DE102013107143A1 - POWER STEERING - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Servolenkung mit einem Servomotor, der ein Moment bereitstellt, das über einen Kugelgewindetrieb (30) auf eine Zahnstange (32) übertragen wird, wobei der Kugelgewindetrieb (30) ein Lenkgehäuse (38) und eine Lenkmutter (36) umfasst, in der die Zahnstange (32) gelagert ist, vorgestellt. Dabei ist in der Lenkmutter (36) mindestens ein Stützlager (42, 44) vorgesehen, durch das die Zahnstange (32) gelagert ist.The invention relates to a power steering with a servomotor providing a moment transmitted to a rack (32) via a ball screw (30), the ball screw (30) comprising a steering housing (38) and a steering nut (36) the rack (32) is stored, presented. In this case, in the steering nut (36) at least one support bearing (42, 44) is provided, through which the rack (32) is mounted.
Description
Die Erfindung betrifft eine Servolenkung, insbesondere eine elektrische Servolenkung, die ein von einem Servomotor aufgebrachtes Moment über einen Kugelgewindetrieb auf eine Zahnstange überträgt, mit der wiederum angelenkte Räder bewegt werden. The invention relates to a power steering, in particular an electric power steering, which transmits a torque applied by a servo motor via a ball screw drive on a rack, with the turn hinged wheels are moved.
Als Servolenkung wird eine Lenkung bezeichnet, die den Fahrer bei der Betätigung des Lenkrads unterstützt, indem das vom Fahrer aufzubringende Moment reduziert wird. Hierzu ist ein zusätzlicher Antrieb, der Servomotor, bspw. ein Elektromotor oder ein hydraulischer Antrieb, vorgesehen, der ein Unterstützungs- bzw. Hilfsmoment aufbringt, das zusammen mit dem vom Fahrer aufgebrachten Moment in der Regel über eine Zahnstange auf die angelenkten Räder übertragen wird. Es ist bekannt, zum Übertragen des vom zusätzlichen Antrieb aufgebrachten Moments auf die Zahnstange zu übertragen einen Kugelgewindetrieb einzusetzen. As a power steering, a steering is called, which assists the driver in the operation of the steering wheel by the driver applied torque is reduced. For this purpose, an additional drive, the servo motor, for example, an electric motor or a hydraulic drive, is provided which applies a support or auxiliary torque, which is transmitted together with the torque applied by the driver usually via a rack on the hinged wheels. It is known to transmit a ball screw for transmitting the torque applied by the additional drive on the rack.
Ein Kugelgewindetrieb ist ein Wälzschraubtrieb, bei dem Kugeln als Wälzkörper dienen. Mit diesem Kugelgewindetrieb kann die Drehbewegung des Servomotors in eine Längsbewegung der Zahnstange übertragen werden. A ball screw is a Wälzschraubtrieb, serve in the balls as rolling elements. With this ball screw, the rotational movement of the servomotor can be transferred into a longitudinal movement of the rack.
Die Druckschrift
Insbesondere bei einer achsparallelen Lenkung wird die Unterstützungskraft mittels eines Kugelgewindetriebs an die Zahnstange übertragen. Zu beachten ist, dass die Zahnstange bei hohen Querkräften, die von der Spurstange herrühren können, auch radial ausgelenkt wird. Der Kugelgewindetrieb dient jedoch bisher als Lagerstelle für die Zahnstange. Die einwirkenden Querkräfte auf die Zahnstange müssen daher vom Kugelgewindetrieb aufgenommen werden. Im Idealfall wird der Kugelgewindetrieb jedoch nur mit Axialkräften beaufschlagt. In particular, in an axis-parallel steering the support force is transmitted by means of a ball screw to the rack. It should be noted that the rack is also deflected radially at high shear forces, which may result from the tie rod. However, the ball screw is previously used as a bearing for the rack. The acting transverse forces on the rack must therefore be absorbed by the ball screw. Ideally, however, the ball screw is only subjected to axial forces.
