, kann dann die Lenkmutter über die ballige Anlageflä¬ che elastisch kippen. Als Federelement kann eine Wellen- /Tellerfeder oder eine andere geeignete Feder eingesetzt werden. Alternativ kann auch ein Elastomer eingesetzt werden .
Zusätzlich kann in dem Kugelgewindetrieb ein Lager vorgesehen sein. Hier kann bspw. ein Vierpunktlager oder einanderes geeignetes Lager eingesetzt werden. In einer Ausführung ist das Lager mehrreihig, typischerweise zweireihig, ausgeführt ist. D.h. zwischen einem Innenring und einem Außenring sind zwei Kugelreihen, in 0- oder X-Anordnung, geführt. In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn der Innenring geteilt ist. Weiterhin sind dann regelmäßig auch Federelemente vorgesehen, die auf das Lager wir¬ ken, um dieses spielfrei zu gestalten.
Bei geeigneter Anordnung der Federelemente können diese sowohl die Spielfreiheit des Lagers als auch die elastische Lagerung der Lenkmutter auf der Riemenscheibe ermöglichen.
Die Übertragung eines Antriebsmoments der Riemenscheibe auf die Lenkmutter erfolgt in Ausgestaltung über mindestens einen Mitnehmer. Weiterhin können Anlageflächen des mindestens einen Mitnehmers ballig ausgeführt sein. Ebenso ist es möglich, dass die Anlageflächen der Nuten in der Riemenscheibe ballig ausgebildet sind.
Es wird außerdem eine Riemenscheibe für einen Kugelgewinde¬ trieb, insbesondere für einen Kugelgewindetrieb der vorste¬ hend beschriebenen Art, vorgestellt, deren Innendurchmesser ballig ausgeführt ist. D.h. die Fläche, mit der die Riemen¬ scheibe in Kontakt zu der Lenkmutter kommt, ist nicht eben, sondern gebogen bzw. gekrümmt ausgeführt. Daher können die beiden Bauteile zueinander geschwenkt werden, was die bie¬ geweiche bzw. kippweiche Verbindung ermöglicht.
Es wird weiterhin eine Lenkmutter für einen Kugelgewindetrieb, insbesondere für einen Kugelgewindetrieb, wie dieser vorstehend beschrieben ist, vorgestellt, deren Außendurchmesser ballig ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass die Anla¬ gefläche der Lenkmutter an die Riemenscheibe nicht eben bzw. plan ist, wodurch die zuvor erläuterte Biegeweichheit bewirkt wird. Auf diese Weise können ungewünschte Reibungs¬ effekte vermieden werden. Des weiteren können auftretende Querbelastungen minimiert werden.
Es wird darüber hinaus eine Hilfskraftlenkung vorgestellt, bei der ein Elektromotor zur Lenkunterstützung vorgesehen ist. Das von diesem Motor aufgebrachte Motor- bzw. Zusatzmoment wird über ein Kugelgewindetrieb der vorstehend be¬ schriebenen Art auf die Zahnstange zum Bewegen der ange¬ lenkten Räder übertragen.
Der vorgestellte Kugelgewindetrieb stellt, zumindest in ei¬ nigen der Ausführungen, eine robustere Lösung bezüglich folgender Themen dar:
- Umlenkklacken/Klappern des KGT-Lagers,
- Verspannung des KGT durch Riemenzug sowie Verspannungen bedingt durch Bauteiltoleranzen im Lenkungszusammenbau und daraus resultierende Reibungsthemen, z.B. „hakeliger" Lauf,
- biegeweiche Lagerung des KGT zur Reduzierung der Querkräfte auf den KGT.
Weiterhin kann ein Umlenkklacken des Kugelgewindetrieblagers (KGT-Lager) verhindert werden. In diesem Fall ist das KGT-Lager als mehrreihiges, bspw. zweireihiges, Schulterku¬ gellager in O-Anordnung mit einem Außenring und mehreren, bspw. zwei Innenringen, ausgeführt, wobei die Innenringe über Federelemente axial angefedert sind. Somit ist das KGT-Lager konstruktiv bedingt bezüglich Axial-und Radialspiel spielfrei und kann nicht klappern.
Weiterhin kann die Verspannung des KGT durch den Riemenzug verhindert sowie die Verspannungen bedingt durch Bauteilto- leranzen im Lenkungszusammenbau und daraus resultierende Reibungsthemen, z.B. ein „hakeliger" Lauf, reduziert werden .
