DE102019118406A1 - Noise-optimized storage unit for a power steering-assisted steering gear - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit (21) für ein Lenkgetriebe (1) eines Fahrzeugs, umfassend ein Wälzlager (22) mit einem Außenring (25), einem Innenring (24) und mit als Kugeln ausgeführten Wälzkörpern (27), wobei der Außenring (25) mit einer teilkugelförmigen Mantelfläche (28) schwenkbar in einer korrespondierend gestalteten Lageraufnahme (29) eines ortsfesten Außenkörpers (23) eingesetzt ist, wodurch das Wälzlager (22) gegenüber der Lageraufnahme (29) um eine quer zu einer Lagerachse (30) ausgerichteten Schwenkachse (31) verschwenkbar und eine relative Lage von Kontaktbereichen der Lageraufnahme (29) und des Außenrings (25) zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen veränderbar ist, wobei in der teilkugelförmigen Mantelfläche (28) des Außenrings (25) zumindest eine Umlaufnut (33) eingebracht ist, in der ein elastisches, kraftschlüssig an der kugelkalottenförmig gestalteten Lageraufnahme (29) des Außenkörpers (25) abgestütztes Vorspannelement (32) eingepasst ist, wobei das Vorspannelement (32) im Betriebszustand eine geringe Schwenkbewegung einer Schneckenspindel (7) zu einem ortsfesten Gehäuse ermöglicht, die durch einen Verzahnungseingriff zwischen einem Schneckenrad (8) und der Schneckenspindel (7) entsteht.The invention relates to a bearing unit (21) for a steering gear (1) of a vehicle, comprising a roller bearing (22) with an outer ring (25), an inner ring (24) and with rolling elements (27) designed as balls, the outer ring (25 ) is inserted with a partially spherical outer surface (28) pivotably in a correspondingly designed bearing receptacle (29) of a stationary outer body (23), whereby the roller bearing (22) relative to the bearing receptacle (29) about a pivot axis oriented transversely to a bearing axis (30) ( 31) can be pivoted and a relative position of contact areas of the bearing receptacle (29) and the outer ring (25) can be changed to compensate for manufacturing tolerances, with at least one circumferential groove (33) being made in the partially spherical outer surface (28) of the outer ring (25), in which is fitted with an elastic prestressing element (32) supported in a non-positive manner on the spherical cap-shaped bearing receptacle (29) of the outer body (25), the prestressing lement (32) in the operating state allows a small pivoting movement of a worm spindle (7) to a stationary housing, which is created by a toothing engagement between a worm wheel (8) and the worm spindle (7).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lagereinheit für ein Lenkgetriebe eines Fahrzeugs, umfassend ein Wälzlager mit einem Außenring, einem Innenring und mit dazwischen geführten, als Kugeln ausgeführten Wälzkörpern, wobei der Außenring mit einer teilkugelförmigen Mantelfläche schwenkbar in einer korrespondierend gestalteten Lageraufnahme eines Außenkörpers eingesetzt ist, so dass das Wälzlager gegenüber der Lageraufnahme um eine quer zu einer Lagerachse ausgerichtete Schwenkachse verschwenkbar und eine relative Lage von Kontaktbereichen der Lageraufnahme und des Außenrings zum Ausgleich von Montagetoleranzen und/oder Fertigungstoleranzen veränderbar ist.The invention relates to a bearing unit for a steering gear of a vehicle, comprising a roller bearing with an outer ring, an inner ring and with rolling elements in the form of balls guided therebetween, the outer ring with a partially spherical outer surface being inserted pivotably in a correspondingly designed bearing receptacle of an outer body, so that the roller bearing can be pivoted with respect to the bearing receptacle about a pivot axis oriented transversely to a bearing axis, and a relative position of contact areas of the bearing receptacle and the outer ring can be changed to compensate for assembly tolerances and / or manufacturing tolerances.

Eine elektrische Lenkunterstützung in Kraftfahrzeugen wird üblicherweise mit Elektromotoren realisiert, welche über ein Schneckengetriebe ein Moment auf die Lenkwelle übertragen. Das Schneckengetriebe besteht dabei aus einem Schneckenrad und einer Schneckenwelle, wobei das Schneckenrad mit der Lenkwelle eine Baueinheit bildet. Eine mit dem Elektromotor verbundene Schneckenwelle ist dabei über ein Loslager und ein Festlager gelagert. Zur Spielfreistellung zwischen Schneckenrad und Schneckenwelle wird die Schneckenwelle verkippt und dazu bevorzugt über das Loslager auf das Schneckenrad gedrückt, wobei das zugehörige Festlager kipp- oder schwenkbar ausgelegt ist. Ein Schwenken der Lagereinheit des Festlagers ermöglicht dabei ein auch Schwenkring genannter Außenkörper, dessen Kugelkalotte einen Außenring des Festlagers mit einer teilkugelförmigen Mantelfläche aufnimmt.Electric steering assistance in motor vehicles is usually implemented with electric motors which transmit a torque to the steering shaft via a worm gear. The worm gear consists of a worm wheel and a worm shaft, the worm wheel forming a structural unit with the steering shaft. A worm shaft connected to the electric motor is supported by a floating bearing and a fixed bearing. To provide clearance between the worm wheel and the worm shaft, the worm shaft is tilted and, for this purpose, is preferably pressed onto the worm wheel via the floating bearing, the associated fixed bearing being designed to be tiltable or pivotable. A pivoting of the bearing unit of the fixed bearing enables an outer body, also called a swivel ring, the spherical cap of which receives an outer ring of the fixed bearing with a partially spherical outer surface.