Bei wirkenden Querkräften verbiegt sich die Zahnstange relativ zur Lenkmutter. Die Druckwinkel im Kugelgewindetrieb verändern sich. Es entstehen undefinierte Belastungen auf den Kugelgewindetrieb. Daraus ergeben sich mögliche Fehlfunktionen, wie bspw. ein Verkanten des Kugelgewindetriebs, was zu Schwergängigkeit und Hakeln führt, und ein Kugelstau und daraus resultierende Überbeanspruchung der Kugeln, was zu sogenannten Pittingspuren führen kann. When transverse forces act, the rack bends relative to the steering nut. The pressure angles in the ball screw change. There are undefined loads on the ball screw. This results in possible malfunctions, such as a tilting of the ball screw, which leads to stiffness and Hakeln, and a ball jam and consequent overloading of the balls, which can lead to so-called Putztpuren.
Die aktuelle Kugelgewindetriebausführung muss aufgrund der Querkraftbelastung sehr massiv ausgelegt werden, um die vorstehend beschriebenen Fehlfunktionen zu vermeiden. Die Fertigungstoleranzen müssen immer weiter eingeschränkt werden, die Teile müssen zusätzlich zugepaart werden. Die Fehlfunktionen können jedoch dennoch nicht komplett vermieden werden. The current ball screw design must be designed very massive due to the lateral force load to avoid the malfunction described above. The manufacturing tolerances must be further restricted, the parts must be additionally paired. Nevertheless, the malfunctions can not be completely avoided.
Es ist bspw. bekannt, Stützlager in dem Lenkgehäuse vorzusehen, um Querkräfte der Zahnstange aufzunehmen. Es zeigt sich, dass Stützlager im Lenkgehäuse eine schmale Lagerbasis haben und daher nur bedingt wirksam sind. It is known, for example, to provide support bearings in the steering housing to absorb lateral forces of the rack. It turns out that support bearings in the steering housing have a narrow bearing base and are therefore only partially effective.
Vor diesem Hintergrund wird eine Servolenkung nach Anspruch 1 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung. Against this background, a power steering system according to claim 1 is presented. Embodiments result from the dependent claims and the description.
Die vorgestellte Servolenkung weist einen Servomotor auf, der ein Moment bereitstellt, das über einen Kugelgewindetrieb auf eine Zahnstange übertragen wird bzw. ist, wobei der Kugelgewindetrieb ein Lenkgehäuse und eine Lenkmutter umfasst, in der die Zahnstange gelagert ist. Die Servolenkung zeichnet sich dadurch aus, dass in der Lenkmutter mindestens ein Stützlager vorgesehen ist, durch das die Zahnstange gelagert ist. The proposed power steering has a servomotor which provides a moment which is transmitted to a rack via a ball screw, the ball screw comprising a steering box and a steering nut in which the rack is mounted. The power steering is characterized in that in the steering nut at least one support bearing is provided through which the rack is mounted.
Zweckmäßigerweise sind zwei Stützlager, die als Gleitlager wirken, in der Lenkmutter vorgesehen. Grundsätzlich können auch mehr als zwei Stützlager, bspw. drei oder vier Stützlager, vorgesehen sein. Conveniently, two support bearings, which act as a sliding bearing, provided in the steering nut. In principle, more than two support bearings, for example three or four support bearings, can be provided.
Sind zwei Stützlager vorgesehen, so sind diese in Ausgestaltung einander gegenüberliegenden jeweils im Bereich der Enden der Lenkmutter angeordnet. If two support bearings are provided, then these are arranged opposite one another in the region of the ends of the steering nut in each embodiment.
Weiterhin kann das mindestens eine Stützlager als Schwenklager ausgebildet sein. Furthermore, the at least one support bearing may be formed as a pivot bearing.
Zweckmäßig ist die Kombination mit zwei Gleitlagern und einem Schwenklager, das normalerweise als Rillenkugellager ausgeführt ist. Dadurch werden die Radialkräfte der Zahnstange von den Gleitlagern aufgenommen und die Lenkmutter kann sich entsprechend der Biegelinie der Zahnstange ausrichten. Conveniently, the combination with two plain bearings and a pivot bearing, which is normally designed as deep groove ball bearings. As a result, the radial forces of the rack are absorbed by the plain bearings and the steering nut can align according to the bending line of the rack.
