DE102010034697A1 - Ball screw drive device for motor car steering gear, moves ball screw into lash compensation position, so that directional forces are made to act on ball contact surface relative to nut rotational axis - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelgewindetrieb, umfassend eine Kugelgewindespindel, eine Kugelumlaufmutter, die mit der Kugelgewindespindel zusammenwirkt, wobei sowohl an der Kugelumlaufmutter als auch an der Kugelgewindespindel Kugelgewindenuten ausgebildet sind und in einem gemeinsam von den Kugelgewindenuten der Kugelgewindespindel und den Kugelgewindenuten der Kugelumlaufmutter gebildeten Kugelbahnkanal Kugeln aufgenommen sind, die die Kugelgewindespindel und die Kugelgewindemutter in Axialrichtung gegeneinander abstützen und miteinander koppeln, eine Kugelrückführeinrichtung im Bereich der Kugelgewindemutter, welche zwei Endbereiche des Kugelbahnraums miteinander verbindet und einen entsprechenden Kugeltransfer zwischen den beiden Endbereichen ermöglicht, und eine Gehäuseeinrichtung, mit welcher die Kugelumlaufmutter über ein Wälzlager drehbar gekoppelt ist.The invention relates to a ball screw, comprising a ball screw, a ball nut, which cooperates with the ball screw, wherein ball screw grooves are formed both on the ball nut and on the ball screw and in a ball track formed jointly by the ball screw grooves of the ball screw and the ball screw grooves ball nut A ball return device in the ball screw nut, which connects two end portions of the ball track space and allows a corresponding ball transfer between the two end portions, and a housing means, with which the ball nut is accommodated, which support the ball screw and the ball screw nut in the axial direction against each other and coupling is rotatably coupled via a rolling bearing.
Aus
Kugelgewindetriebe der eingangs genannten Bauart werden insbesondere bei Kraftfahrzeug-Lenkgetrieben eingesetzt und sind dabei Bestandteil einer elektromechanischen Lenkung.Ball screws of the type mentioned are used in particular in motor vehicle steering gears and are part of an electromechanical steering.
Beim Einsatz der vorgenannten Kugelgewindetriebe in Kraftfahrzeug-Lenkgetrieben treten im Rahmen von Lenkoperationen an der Kugelgewindespindel Lastwechsel auf, welche sich bei entsprechendem Spiel durch Geräuschbildung, sogenanntes Umlenkklacken, bemerkbar machen. Um dies zu unterbinden, werden die mechanischen Komponenten des Kugelgewindetriebs bisher aufwändig als hochpräzise Bauteile gefertigt, um ein bei einem Lastwechsel bemerkbares mechanisches Spiel möglichst klein zu halten. Die Fertigung dieser hochpräzisen Bauteile erweist sich in der Praxis jedoch als kostenträchtig.When using the aforementioned ball screws in motor vehicle steering gears occur in the context of steering operations on the ball screw load changes, which make themselves noticeable with corresponding game by noise, so-called Umlenkklacken. In order to prevent this, the mechanical components of the ball screw are so far elaborately manufactured as high-precision components in order to keep a noticeable in a load change mechanical play as small as possible. However, the production of these high-precision components proves to be costly in practice.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Lösungen bereitzustellen, durch welche es möglich wird, Kugelgewindetriebe zu schaffen, deren Fertigung gegenüber funktionsmäßig vergleichbaren herkömmlichen Bauformen mit geringeren Kosten verbunden ist, und die sich dennoch durch ein vorteilhaftes mechanisches Betriebsverhalten auszeichnen.The invention has for its object to provide solutions by which it is possible to create ball screws whose production is compared to functionally comparable conventional designs associated with lower costs, and yet characterized by an advantageous mechanical performance.