Ein fertigungsbedingtes Spiel zwischen der Kugelkalotte des Außenkörpers und dem Außenring des Festlagers verursacht im Betriebszustand des Fahrzeugs häufig ungewollte, nachteilige Geräusche. Mit teilweise hohem Aufwand und vielen Zusatzkomponenten wurde versucht, das in der Lagereinheit vorhandene Spiel zu verringern. Beispielsweise wurden zur Spielminimierung die zueinander gepaarten Bauteile, die Mantelfläche des Außenrings sowie die Aufnahme der Kugelkalotte hochgenau geschliffen, jedoch konnte auch damit kein zufriedenstellendes Ergebnis erreicht werden.A production-related play between the spherical cap of the outer body and the outer ring of the fixed bearing often causes undesired, disadvantageous noises when the vehicle is in operation. An attempt was made to reduce the play existing in the bearing unit, sometimes at great expense and with many additional components. For example, the paired components, the outer surface of the outer ring and the seat of the spherical cap were ground with high precision to minimize play, but this did not produce a satisfactory result either.

Die EP 1 453 717 B1 zeigt eine Schneckenwelle eines Lenkgetriebes, die zur Lagerung an einem Ende ein schwenkbar gelagertes Festlager sowie an dem weiteren freien Wellenende ein Loslager vorsieht. Aufgrund des Schwenklagers kann die Schneckenwelle in Richtung des Schneckenrades schwenken und steht damit im Eingriff mit einem Schneckenrad. Ein auf das Loslager wirkendes Druckstück in Verbindung mit einem Federmittel sorgt für eine radiale Anfederung und damit für einen Eingriff der beiden Getriebeteile, Schneckenwelle und Schneckenrad. Jedoch ist diese mit einer Schwenkkulisse ausgestattete Lagereinheit nicht vollkommen spielfrei realisierbar.The EP 1 453 717 B1 shows a worm shaft of a steering gear, which provides a pivotably mounted fixed bearing at one end and a floating bearing at the other free shaft end. Due to the pivot bearing, the worm shaft can pivot in the direction of the worm wheel and is therefore in engagement with a worm wheel. A pressure piece acting on the floating bearing in connection with a spring means ensures radial springing and thus the engagement of the two gear parts, worm shaft and worm wheel. However, this bearing unit equipped with a swivel link cannot be implemented completely free of play.

Aus der DE 10 2007 044 618 A1 ist eine aus einem Außenkörper und einem Wälzlager gebildete weitere Lagereinheit für ein Lenkgetriebe bekannt. Zur Darstellung einer Schwenklagerung ist ein äußerer Lagerring mit einer teilkreisförmigen Mantelfläche an einer Aufnahme des aus zwei Ringelementen bestehenden Außenkörpers abgestützt. Die zwei spiegelsymmetrisch angeordneten Ringelemente sind durch ein außenseitiges U-förmiges Verbindungselement zusammengefügt und bilden innenseitig eine als Kugelkalotte gestaltete Aufnahme für den äußeren Lagerring. Für eine Montage des Außenkörpers werden die Ringelemente von unterschiedlichen Seiten in Richtung einer Lagerachse des Wälzlagers auf die Mantelfläche des äußeren Lagerrings geschoben. Ein Anpressen der Ringelemente an die Mantelfläche des äußeren Lagerrings kann unter Einhaltung eines geringen axialen Abstandes mit einer vorgegebenen Anpresskraft erfolgen, wobei das außenseitige U-förmige Verbindungselement durch plastische Verformung die Lage der Ringelemente sichert.From the DE 10 2007 044 618 A1 a further bearing unit for a steering gear formed from an outer body and a roller bearing is known. To represent a pivot bearing, an outer bearing ring with a partially circular surface area is supported on a receptacle of the outer body, which consists of two ring elements. The two mirror-symmetrically arranged ring elements are joined together by a U-shaped connecting element on the outside and form a spherical cap for the outer bearing ring on the inside. For assembly of the outer body, the ring elements are pushed onto the outer surface of the outer bearing ring from different sides in the direction of a bearing axis of the roller bearing. The ring elements can be pressed against the outer surface of the outer bearing ring while maintaining a small axial distance with a predetermined pressing force, the outer U-shaped connecting element securing the position of the ring elements through plastic deformation.