In einer weiteren Ausgestaltung ist bei dem mindestens einen Stützlager eine spezielle Lagerbuchse mit durch mindestens eine Aussparung reduzierter Kontaktfläche verwendet. Zweckmäßigerweise wird die Zahnstange nur an drei Kontaktpunkten geführt. Dadurch sind beide Teile, Zahnstange zu Lager, genauer bestimmt. Das Lagerspiel kann dadurch und durch die reduzierte Reibung kleiner gewählt werden. Durch die reduzierte Kontaktfläche kann auch ein geringes Übermaß gewählt werden, das dann nach einer kurzen Einlaufzeit zu einer spielfreien Lagerung führt. Darüber hinaus wird durch die mindestens eine Aussparung, typischerweise durch die Aussparungen, das Fett von der Zahnstange weniger abgestreift. Das abgestreifte oder gezielt aufgetragene Fett wird in der mindestens einen Aussparung gesammelt und dient der Schmierung des Stütz- bzw. Gleitlagers. In a further embodiment, in the at least one support bearing a special bearing bush is used with reduced by at least one recess contact surface. Conveniently, the rack is guided only at three contact points. As a result, both parts, rack to camp, more precisely. The bearing clearance can be made smaller thereby and by the reduced friction. Due to the reduced contact surface, a slight oversize can be selected, which then leads to a play-free storage after a short break-in period. In addition, the at least one recess, typically through the recesses, the grease from the rack less stripped. The stripped or deliberately applied grease is collected in the at least one recess and serves to lubricate the support or sliding bearing.
Außerdem kann in dem Kugelgewindetrieb ein Abstreifring axial gesichert bzw. befestigt sein. Dadurch können Sicherheitsringe entfallen. In addition, in the ball screw a scraper axially secured or secured. This can be omitted safety rings.
Bei der vorgestellten Servolenkung kann als Servomotor ein Elektromotor dienen. Alternativ kann auch ein hydraulischer Antrieb vorgesehen sein. In the presented power steering can serve as a servomotor, an electric motor. Alternatively, a hydraulic drive can also be provided.
Die beschriebene Servolenkung kann für einen Einsatz in einer achsparallelen Lenkung ausgelegt sein. The described power steering can be designed for use in an axis-parallel steering.
Bei herkömmlichen Servolenkungen erfolgt der Kraftfluss von der Zahnstange über den Kugelgewindetrieb auf das Rillenkugellager. Mit der beschriebenen Servolenkung erfolgt nunmehr der Kraftfluss von der Zahnstange über das mindestens eine Stützlager auf das Rillenkugellager. In conventional power steering, the power flow from the rack via the ball screw on the deep groove ball bearing. With the described power steering, the power flow now takes place from the rack via the at least one support bearing to the deep groove ball bearing.
Es wird somit die Integration von mindestens einem Stützlager, bspw. von zwei Stützlagern, in den Kugelgewindetrieb, in diesem Fall in die Lenkmutter des Kugelgewindetriebs vorgenommen. Diese Stützlager stellen bspw. eine Gleitlagerung bereit, wobei bei normaler Last, d. h. bei geringer Querkraft auf die Zahnstange, die Lagerung bzw. Gleitlagerung nicht in Eingriff ist. Bei hohen Querkräften dient das bzw. dienen die Stütz- bzw. Gleitlager zur Begrenzung der Zahnstangenbiegelinie im Bereich des Kugelgewindetriebs. Dabei richtet sich die Lenkmutter unter Last zur Zahnstange aus. It is thus the integration of at least one support bearing, for example. Of two support bearings, made in the ball screw, in this case in the steering nut of the ball screw. These support bearings provide, for example, a slide bearing, wherein at normal load, d. H. at low lateral force on the rack, the bearing or sliding bearing is not engaged. In the case of high transverse forces, the support or sliding bearing serves to limit the rack bending line in the area of the ball screw drive. The steering nut aligns under load to the rack.
Es zeigt sich, dass durch diese Maßnahme die Druckwinkeldifferenz auf ein akzeptables Maß reduziert wird. Hohe Querkräfte werden von dem bzw. den Stützlagern aufgenommen und direkt an bspw. das Rillenkugellager übertragen. Der Kugelgewindetrieb wird auf diese Weise vor radialer Überlast geschützt. It turns out that this measure reduces the pressure angle difference to an acceptable level. High lateral forces are absorbed by the support bearing (s) and transmitted directly to, for example, the deep groove ball bearing. The ball screw is protected in this way from radial overload.