Diese Aufgabe wird durch einen Kugelgewindetrieb gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Dieser umfasst eine Kugelgewindespindel, eine Kugelumlaufmutter, die mit der Kugelgewindespindel zusammenwirkt, wobei sowohl an der Kugelumlaufmutter als auch an der Kugelgewindespindel Kugelgewindenuten ausgebildet sind und in einem gemeinsam von den Kugelgewindenuten der Kugelgewindespindel und den Kugelgewindenuten der Kugelumlaufmutter gebildeten Kugelbahnkanal Kugeln aufgenommen sind, die die Kugelgewindespindel und die Kugelgewindemutter in Axialrichtung gegeneinander abstützen und miteinander koppeln, eine Kugelrückführeinrichtung im Bereich der Kugelgewindemutter, welche zwei Endbereiche des Kugelbahnkanals miteinander verbindet und einen entsprechenden Kugeltransfer zwischen den beiden Endbereichen ermöglicht, und eine Gehäuseeinrichtung und zeichnet sich dadurch aus, dass ein im Kraftübertragungsweg zwischen der Kugelgewindemutter und der Kugelgewindespindel vorhandenes Bewegungsspiel beseitigt oder reduziert ist, indem wenigstens eine in dem Kraftübertragungsweg befindliche Kugel durch eine diese Kugel stützende Kontaktfläche in eine Spielkompensationsposition drängbar ist, wobei ein diese Kontaktfläche aufweisendes Bauteil durch radial zur Umlaufachse der Kugelumlaufmutter gerichtete Kräfte beaufschlagbar ist.This object is achieved by a ball screw drive according to
Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, durch Abstimmung der radialen Belastung eines die entsprechende Kugel stützenden Bauteils das Axialspiel des Kugelgewindetriebs signifikant zu reduzieren.This advantageously makes it possible to significantly reduce the axial play of the ball screw by coordinating the radial loading of a component supporting the corresponding ball.
Insbesondere ist es möglich, eine Minimierung des Spiels erst nach erfolgter Montage des Kugelgewindetriebs vorzunehmen. Dadurch können Passungspartner mit größeren Toleranzfeldern gefertigt werden, so dass der Fertigungsaufwand reduziert ist. Die Bauteile können zunächst recht einfach mit erhöhter Lagerluft montiert werden. Ein Umlenkklacken kann vermieden werden, indem die Einstellung eines kleinstmöglichen, nötigen Spiels erst nach der Montage des Kugelgewindetriebs erfolgt.In particular, it is possible to minimize the game only after the assembly of the ball screw. As a result, fit partners can be manufactured with larger tolerance fields, so that the production cost is reduced. The components can initially be easily mounted with increased bearing clearance. A Umlenkklacken can be avoided by the setting of the smallest possible, necessary game only after the assembly of the ball screw.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in weiteren Ansprüchen angegeben.Advantageous embodiments are specified in further claims.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zur Spielreduktion herangezogene Kugel Bestandteil eines der Lagerung der Kugelumlaufmutter dienenden Kugellagers, wodurch ein kompakter Mechanismus erzielt wird. Dieses Kugellager kann so gestaltet sein, dass dessen Lageraußenring in einstellbarer Weise radial, bezüglich seines Durchmessers stauchbar ist.According to a preferred embodiment of the invention, the ball used for game reduction is part of a bearing for the ball nut serving ball bearing, whereby a compact mechanism is achieved. This ball bearing can be designed so that the bearing outer ring in an adjustable manner radially, with respect to its diameter is compressible.
In vorteilhafter Weise kann eine der radialen Stauchung des Lageraußenringes dienende Stauchmechanik realisiert werden, indem an dem Lageraußenring eine konisch gestaltete Außenumfangsfläche ausgebildet wird die von einem Ringelement mit entsprechender konischer Ringinnenfläche umgriffen wird. Durch Einstellung der Axialpositionen des Ringelements gegenüber dem Lageraußenring kann dieser definiert radial gestaucht werden. Advantageously, one of the radial compression of the bearing outer ring serving compression mechanism can be realized by a conically shaped outer peripheral surface is formed on the bearing outer ring which is encompassed by a ring member with a corresponding conical ring inner surface. By adjusting the axial positions of the ring member relative to the bearing outer ring it can be defined radially compressed.
Das Ringelement kann als Befestigungsring dienen, über welchen der Lageraußenring an einem stationären Gehäusebauteil eines Lenkgetriebes befestigt wird.The ring element can serve as a fastening ring, via which the bearing outer ring is fastened to a stationary housing component of a steering gear.
Die Umgebung des Lageraußenringes kann so gestaltet sein, dass die maximale radiale Stauchung desselben begrenzt ist. Dies kann erreicht werden, indem der Spannweg des den Lageraußenring umgreifenden Ringelementes durch entsprechende Geometrien begrenzt ist. Diese Geometrien können durch das vorgenannte stationäre Gehäuseteil und/oder auch durch Geometrien, insbesondere Ringschultern realisiert sein, die an dem Lageraußenring ausgebildet sind. Hierdurch wird vermieden, dass bei übermäßiger axialer Belastung des Ringelementes ein für die Funktion des Lagers erforderliches Mindestbewegungsspiel unterschritten wird.The environment of the bearing outer ring may be designed so that the maximum radial compression of the same is limited. This can be achieved by the clamping path of the bearing outer ring encompassing ring element is limited by appropriate geometries. These geometries can be realized by the aforementioned stationary housing part and / or by geometries, in particular annular shoulders, which are formed on the bearing outer ring. This avoids that under excessive axial load of the ring element a required for the function of the bearing minimum movement clearance is exceeded.