In der DE 10 2008 042 608 A2 ist eine ein Loslager und ein Schwenklager einschließende Schneckenwellenlagerung für ein Lenkgetriebe gezeigt, wobei das Schwenklager ein Federelement einschließt. Als Federelement ist beispielsweise eine Federscheibe vorgesehen, die mit zwei nasenförmig gestalteten, gegenüberliegend angeordneten Vorsprüngen den Außenring des Schwenklagers unmittelbar mit einer axialen Kraft beaufschlagt. Mit dieser auf die schwenkbare Lagerung der Schneckenwelle wirkende Anfederung soll ein spielfreies, geräuschoptimiertes Schwenklager realisiert werden.In the DE 10 2008 042 608 A2 a worm shaft bearing for a steering gear, including a floating bearing and a pivot bearing, is shown, the pivot bearing including a spring element. A spring washer, for example, is provided as the spring element, which directly acts on the outer ring of the pivot bearing with an axial force with two nose-shaped projections arranged opposite one another. With this springing action acting on the pivotable mounting of the worm shaft, a backlash-free, noise-optimized pivot bearing is to be realized.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine schwenkbare Lagereinheit für ein Lenkgetriebe mit einer geräuschoptimierten, spielfreien Anordnung des Wälzlagers bereitzustellen, die eine vereinfachte Montage ermöglicht und mit geringen Herstellkosten realisierbar ist.The object of the invention is to provide a pivotable bearing unit for a steering gear with a noise-optimized, play-free arrangement of the roller bearing, which enables simplified assembly and can be implemented with low manufacturing costs.

Diese Aufgabenstellung wird mittels einer gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 aufgebauten Lagereinheit gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen oder Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben.This object is achieved by means of a storage unit constructed in accordance with the features of claim 1. Advantageous configurations or embodiments are described in the dependent claims 2 to 10.

Die erfinderische Lösung sieht vor, dass in der teilkugelförmigen Mantelfläche des Außenrings von dem Wälzlager der schwenkbaren Lagereinheit zumindest eine Umlaufnut eingebracht ist, in der ein elastisches, kraftschlüssig an der kugelkalottenförmig gestalteten Lageraufnahme des Außenkörpers abgestütztes Vorspannelement eingepasst ist. Dabei ermöglicht die Erfindung eine geringe Schwenkbewegung der auch Schneckenwelle genannten Schneckenspindel zum ortsfesten Gehäuse, die im Betriebszustand durch den Verzahnungseingriff zwischen dem Schneckenrad und der Schneckenwelle entsteht.The inventive solution provides that at least one circumferential groove is made in the partially spherical surface of the outer ring of the roller bearing of the pivotable bearing unit, in which an elastic preload element, which is non-positively supported on the spherical cap-shaped bearing seat of the outer body, is fitted. There the invention enables a slight pivoting movement of the worm spindle, also called worm shaft, to the stationary housing, which is produced in the operating state by the meshing of the teeth between the worm wheel and the worm shaft.

Das Vorspannelement erzeugt eine über den Umfang nahezu gleichmäßige Vorspannkraft, welche sich aufgrund der kalottenförmigen Gegendruckfläche des Außenkörpers und in Abhängigkeit von dem Radius der Kalotte sowohl axial als auch radial auswirkt. Dies führt zu einer nahezu gleichmäßigen Spieleinengung im Schwenkbereich zwischen dem aus Sintermetall hergestellten Außenkörper und dem Außenring des Wälzlagers.The prestressing element generates a prestressing force that is almost uniform over the circumference, which has an axial as well as a radial effect due to the dome-shaped counterpressure surface of the outer body and as a function of the radius of the dome. This leads to an almost even narrowing of the play in the pivoting area between the outer body made of sintered metal and the outer ring of the roller bearing.

Über das elastische Vorspannelement, welches die Wirkung eines Federelements ausübt, ist der Außenring des Wälzlagers gegenüber dem auch Schwenkring genannten Außenkörper in allen Schwenkpositionen spielfrei gestellt. Mit der damit verbundenen radial wirkenden Anfederung wird für die Schneckenwelle eine Lagerung geschaffen, die kein freies Spiel zulässt und eine wirksame Bewegungsdämpfung sowie eine Dämpfung der Geräusche bewirkt.Via the elastic preloading element, which exerts the effect of a spring element, the outer ring of the roller bearing is set free of play in all pivoting positions with respect to the outer body, also known as the swivel ring. With the associated radially acting resilience, a bearing is created for the worm shaft that does not allow any free play and causes effective movement damping as well as damping of noise.

Vorteilhaft kann aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahme zur Spieleinengung mittels einer günstigen Zusatzkomponente in der Fertigung ein größeres Spiel im Schwenkbereich der Lagereinheit zugelassen werden, was zu einer Kostenreduzierung in der Fertigung führt. Durch Einsatz des Vorspannelementes kann weiterhin eine wirksame, dauerhafte und kostengünstige Anfederung innerhalb des vorgegebenen Bauraums der Lagereinheit realisiert werden.Due to the measure according to the invention for reducing play by means of a favorable additional component in production, greater play can advantageously be permitted in the pivoting range of the bearing unit, which leads to a cost reduction in production. By using the prestressing element, an effective, permanent and inexpensive springing can also be realized within the given installation space of the bearing unit.