Es kann somit einerseits die Robustheit gegenüber einem Ha¬ kein des KGT und andererseits die Robustheit gegenüber ei¬ nem Klappern des KGT-Lagers gesteigert werden. Die Steige¬ rung der Robustheit gegenüber Hakein durch eine verspan- nungsarme Lagerung des KGT kann über eine kippsteife Aus¬ führung des KGT-Lagers, bspw. in O-Anordnung, zur Aufnahme des Riemenzugs und durch eine ballige Innengeometrie der Riemenscheibe, die zwischen Federelementen, bspw. Wellenoder Tellerfeder, zur biege- bzw. kippweichen Aufhängung der Lenkmutter gelagert ist, erreicht werden. Die Steige¬ rung der Robustheit gegenüber einem Klappern des KGT-Lagers durch ein spielfreies Lagerkonzept wird über ein mehrreihi¬ ges, bspw. zweireihiges, Lager, bspw. Schulterlager, mit geteilten Innenringen, die axial über Federelemente, bspw. Wellfedern, angefedert sind, realisiert werden.
Weiterhin kann die Übertragung eines Antriebsmoments der Riemenscheibe auf die Lenkmutter über Mitnehmer erfolgen, die in Lenkmutter und Riemenscheibe greifen. Damit die Rie¬ menscheibe unter der Lenkmutter kippen kann, können die Anlageflächen der Mitnehmer ballig ausgeführt sein.
Als Federelemente können bspw. auch Elemente aus einem E- lastomer eingesetzt werden. Federn, wie bspw. Wellenfedern oder Tellerfedern, können ebenfalls zum Einsatz kommen. Die Riemenscheibe kann bspw. aus Stahl, Sinterstahl oder aus Aluminium, Zink (Druckguss) oder Kunststoff gefertigt sein. Die Mitnehmer können aus einem Kunststoff, einem Elastomer oder einem Elastomer ähnlichen Kunststoff gefertigt sein. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt ein Kugelgewindetrieb nach dem Stand der
Technik in einer Schnittdarstellung.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des vorgestellten Kugelgewindetriebs in einer Schnittdarstellung.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt aus Figur 2.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführung des beschriebenen
Kugelgewindetriebs in einer Schnittdarstellung.
Figur 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V in Figur 4.
Figur 6 zeigt eine Ausführung eines Mitnehmers, der in
Figuren 4 und 5 dargestellt ist, in einer vergrö¬ ßerten Darstellung.
Figur 1 zeigt in einer Schnittdarstellung einen Kugelgewindetrieb nach dem Stand der Technik, der insgesamt mit der Bezugsziffer 10 versehen ist. Die Darstellung zeigt eine Zahnstange 12, eine Riemenschei¬ be 14, eine Lenkmutter 16, einen Gewindering 18, ein KGT- Lager 20, das als Vierpunktlager ausgebildet ist, und Fe¬ derelemente 22.
Das KGT-Lager 20 umfasst eine Kugel 30, die in einem Lager¬ außenring 32 und einem Lagerinnenring 34 geführt ist. Der Gewindering 18 dient zur axialen Fixierung des Lagerinnenrings 34. Die Riemenscheibe 14 liegt plan an der Lenkmutter 16 an .
In Figur 2 ist eine Ausführungsform des vorgestellten Kugelgewindetriebs, insgesamt mit der Bezugsziffer 50 be¬ zeichnet, wiedergegeben. Zu erkennen ist u.a. ein Riemen 50, eine Riemenscheibe 52, ein KGT-Lager 54, eine Tellerfe¬ der 56, ein Sprengring 58, eine Lenkmutter 60, eine Zahnstange mit einem Kugelgewinde 62, eine KGT-Kugel 63, ein Getriebedeckel 64 und ein Lenkgehäuse 66. Der Spreng¬ ring 58 dient zum Vorspannen der gesamten Anordnung.
Innerhalb einer Umrandung 70 ist das KGT-Lager 54 detailliert dargestellt, das zweireihig ausgebildet ist. Dieses umfasst eine erste Kugel 80 und eine zweite Kugel 82, die zwischen einem Lageraußenring 84 und einem Lagerinnenring 86 geführt sind. Zu beachten ist, dass der Lagerinnenring 86 geteilt ausgeführt ist, d.h. dass dieser in dieser Aus¬ führung zweiteilig ist.