Die Verlagerung des Ringelementes gegenüber dem umgriffenen Lageraußenring kann durch eine Spanneinrichtung bewerkstelligt werden, insbesondere durch Schrauben, die das Ringelement axial durchsetzen und in dem Gehäuseteil verankert sind. Diese Schrauben werden vorzugsweise in einer abgestimmten Reihenfolge mit einem bestimmten Drehmoment und ggf. mit einem vorgegebenen Rückdrehwinkel (z. B. ¼ Umdrehung) angezogen.The displacement of the ring member relative to the encompassed bearing outer ring can be accomplished by a clamping device, in particular by screws which pass through the ring member axially and anchored in the housing part. These screws are preferably tightened in a coordinated order with a certain torque and possibly with a predetermined return angle (eg ¼ revolution).
Das erfindungsgemäße axiale Stauchen des Lageraußenrings des zur Lagerung der Kugelumlaufmutter vorgesehenen Lagers hat zur Folge, dass die Passungspartner Lageraußenring, Lagerinnenring (KGT-Mutter) und Kugeln mit größeren Toleranzfeldern mit erhöhter Lagerluft montiert werden können und das bei vergleichbaren Konstruktionen bislang auftretende Umlenkklacken durch Einstellung des kleinstmöglichen Spieles verhindert werden kann.The inventive axial upsetting of the bearing outer ring of the bearing provided for the ball nut bearing has the consequence that the fit partners bearing outer ring, bearing inner ring (KGT nut) and balls with larger tolerance fields can be mounted with increased clearance and the comparable constructions hitherto occurring Umlenkklacken by setting the smallest possible game can be prevented.
Das axiale Stauchen des Lageraußenringes kann beispielsweise dadurch realisiert werden, indem ein zur Befestigung des Lageraußenringes verwendeter Klemmring mit einem Innenkonus ausgeführt wird, sowie der Lageraußenring mit einem dazu passenden Außenkonus. Beim Anziehen der Schrauben zum Klemmen des Lageraußenringes an das Lenkgetriebegehäuse wirken radial am Umfang Druckkräfte auf den Lageraußenring, in deren Folge auf Grund der Elastizität des Werkstoffes eine Durchmesserverringerung des Ringes bewirkt wird. Eine Durchmesserverringerung des Ringes bewirkt eine Lagerluftverringerung im Wälzlager. Die Schrauben werden so weit angezogen, bis die erforderliche Verkleinerung der Lagerluft erreicht ist.The axial compression of the bearing outer ring can for example be realized by a used for fastening the bearing outer ring clamping ring is performed with an inner cone, and the bearing outer ring with a mating outer cone. When tightening the screws for clamping the bearing outer ring to the steering gear housing act radially on the circumference compressive forces on the bearing outer ring, as a result, due to the elasticity of the material, a reduction in diameter of the ring is effected. A diameter reduction of the ring causes a reduction in bearing clearance in the rolling bearing. The screws are tightened until the required reduction in clearance is reached.
Neben der Beseitigung des axialen Bewegungsspiels im Bereich der zwischen dem Gehäuse und der Kugelumlaufmutter vorgesehenen Wälzlagerung ist es möglich, durch das erfindungsgemäße Konzept auch das zwischen der Kugelumlaufmutter und der Kugelspindel vorhandene Axialspiel zu beseitigen oder zumindest signifikant zu reduzieren. Bei dieser Variante ist mindestens eine zur Spielreduktion herangezogene Kugel Bestandteil der in der Kugelumlaufmutter aufgenommenen Kugelanordnung. Die Verlagerung der Kugel in eine Spielreduktionsposition wird dabei erfindungsgemäß durch radiale Weitung der Kugelgewindespindel bewerkstelligt.In addition to the elimination of the axial play of movement in the area provided between the housing and the ball nut roller bearing, it is possible to eliminate the present invention between the ball nut and the ball screw existing axial clearance or at least significantly reduced. In this variant, at least one ball used for game reduction is part of the ball arrangement accommodated in the recirculating ball nut. The displacement of the ball in a game reduction position is accomplished according to the invention by radial expansion of the ball screw.