Die Einbaulage des Vorspannelementes im Außenring des Wälzlagers ermöglicht eine einfache, kostengünstige Fertigung gegenüber bekannten Lösungen, bei denen das Vorspannelement in der kugelkalottenähnlich gestalteten Aufnahme des aus Sintermetall gefertigten Außenkörpers positioniert ist. Das Einbringen der Umlaufnut an einer Innenkontur des Außenkörpers erfordert bei dem bekannten Konzept einen zusätzlichen, spangebenden Arbeitsgang und folglich einen nachteilig erhöhten Fertigungsaufwand. Im Vergleich dazu ist gemäß der Erfindung vorgesehen, in die Mantelfläche bzw. den Außendurchmesser des aus einem Wälzlagerstahl hergestellten Wälzlager-Außenrings im Rahmen der spangebenden Formgebung des Außenrings zumindest eine Umlaufnut für das Vorspannelement einzubringen. Dies ist mit einem geringen Mehraufwand einfach realisierbar, der sich hinsichtlich der Fertigungskosten kaum auswirkt. Hinzu kommt, dass eine Montage der Vorspannelemente am Außendurchmesser wesentlich einfacher insbesondere maschinell umsetzbar ist im Vergleich zu einer Montage des Vorspannelementes am Innendurchmesser des Sinterrings.The installation position of the prestressing element in the outer ring of the roller bearing enables simple, cost-effective production compared to known solutions in which the prestressing element is positioned in the spherical cap-shaped receptacle of the outer body made of sintered metal. In the known concept, the introduction of the circumferential groove on an inner contour of the outer body requires an additional, machining operation and consequently a disadvantageously increased production effort. In comparison, the invention provides for at least one circumferential groove for the prestressing element to be made in the outer surface or the outer diameter of the outer ring of the bearing made from a bearing steel as part of the machining of the outer ring. This can be easily implemented with little additional effort, which has hardly any effect on the production costs. In addition, it is much easier to mount the pretensioning elements on the outside diameter, in particular by machine, compared to mounting the pretensioning element on the inside diameter of the sintered ring.

Durch die geometrische Ausgestaltung der Umlaufnut sowie die Breite, Anzahl, Lage bzw. Anordnung und Materialauswahl der Feder- bzw. Vorspannelemente besteht die Möglichkeit, die Vorspannung und damit das Einbauspiel zwischen dem Außenkörper und dem Kugellager-Außenring gezielt zu beeinflussen. Damit verbunden ist vorteilhaft die resultierende Dämpfung hinsichtlich Bewegung und Geräusch sowie das Schwenkmoment im Betrieb der Lenkung gezielt steuerbar. Außerdem können mit der erfindungsgemäßen Maßnahme auch im Betriebszustand des Lenkgetriebes und selbst bei Lastwechseln störende Geräusche wirksam unterbunden werden.Due to the geometric design of the circumferential groove and the width, number, position or arrangement and material selection of the spring or prestressing elements, it is possible to specifically influence the prestress and thus the installation clearance between the outer body and the ball bearing outer ring. Associated with this, the resulting damping with regard to movement and noise as well as the pivoting moment can be controlled in a targeted manner when the steering is in operation. In addition, with the measure according to the invention, disturbing noises can also be effectively prevented in the operating state of the steering gear and even during load changes.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung wird für ein lenkhilfeunterstütztes Lenkgetriebe eine schwenkbare Lagereinheit bereitgestellt, die eine spielfreie und geräuschoptimierte Anordnung des Wälzlagers umfasst, wobei die Maßnahme einen geringen Fertigungs- und Montageaufwand erfordert und folglich kostengünstig darstellbar ist.With the solution according to the invention, a pivotable bearing unit is provided for a power steering-assisted steering gear which comprises a play-free and noise-optimized arrangement of the roller bearing, the measure requiring little manufacturing and assembly effort and consequently being inexpensive.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der Mantelfläche des Außenrings zwei jeweils axial von einer Mitte des Wälzlagers beabstandete elastische Vorspannelemente eingesetzt sind. Vorteilhaft sind die Vorspannelemente mit einem übereinstimmenden Abstand zur Außenringmitte positioniert. Weiterhin kann bei Bedarf der Außenring auch mehr als zwei, beispielsweise drei oder vier kleiner dimensionierte Vorspannelemente einschließen, um damit einen größeren Bereich der Mantelfläche abdecken zu können.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that two elastic preloading elements, each axially spaced from a center of the roller bearing, are inserted in the jacket surface of the outer ring. The preloading elements are advantageously positioned at a matching distance from the center of the outer ring. Furthermore, if necessary, the outer ring can also include more than two, for example three or four smaller-sized prestressing elements in order to be able to cover a larger area of the lateral surface.

Eine bevorzugte geometrische Ausgestaltung sieht vor, die Mantelfläche für den Außenring konvex und die Lageraufnahme des Außenkörpers konkav auszuführen, wobei die zusammenwirkenden Kontaktbereiche zueinander korrespondierend gestaltet sind.A preferred geometric configuration provides for the jacket surface for the outer ring to be convex and the bearing receptacle of the outer body to be concave, the interacting contact areas being configured to correspond to one another.

Zur Erzielung einer bauteiloptimierten Lagereinheit ist erfindungsgemäß vorgesehen, einen einteilig aufgebauten Außenkörper einzusetzen. Die Lageraufnahme des Außenkörpers umfasst einen sich von einer Stirnseite bis über die halbe Breite des Außenkörpers erstreckenden zylindrischen Abschnitt, an den sich eine kugelkalottenähnlich gestaltete Aufnahme unmittelbar anschließt. Diese Lageraufnahme ermöglicht bei Verwendung eines einteiligen Außenkörpers eine seitliche Montage des Wälzlagers in den Außenkörper.To achieve a component-optimized storage unit, it is provided according to the invention to use an outer body constructed in one piece. The bearing receptacle of the outer body comprises a cylindrical section which extends from one end face to over half the width of the outer body and which is directly adjoined by a receptacle shaped like a spherical cap. When a one-piece outer body is used, this bearing receptacle enables the rolling bearing to be mounted laterally in the outer body.