Weiterhin sind in dem Lager 54 Federelemente 88 vorgesehen, die bei dieser Ausführungsform als Wellfedern ausgebildet sind. Es sind aber auch andere Federelemente, wie bspw. Tellerfedern oder Elastomere, zu verwenden.
Figur 3 zeigt den in Figur 2 mit der Umrandung 70 gekennzeichneten Ausschnitt in einer vergrößerten Darstellung. Zu erkennen ist das zweireihig ausgeführte KGT-Lager 54 mit der ersten Kugel 80, der zweiten Kugel 82, dem Lageraußenring 84 und dem geteilten Lagerinnenring 86. Weiterhin sind die Lenkmutter 60 und die Riemenscheibe 52 zu erkennen. Der Innendurchmesser der Riemenscheibe 52 ist am Bund ballig ausgeführt (Bezugsziffer 90) . Dies hat zur Folge, dass die Riemenscheibe 52 nicht plan bzw. eben an der Lenkmutter anliegt, sondern vielmehr die Lenkmutter 60 unter der Riemenscheibe elastisch gelagert ist. Hierzu sind auch ein erstes Federelement 88a und ein zweites Federelement 88b vorgese¬ hen. Diese wirken auch auf das KGT-Lager 54. Die Federelemente führen zwei Funktionen aus. So bewirken diese, dass das Lager 54 spielfrei ist. Weiterhin unterstützen oder ermöglichen sogar die Kippelastizität der Lenkmutter 60 unter der Riemenscheibe 52.
Grundsätzlich können Federelemente vorgesehen sein, die für die elastische Lagerung der Lenkmutter 60 unter der Riemenscheibe 52 vorgesehen sind, und zusätzliche Federelemente, die durch Einwirken auf das KGT-Lager 54 dessen Spielfreiheit gewährleisten. In dem dargestellten Fall bewirken die Federelemente 88a und 88b beides.
Mit Bezugsziffer 96 ist eine erste Stelle und mit Bezugs¬ ziffer 98 eine zweite Stelle bezeichnet, die Einbaumöglich¬ keiten für zusätzliche Federelemente zur Reibreduzierung am KGT-Lager darstellen. Diese stellen zusätzliche Maßnahmen dar, mit denen das Lager 54 gespreizt wird, um die Lagerreibung bei konstanter Axialsteifigkeit zu reduzieren.
Die beiden Kugeln 80 und 82 sind in O-Anordnung gelagert. Grundsätzlich ist auch eine X-Anordnung denkbar. Die 0- Anordnung ist im Gegensatz zur X-Anordnung kippsteif. Das zweireihige KGT-Lager 54 bzw. Schulterkugellager in 0- Anordnung ist eine kippsteife Lagerausführung, die geeignet ist, Kippmomente aufzunehmen. Diese Eigenschaft wird ge¬ nutzt, um das Kippmoment, das aus dem Riemenzug resultiert und damit den KGT verspannt, aufzunehmen. Dies kann dadurch realisiert werden, dass der Bund der Riemenscheibe unter das KGT-Lager gezogen wird. Um die Verspannung des KGT, die aus den Bauteiltoleranzen der Einzelteile aus dem Lenkungs¬ zusammenbau resultieren, zu reduzieren, ist die Lenkmutter biegeweich bzw. kippweich unter der Riemenscheibe gelagert. Dies ist bei dieser Ausführung realisiert, indem z.B. der Innendurchmesser des Bundes der Riemenscheibe ballig ausge¬ führt ist, so dass die Lenkmutter des KGT in Verbindung ü- ber die axial angeordneten Wellfedern unter der kippsteif gelagerten Riemenscheibe schwenken kann.
Alternativ oder auch zusätzlich kann die Balligkeit auch in den Außendurchmesser der Lenkmutter gelegt werden. Durch die konstruktive Verlagerung der Federelemente, vom Lager¬ außenring nach innen, in Richtung Lenkmutter, wird die Kippsteifigkeit der KGT Lagerung bei gleicher Axialsteifig¬ keit reduziert. Hierdurch wird die Verspannung des KGT durch Bauteiltoleranzen im Lenkungszusammenbau reduziert.