Weiterhin zeigt sich, dass die Druckwinkel an den hauptbelasteten äußeren Steigungen auf beiden Seiten bzw. Enden, d. h. rechts und links, symmetrisch sind. Die Last wird gleichmäßig verteilt. Somit werden einseitige Belastungsspitzen in der Kugelrückführung des Kugelgewindetriebs verringert werden. Klemmer können so vermieden werden. Furthermore, it turns out that the pressure angles on the main loaded outer slopes on both sides or ends, i. H. right and left, are symmetrical. The load is distributed evenly. Thus, unilateral load peaks in the ball return of the ball screw will be reduced. Clamps can be avoided this way.
Durch die breite Lagerbasis der Lenkmutter auf der Zahnstange kann die Lenkmutter der Zahnstange bei zu großer radialer Auslenkung innerhalb des elastischen Bereichs der Rillenkugellagerung folgen. Zu beachten ist weiterhin, dass durch Einsatz eines Schwenklagers statt eines Rillenkugellagers die Ausrichtung der Bauteile zueinander noch verbessert werden kann. Due to the wide bearing base of the steering nut on the rack, the steering nut of the rack can follow too much radial deflection within the elastic range of deep groove ball bearings. It should also be noted that by using a pivot bearing instead of a deep groove ball bearing, the alignment of the components with each other can still be improved.
Die vorgestellte Servolenkung mit dem erfindungsgemäß ausgeführten Kugelgewindetrieb hat, zumindest in einigen der Ausführungen, etliche Vorteile. So wird die Belastung des Kugelgewindetriebs auf seine eigentlich vorgesehene Belastungsart reduziert, d. h. dass Axialkräfte spiel- und reibungsarm übertragen werden können. Daher werden Fehlfunktionen, wie bspw. Hakeln oder Klemmen, vermieden. Durch das Eliminieren der Belastungsspitzen im Kugelgewindetrieb kann dieser kompakter ausgelegt werden. Zudem können Fertigungstoleranzen erhöht werden. Ein Zugpaaren der Bauteile kann entfallen. The presented power steering with the ball screw according to the invention has, at least in some of the embodiments, several advantages. Thus, the load of the ball screw is reduced to its intended type of load, d. H. that axial forces can be transferred play and friction. Therefore, malfunctions such as hooking or jamming are avoided. By eliminating the load peaks in the ball screw this can be designed more compact. In addition, manufacturing tolerances can be increased. A Zugpaaren the components can be omitted.
Bei dem beschriebenen Kugelgewindetrieb ist das Stützlager direkt in diesen integriert. Zu beachten ist, dass die Baugruppe mit dem oder den Stützlagern optional als Sonderlösung oder auch nachträglich in den vorhandenen Bauraum integriert werden kann. Die bislang vorgesehenen Sicherungsringe können entfallen. Weiterhin kann sich das Hebelverhältnis für die Zahnstangenlagerung verbessern. Darüber hinaus können Missbrauchslasten über die Gleitlagerung abgestützt werden. In the described ball screw, the support bearing is integrated directly into this. It should be noted that the assembly with the support bearing (s) can optionally be integrated as a special solution or subsequently into the existing installation space. The hitherto provided retaining rings can be omitted. Furthermore, the lever ratio for the rack storage can improve. In addition, abuse charges can be supported via the slide bearing.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
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. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is illustrated by means of embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawings.
In
Durch die beiden Stützlager
Zusätzlich deuten Pfeile
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Cited By (1)
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US20240124049A1 (en) * | 2019-10-16 | 2024-04-18 | Knorr-Bremse Systeme Fuer Nutzfahrzeuge Gmbh | Steering Transmission for Electromechanical Steering System for a Vehicle and Electromechanical Steering System for a Vehicle |
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EP2049383B1 (en) | 2006-08-10 | 2009-12-16 | ZF-Lenksysteme GmbH | Servo steering |
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2013
- 2013-07-08 DE DE201310107143 patent/DE102013107143A1/en not_active Withdrawn
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Date | Code | Title | Description |
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Owner name: ROBERT BOSCH AUTOMOTIVE STEERING GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: ZF LENKSYSTEME GMBH, 73527 SCHWAEBISCH GMUEND, DE Effective date: 20150423 |
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