Das Vorspannelement mit einem vorzugsweise runden oder kreisförmigen Querschnittsprofil ist bevorzugt in eine U-förmige Umlaufnut des Außenrings eingesetzt. Alternativ sind auch Vorspannelemente mit einer von einer Kreisform abweichenden Querschnittsform verwendbar, die mit entsprechenden, beispielsweise von einer U-Form abweichenden Umlaufnuten kombinierbar sind.The prestressing element has a preferably round or circular cross-sectional profile preferably used in a U-shaped circumferential groove of the outer ring. Alternatively, pretensioning elements with a cross-sectional shape deviating from a circular shape can also be used, which can be combined with corresponding circumferential grooves, for example deviating from a U-shape.

Das erfindungsgemäße, den Außenring des Wälzlagers umschließende und spielbehaftet in der Umlaufnut eingesetzte Vorspannelement wird bei der Montage bzw. im Einbauzustand elastisch verformt. Aufgrund der sich einstellenden Anpresskraft zwischen den Kontaktbereichen der kugelkalottenförmigen Lageraufnahme des Außenkörpers und der teilkugelförmigen Mantelfläche des äußeren Lagerrings vom Wälzlager stellt sich die elastische Umformung des Vorspannelementes ein. Um die elastische Verformung des Vorspannelementes bei dem Einbau des Wälzlagers in den Außenkörper zu ermöglichen, übertrifft das Querschnittsprofil der Umlaufnut das Querschnittsprofil des Vorspannelementes.The prestressing element according to the invention, which encloses the outer ring of the roller bearing and is inserted with play in the circumferential groove, is elastically deformed during assembly or in the installed state. The elastic deformation of the prestressing element occurs due to the pressure force that is established between the contact areas of the spherical cap-shaped bearing receptacle of the outer body and the partially spherical jacket surface of the outer bearing ring of the roller bearing. In order to enable the elastic deformation of the prestressing element when the roller bearing is installed in the outer body, the cross-sectional profile of the circumferential groove exceeds the cross-sectional profile of the prestressing element.

Als Werkstoff für das zwischen dem Außenring des Wälzlagers und dem Außenkörper eingesetzte Vorspannelement bietet sich vorzugsweise ein Kunststoff an. Beispielsweise können dazu Elastomerfedern oder O-Ringe aus Elastomer verwendet werden. Der Vorteil von O-Ringen besteht darin, dass diese grundsätzlich in einer Vielzahl von genormten Durchmessern bzw. Schnurstärken kostengünstig verfügbar sind. Damit kann die Vorspannung im Schwenkbereich auf eine günstige Weise beeinflusst werden sowie Kundenanforderungen erfüllt werden. Die Materialauswahl des Vorspannelementes ist jedoch nicht auf Kunststoff beschränkt. Alternativ dazu bietet es sich an, ein aus metallischem Blech hergestelltes Vorspannelement einzusetzen, wie beispielsweise eine Radialwellfeder aus Federstahl.A plastic is preferably used as the material for the prestressing element used between the outer ring of the roller bearing and the outer body. For example, elastomer springs or O-rings made of elastomer can be used for this purpose. The advantage of O-rings is that they are basically available in a large number of standardized diameters or cord thicknesses at low cost. In this way, the preload in the pivoting range can be influenced in a favorable manner and customer requirements can be met. The choice of material for the prestressing element is not limited to plastic. As an alternative to this, it is advisable to use a prestressing element made from sheet metal, such as a radial corrugated spring made from spring steel.

Bevorzugt ist die Erfindung für die Lagereinheit eines lenkhilfeunterstützten Lenkgetriebes vorgesehen, bei dem mittels eines in einem Außenkörper eingesetzten, verschwenkbaren Wälzlagers eine Schneckenspindel gelagert ist. Zur Erreichung eines spielreduzierten oder spielfreien Eingriffs der Schneckenspindel in die Verzahnung eines Schneckenrades umfasst die Lagereinheit zumindest ein elastisches Vorspannelement. Weiterhin ist die erfindungsgemäße Lagereinheit für unterschiedliche Anwendungen geeignet, bei denen beispielsweise eine vereinfachte Fertigung, eine Montageoptimierung oder eine toleranzunabhängige Spielgestaltung erforderlich ist.The invention is preferably provided for the bearing unit of a steering gear assisted by power steering, in which a worm spindle is mounted by means of a pivotable roller bearing inserted in an outer body. In order to achieve a backlash-reduced or backlash-free engagement of the worm spindle in the toothing of a worm wheel, the bearing unit comprises at least one elastic pretensioning element. Furthermore, the bearing unit according to the invention is suitable for different applications in which, for example, simplified manufacture, assembly optimization or tolerance-independent play design is required.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Figuren, die sich auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beziehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. Dabei zeigen:

  • 1: ein lenkhilfeunterstütztes Lenkgetriebe eines Fahrzeugs, schematisch dargestellt, gemäß dem Stand der Technik;
  • 2: eine erfindungsgemäß aufgebaute Lagereinheit für ein lenkhilfeunterstütztes Lenkgetriebe in einer Schnittdarstellung;
  • 3: in einer Einzelteilzeichnung das in der Lagereinheit von 2 gezeigte Wälzlager;
  • 4: die erfindungsgemäße Lagereinheit in einer Perspektive.
Further features, advantages and effects of the invention emerge from the following description of the attached figures, which relate to a preferred exemplary embodiment of the invention. However, the invention is not restricted to the exemplary embodiment shown. Show:
  • 1 : a power steering-assisted steering gear of a vehicle, shown schematically, according to the prior art;
  • 2 : a bearing unit constructed according to the invention for a steering gear with power steering in a sectional view;
  • 3 : in a single part drawing that in the storage unit of 2 rolling bearings shown;
  • 4th : the storage unit according to the invention in a perspective.