Die vorgestellte optimierte kippweiche Lagerung des KGT dient zur Reduzierung von Querkräften auf den KGT. Da die Federelemente (Wellfedern) gegenüber den geläufigen Varianten, bei denen sich die Federelemente am Lageraußenring befinden, radial innen angeordnet sind, kann bei gleichem a- xialen Federweg ein ca. 40% größerer Schwenkwinkel erreicht werden. Dies bewirkt, dass der KGT robuster bezüglich Quer- krafteinflüsse wird und somit eine höhere Lebensdauer er¬ reicht . In Figur 4 ist der Kugelgewindetrieb 100 dargestellt, wobei in dieser Abbildung, die weitgehend der Darstellung der Figur 2 entspricht, zwei Mitnehmer 102 zu erkennen sind. Wei¬ terhin ist in der Figur 4 eine Schnittlinie V-V eingetra¬ gen .
Die Übertragung des Antriebsmoments der Riemenscheibe auf die Lenkmutter des KGT ist über die Mitnehmer 102 realisiert, die in Nuten in der Riemenscheibe und Lenkmutter greifen. Die Anzahl der Mitnehmer ist je nach Leistungsübertragung festzulegen und kann von 1 bis n sein. Bei dieser Ausführung sind vier Mitnehmer vorgesehen. Damit die Kippfähigkeit der Lenkmutter unter der Zahnscheibe durch die Mitnehmer nicht behindert wird, sind die seitlichen An¬ lageflachen der Mitnehmer, die in die Nuten der Riemenscheibe greifen, ballig ausgeführt. Alternativ kann die Balligkeit auch in die seitlichen Anlageflachen der Nuten in der Riemenscheibe gelegt werden. Die Mitnehmer 102 selbst sind vorzugsweise aus Elastomer, einem Elastomer ähnlichen Kunststoff oder Kunststoff ausgeführt.
Sollte das KGT-Lager auf Grund der axialen Anfederung durch die Federelemente eine zu hohe Reibung erzeugen, besteht die Möglichkeit durch Einbau eines Federelementes, z.B. ei¬ ner Wellfeder, zwischen die beiden Innenringe des KGT- Lagers (Stelle 1, Bezugsziffer 98 in Figur 3) oder zwischen Lagerbund und Riemenscheibenbund (Stelle 2, Bezugsziffer 96 in Figur 3) die axiale Verspannung des KGT-Lagers zu mini¬ mieren .
Figur 5 zeigt den Schnitt entlang der Linie V-V in Figur 4. Zu erkennen sind die vier Mitnehmer 102, eine Lenkmutter 160 und eine Riemenscheibe 152. Figur 6 zeigt einen Mitnehmer 102 in vergrößerter Darstellung. Bei diesem sind Anlageflächen 190 ballig ausgeführt. Dieser Mitnehmer 102 ist bspw. aus einem Elastomer gefertigt und dient zur Übertragung eines Antriebsmoments zwi¬ schen Riemenscheibe und Lenkmutter. Die Anzahl der Mitnehmer kann bedarfsgerecht gewählt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kugelgewindetrieb für eine Hilfskraftlenkung mit einer Lenkmutter, auf der eine Riemenscheibe vorgesehen ist, bei dem die Lenkmutter kippweich unter der Riemenscheibe gelagert ist.
2. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die Lenkmutter unter der Riemenscheibe elastisch gelagert ist.
3. Kugelgewindetrieb in Anspruch 2, bei dem die elasti¬ sche Lagerung durch eine ballige Ausführung des Innendurchmessers der Riemenscheibe oder des Außendurchmessers der Lenkmutter und mindestens einem Federelement erreicht wird.
4. Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein Lager vorgesehen ist .
5. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 4, bei dem das Lager mehrreihig ausgeführt ist.
6. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 5, bei dem das Lager zweireihig in O-Anordnung ausgeführt ist.
7. Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem zur Übertragung eines Antriebsmoments der Riemenscheibe auf die Lenkmutter über mindestens einen Mitnehmer erfolgt .
8. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 7, bei dem Anlageflä¬ chen des mindestens einen Mitnehmers ballig ausgeführt sind .
9. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 7, bei dem Anlageflä¬ chen mindestens einer Nut in der Riemenscheibe ballig aus¬ geführt sind.
10. Riemenscheibe für einen Kugelgewindetrieb, insbesonde¬ re für einen Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, deren Innendurchmesser ballig ausgeführt ist.
11. Lenkmutter für einen Kugelgewindetrieb, insbesondere für einen Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, deren Außendurchmesser ballig ausgeführt ist.
12. Hilfskraftlenkung mit einem Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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