Die Kugelgewindespindel kann hierzu als Hohlstruktur ausgeführt sein, wobei in der Hohlstruktur ein hinreichend viskoses Medium aufgenommen ist, das definiert unter Druck setzbar ist. Die Aufbringung des Druckes auf das viskose Medium kann z. B. durch eine Stellschraube bewerkstelligt werden, die beispielsweise über ein Feingewinde definiert in die Kugelgewindespindel einschraubbar ist.For this purpose, the ball screw spindle can be designed as a hollow structure, wherein a sufficiently viscous medium is accommodated in the hollow structure, which can be set in a defined manner under pressure. The application of the pressure to the viscous medium can, for. B. be accomplished by a screw, which is defined, for example, a fine thread screwed into the ball screw.
Wiederum alternativ zu den vorgenannten Maßnahmen oder in vorteilhafter Weise auch in Kombination hiermit ist es möglich, die zur Spielreduktion herangezogene Kugel als radial federbelastete Kugel auszuführen, die als solche unter einer gewissen Vorspannung radial von außen in die Kugelgewindenut der Kugelumlaufspindel hineingedrängt wird, sodass diese Kugel radial gegen die Kugelumlaufspindel gespannt ist. Die Kugel ist hierzu vorzugsweise in ihrem der Kugelumlaufspindel abgewandten Bereich durch ein Kalottenlager abgestützt. Dieses Kalottenlager ist in enger Bewegungspassung radial in der Kugelumlaufmutter geführt. Dieses Kalottenlager kann durch eine in der entsprechenden Radialbohrung angeordnete Federeinrichtung radial gegen die zugeordnete Kugel gedrängt werden. Diese Kugel bildet bei diesem Ausführungsbeispiel nicht Teil der ansonsten in der Kugelumlaufmutter zirkulierenden Gruppen von Kugeln.Again, alternatively to the above measures or advantageously in combination herewith, it is possible to use the ball used for game reduction as a radially spring-loaded ball, which is forced as such under a certain bias radially from the outside into the ball screw groove of the ball screw, so this ball is stretched radially against the ball screw. For this purpose, the ball is preferably supported by a spherical bearing in its region remote from the ball screw. This spherical bearing is guided in close movement fit radially in the ball nut. This spherical bearing can be urged radially by a arranged in the corresponding radial bore spring means against the associated ball. This ball does not form part of the otherwise circulating in the ball nut groups of balls in this embodiment.
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:Further details and features of the invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the drawings. It shows:
In
In einem gemeinsam von den Kugelgewindenuten
Im Bereich der Kugelgewindemutter
Der Kugelgewindetrieb umfasst weiterhin eine Gehäuseeinrichtung
Die Verlagerung der durch den Lageraußenring
Wie aus der in die
Das Wälzlager
Das axiale Stauchen des Lageraußenrings
Eine elastische Durchmesserverminderung des Lageraußenrings
In
Das Aufweiten des Spindeldurchmessers wird realisiert, indem entlang der Längsachse der Spindel eine Bohrung in dem vom Gewinde umgriffenen Bereich ausgeführt ist. Diese Bohrung ist mit einem viskosen Medium
Die zur Aufnahme des viskosen Mediums vorgesehene Kammer
In
Das Druckstück
Ferner ist es möglich, mehrere oder alle der vorstehend erläuterten Mechanismen in Kombination an einem Lenkgetriebe vorzusehen.Furthermore, it is possible to provide several or all of the mechanisms explained above in combination with a steering gear.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.The invention has been explained in more detail above with reference to preferred embodiments. However, it is not limited to these embodiments but includes all the embodiments defined by the claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- KugelgewindespindelBall screw
- 22
- KugelumlaufmutterBall nut
- 33
- Kugelgewindenutball screw
- 44
- Kugelgewindenutball screw
- 55
- KugelBullet
- 66
- Gehäuseeinrichtunghousing means
- 77
- Wälzlagerroller bearing
- 88th
- KugelBullet
- 99
- innere Laufflächeinner tread
- 1010
- LageraußenringBearing outer ring
- 1111
- AußenumfangsflächeOuter circumferential surface
- 1212
- Ringelementring element
- 1313
- InnenumfangsflächeInner circumferential surface
- 1414
- Schraubescrew
- 1515
- Bohrungdrilling
- 1616
- SitzflächenbereichSeating area
- 1717
- KäfigCage
- 1818
- Dichtungseinrichtungseal means
- 2020
- viskoses Mediumviscous medium
- 2121
- Gewindestopfenthreaded plugs
- 21a21a
- Tauchkolbenplunger
- 2222
- Kammerchamber
- 3030
- DruckstückPressure piece
- 3131
- KugelBullet
- 3232
- Federfeather
- 3333
- Deckelelementcover element
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 2360972 A1 [0002] DE 2360972 A1 [0002]
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