In der 1 ist der Aufbau eines bekannten, lenkhilfeunterstützen, auch Servolenkung genannten Lenkgetriebes 1 von einem Kraftfahrzeug gezeigt, bei dem ein Ausgangsmoment eines Elektromotors 2 über einen Schneckentrieb 3 in eine Lenksäule 4 eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) geleitet wird. Hierzu ist eine Ausgangswelle 5 des Elektromotors 2 über eine Kupplung 6 mit einer Schneckenspindel 7 antriebsfest gekoppelt, deren Verzahnung mit einer Außenverzahnung eines Schneckenrades 8 der Lenksäule 4 in Eingriff steht. Im Betriebszustand derartiger Lenkgetriebe 1 führt ein übermäßiges Spiel zwischen Schneckenrad 8 und Schneckenspindel 7 zu einer unerwünschten Geräuschentwicklung. Als Maßnahme zur Geräuschvermeidung umfasst die Lagerung der Schneckenspindel 7 ein erstes, als Festlager ausgelegtes Wälzlager 9, das mittels eines Kugelgelenks um eine quer zur Lagerachse orientierte Schwenkachse verschwenkbar ist. Diese Schwenkbewegung ermöglicht ein endseitig der Schneckenspindel 7 angeordnetes, als Loslager ausgeführtes, einen Verschiebegrad 10 aufweisendes zweites federbeaufschlagtes Wälzlager 11. Das Kugelgelenk des Wälzlagers 9 umfasst einen äußeren Lagerring mit einer teilkugelförmigen äußeren Mantelfläche, die in einer kugelkalottenähnlichen Aufnahme eines das Wälzlager 9 umschließenden ortsfesten Außenkörpers (nicht gezeigt) geführt ist. Um ein Fertigungsspiel oder Einbauspiel der zusammenwirkenden Bauteile zu verringern, ist es erforderlich, die Kontaktflächen zwischen dem Außenkörper und dem äußeren Lagerring mit hoher Präzision zu fertigen.In the 1 is the structure of a well-known power steering assisted steering gear, also called power steering 1 shown by a motor vehicle in which an output torque of an electric motor 2 via a worm drive 3 into a steering column 4th of a vehicle (not shown). To do this, there is an output shaft 5 of the electric motor 2 via a clutch 6th with a worm spindle 7th coupled with a fixed drive, the toothing of which is connected to an external toothing of a worm wheel 8th the steering column 4th is engaged. In the operating state of such a steering gear 1 leads to excessive backlash between worm gear 8th and worm spindle 7th to undesirable noise development. As a measure to avoid noise, the storage of the worm spindle includes 7th a first roller bearing designed as a fixed bearing 9 , which can be pivoted about a pivot axis oriented transversely to the bearing axis by means of a ball joint. This pivoting movement enables one end of the worm spindle 7th arranged, designed as a floating bearing, a degree of displacement 10 having a second spring-loaded roller bearing 11 . The ball joint of the roller bearing 9 comprises an outer bearing ring with a partially spherical outer circumferential surface which is in a spherical cap-like receptacle of the roller bearing 9 enclosing stationary outer body (not shown) is performed. In order to reduce a production play or installation play of the interacting components, it is necessary to manufacture the contact surfaces between the outer body and the outer bearing ring with high precision.

Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Lagereinheit 21, die für eine schwenkbare Lagerung einer Schneckenspindel bestimmt ist. Die Lagereinheit 21 umfasst ein als Kugellager ausgebildetes Wälzlager 22, das schwenkbar in einem ortsfest positionierten Außenkörper 23 eingesetzt ist. Zwischen einem Innenring 24 und einem Außenring 25 des Wälzlagers 22 sind auf Laufbahnen geführte und in einem Wälzkörperkäfig 26 eingesetzte, als Kugeln ausgeführte Wälzkörper 27 angeordnet. Der Außenring 25 ist mit einer teilkugelförmig gestalteten Mantelfläche 28 schwenkbar in einer korrespondierend gestalteten, kugelkalottenförmigen Lageraufnahme 29 des Außenkörpers 23 eingesetzt. Das Wälzlager 22 ist damit gegenüber der Lageraufnahme 29 um eine quer zu einer Lagerachse 30 ausgerichteten Schwenkachse 31 begrenzt verschwenkbar. Zum Ausgleich von Montagetoleranzen und/oder Fertigungstoleranzen sind zwischen den Kontaktbereichen der konkaven Lageraufnahme 29 des Außenkörpers 23 und der konvexen Mantelfläche 28 des Außenrings 25 elastische Vorspannelemente 32 vorgesehen. Die in Umlaufnuten 33 des Außenrings 25 eingesetzten Vorspannelemente 32 sind im Einbauzustand kraftschlüssig an der Lageraufnahme 29 von dem Außenkörper 23 abgestützt. Um eine Montage des Außenrings 25 bzw. des Wälzlagers 22 in den einteiligen Außenkörpers 23 zu ermöglichen, schließt sich an die kugelkalottenförmige Lageraufnahme 29 zu einer Stirnseite des Außenkörpers 23 ein zylindrischer Abschnitt 34 an, dessen Durchmesser einem Außendurchmesser des Wälzlager-Außenrings 25 leicht übertrifft.The 2 shows a storage unit according to the invention 21st , which is intended for a pivoting mounting of a worm spindle. The storage unit 21st comprises a roller bearing designed as a ball bearing 22nd , which can be pivoted in a fixedly positioned outer body 23 is used. Between an inner ring 24 and an outer ring 25th of the rolling bearing 22nd are guided on raceways and in a rolling element cage 26th used rolling elements designed as balls 27 arranged. The outer ring 25th is with a partially spherical surface 28 pivotable in a corresponding designed, spherical cap-shaped bearing mount 29 of the outer body 23 used. The roller bearing 22nd is thus opposite to the warehouse 29 around a perpendicular to a bearing axis 30th aligned pivot axis 31 limited pivotable. To compensate for assembly tolerances and / or manufacturing tolerances, the concave bearing mounts are located between the contact areas 29 of the outer body 23 and the convex lateral surface 28 of the outer ring 25th elastic pretensioning elements 32 intended. The in circumferential grooves 33 of the outer ring 25th used pretensioning elements 32 are friction-locked on the bearing mount when installed 29 from the outer body 23 supported. To assemble the outer ring 25th or the roller bearing 22nd in the one-piece outer body 23 to enable follows the spherical cap-shaped bearing mount 29 to an end face of the outer body 23 a cylindrical section 34 whose diameter corresponds to the outer diameter of the roller bearing outer ring 25th easily exceeds.

In der 3 und der 4 ist das Wälzlager 22 als Einzelteil abgebildet, zur Verdeutlichung weiterer Details. In der konvex gestalteten Mantelfläche des Außenrings 25 sind axial von einer Mitte des Wälzlagers 22 beabstandet die zwei Umlaufnuten 33 mit einem U-förmigen Querschnittsprofil eingebracht. Die Umlaufnuten sind jeweils zur Aufnahme eines als O-Ring ausgeführten Vorspannelementes 32 bestimmt.In the 3 and the 4th is the rolling bearing 22nd Shown as a single part to clarify further details. In the convex surface of the outer ring 25th are axial from a center of the rolling bearing 22nd spaced the two circumferential grooves 33 introduced with a U-shaped cross-sectional profile. The circumferential grooves are each designed to accommodate a pretensioning element designed as an O-ring 32 certainly.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
LenkgetriebeSteering gear
22
ElektromotorElectric motor
33
SchneckentriebWorm drive
44th
LenksäuleSteering column
55
AusgangswelleOutput shaft
66th
Kupplungcoupling
77th
SchneckenspindelWorm spindle
88th
SchneckenradWorm wheel
99
Wälzlagerroller bearing
1010
VerschiebegradDegree of shift
1111
Wälzlagerroller bearing
2121st
LagereinheitStorage unit
2222nd
Wälzlagerroller bearing
2323
AußenkörperOuter body
2424
InnenringInner ring
2525th
AußenringOuter ring
2626th
WälzkörperkäfigRolling element cage
2727
WälzkörperRolling elements
2828
MantelflächeOuter surface
2929
LageraufnahmeInventory
3030th
LagerachseBearing axis
3131
SchwenkachseSwivel axis
3232
VorspannelementBiasing element
3333
UmlaufnutCircumferential groove
3434
Abschnittsection

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • EP 1453717 B1 [0004]EP 1453717 B1 [0004]
  • DE 102007044618 A1 [0005]DE 102007044618 A1 [0005]
  • DE 102008042608 A2 [0006]DE 102008042608 A2 [0006]

Claims (10)

Lagereinheit (21) für ein Lenkgetriebe (1) eines Fahrzeugs, umfassend ein Wälzlager (22) mit einem Außenring (25), einem Innenring (24) und mit als Kugeln ausgeführten Wälzkörpern (27), wobei der Außenring (25) mit einer teilkugelförmigen Mantelfläche (28) schwenkbar in einer korrespondierend gestalteten Lageraufnahme (29) eines ortsfesten Außenkörpers (23) eingesetzt ist, wodurch das Wälzlager (22) gegenüber der Lageraufnahme (29) um eine quer zu einer Lagerachse (30) ausgerichteten Schwenkachse (31) verschwenkbar und eine relative Lage von Kontaktbereichen der Lageraufnahme (29) und des Außenrings (25) zum Ausgleich von Montagetoleranzen und/oder Fertigungstoleranzen veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der teilkugelförmigen Mantelfläche (28) des Außenrings (25) zumindest eine Umlaufnut (33) eingebracht ist, in der ein elastisches, kraftschlüssig an der kugelkalottenförmig gestalteten Lageraufnahme (29) des Außenkörpers (25) abgestütztes Vorspannelement (32) eingesetzt ist, wobei das Vorspannelement (32) im Betriebszustand eine geringe Schwenkbewegung einer Schneckenspindel (7) zu einem ortsfesten Gehäuse ermöglicht, die durch einen Verzahnungseingriff zwischen einem Schneckenrad (8) und der Schneckenspindel (7) entsteht.Bearing unit (21) for a steering gear (1) of a vehicle, comprising a roller bearing (22) with an outer ring (25), an inner ring (24) and with rolling elements (27) designed as balls, the outer ring (25) having a partially spherical shape The outer surface (28) is pivotably inserted in a correspondingly designed bearing receptacle (29) of a fixed outer body (23), whereby the roller bearing (22) can be pivoted relative to the bearing receptacle (29) about a pivot axis (31) oriented transversely to a bearing axis (30) and a relative position of contact areas of the bearing receptacle (29) and the outer ring (25) can be changed to compensate for assembly tolerances and / or manufacturing tolerances, characterized in that at least one circumferential groove (33) is made in the partially spherical outer surface (28) of the outer ring (25) is, in which an elastic, force-fit on the spherical cap-shaped bearing receptacle (29) of the outer body (25) supported biasing element (32) inserted i st, wherein the biasing element (32) enables a small pivoting movement of a worm spindle (7) to a stationary housing in the operating state, which is produced by a toothing engagement between a worm wheel (8) and the worm spindle (7). Lagereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mantelfläche (28) des Außenrings (25) zwei jeweils axial von einer Mitte des Wälzlagers (22) beabstandete, elastische Vorspannelemente (32) eingesetzt sind.Storage unit after Claim 1 , characterized in that two elastic pretensioning elements (32), each axially spaced from a center of the roller bearing (22), are inserted in the jacket surface (28) of the outer ring (25). Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (25) eine konvexe Mantelfläche (28) und der Außenkörper (23) eine korrespondierende konkave Lageraufnahme (29) aufweist.Bearing unit according to one of the preceding claims, characterized in that the outer ring (25) has a convex jacket surface (28) and the outer body (23) has a corresponding concave bearing seat (29). Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lagereinheit (21) ein einteilig aufgebauter Außenkörper (23) vorgesehen ist.Storage unit according to one of the preceding claims, characterized in that an outer body (23) constructed in one piece is provided for the storage unit (21). Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lageraufnahme (29) des Außenkörpers (23) einen zylindrischen Abschnitt (34) aufweist, an den sich der kugelkalottenförmig gestaltete Bereich der Lageraufnahme (29) anschließt.Bearing unit according to one of the preceding claims, characterized in that the bearing receptacle (29) of the outer body (23) has a cylindrical section (34) to which the spherical cap-shaped area of the bearing receptacle (29) adjoins. Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in eine U-förmige Umlaufnut (33) des Außenrings (25) ein Vorspannelement (32) mit einem runden Querschnittsprofil eingesetzt ist.Bearing unit according to one of the preceding claims, characterized in that a prestressing element (32) with a round cross-sectional profile is inserted into a U-shaped circumferential groove (33) in the outer ring (25). Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Querschnittsprofil der Umlaufnut (33) das Querschnittsprofil des Vorspannelementes (32) übertrifft und damit eine elastische Verformung des Vorspannelementes (32) bei dem Einbau des Wälzlagers (22) in den Außenkörper (23) sicherstellt.Bearing unit according to one of the preceding claims, characterized in that a cross-sectional profile of the circumferential groove (33) exceeds the cross-sectional profile of the prestressing element (32) and thus an elastic deformation of the prestressing element (32) when the roller bearing (22) is installed in the outer body (23) ensures. Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem Kunststoff hergestelltes Vorspannelement (32) zwischen dem Außenring (25) des Wälzlagers (22) und dem Außenkörper (23) eingesetzt ist.Bearing unit according to one of the preceding claims, characterized in that a prestressing element (32) made of a plastic is inserted between the outer ring (25) of the roller bearing (22) and the outer body (23). Lagereinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus einem metallischen Blech hergestelltes Vorspannelement (32) dem Außenring (25) des Wälzlagers (22) zugeordnet ist.Bearing unit according to one of the preceding claims, characterized in that a prestressing element (32) made from a metal sheet is assigned to the outer ring (25) of the roller bearing (22). Verwendung einer Lagereinheit (21) nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein lenkhilfeunterstütztes Lenkgetriebe (1), die ein in einem Außenkörper (23) eingesetztes, verschwenkbares Wälzlager (22) zur Lagerung einer Schneckenspindel (7) einschließt, wobei die Lagereinheit (21) zur Erreichung eines spielreduzierten oder spielfreien Eingriffs der Schneckenspindel (7) in die Verzahnung eines Schneckenrades (8) zumindest ein elastisches Vorspannelement (32) einschließt.Use of a bearing unit (21) according to one of the preceding claims for a power steering-assisted steering gear (1) which includes a pivotable roller bearing (22) inserted in an outer body (23) for mounting a worm spindle (7), the bearing unit (21) for Achieving a backlash-reduced or backlash-free engagement of the worm spindle (7) in the toothing of a worm wheel (8) includes at least one elastic pretensioning element (32).
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