WO2006111456A1 - Servolenkung mit elastisch gelagertem kugelumlauf-spindel-getriebe - Google Patents

Servolenkung mit elastisch gelagertem kugelumlauf-spindel-getriebe Download PDF

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WO2006111456A1
WO2006111456A1 PCT/EP2006/061166 EP2006061166W WO2006111456A1 WO 2006111456 A1 WO2006111456 A1 WO 2006111456A1 EP 2006061166 W EP2006061166 W EP 2006061166W WO 2006111456 A1 WO2006111456 A1 WO 2006111456A1
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WO
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bearing
power steering
swivel
ring
housing
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PCT/EP2006/061166
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English (en)
French (fr)
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Helmut Bareis
Martin Budaker
Michael JÜSCHKE
Roland Winter
Oliver Hetzel
Michael Hauck
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Zf Lenksysteme Gmbh
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Publication date
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    • 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 power steering system with a ball screw transmission with the features of the preamble of claim 1.
  • a generic power steering is known from DE 103 10 492 Al.
  • the generic font describes a steering gear consisting of belt and
  • Pulleys An output shaft of an electric motor and a push rod are each provided with a pulley, which are connected to one another by means of the belt.
  • the push rod forms part of a ball nut-spindle gear unit, which further includes an eccentric ring, a ball nut or steering nut, a bearing and a pulley.
  • the push rod essentially forms a ball screw with the ball nut.
  • the ball nut is mounted in a steering housing via the bearing.
  • the eccentric ring enables the center distance between an output shaft of the electric motor and the push rod to be varied, so that the belt or pulleys can be assembled without tension.
  • the bearing should have certain pivoting properties.
  • deep groove ball bearings and four-point bearings are known from the general prior art. Deep groove ball bearings have good swiveling properties, but they also have a large axial play. Conventional four-point bearings have little axial play, but only minimal pivoting properties.
  • Four-point bearings with soft bearings are also known, but are structurally complicated and have other undesirable side effects.
  • the element to be stored is a ball nut of a ball nut-spindle gear of a steering system, which is primarily suitable for high axial forces, high tie rod forces occur during driving, which can lead to considerable deflection of the spindle.
  • the transverse forces and bending moments lead to an uneven load distribution in the gear unit and additional loads on the individual components (ball nut, spindle, ball). If these loads are impermissibly high, the required service life will not be achieved.
  • the present invention is therefore based on the object to provide a power steering system with a ball screw gear, an extending element of the ball screw gear being rotatably mounted and the bearing having a very small axial play and good pivoting properties to compensate for Should have interference.
  • the power steering system according to the invention enables the storage of an extending element in a steering gear, with very little axial play and good swiveling properties or swiveling angle and swiveling moments, in order to compensate for disturbing forces.
  • the invention is particularly suitable for mounting a ball nut of a ball nut spindle gear unit of a steering gear, which has a belt and pulleys.
  • the inventor has recognized that the lateral force component and the direction of action of the tie rod forces, which essentially cause the disturbing forces, depend on the sweep and deflection of the tie rod or the vehicle, the direction of action not being constant, but for the relevant load cases in a limited way Tolerance range fluctuates.
  • the bearing enables a pivoting movement in accordance with the direction of action of interference forces.
  • the bearing has a bearing which can be pivoted about at least one bearing pivot axis, the bearing pivot axis corresponding at least approximately to an interference force pivot axis about which the interference forces force the element to pivot.
  • the mounted components, including the bearing can thus be pivoted about a pivot axis which corresponds approximately to the optimal pivot axis of the steering system or the pivot axis resulting from the interference forces.
  • the bearing is part of a swivel device (integrated directly into this) or the bearing is arranged or fixed within a swivel device.
  • the bearing is preferably a ball bearing with very little axial play, with for example a four-point bearing.
  • the solution according to the invention enables low-backlash or backlash-free storage, the storage having a large pivoting angle with a pivoting torque that can be configured about a preferred axis (bearing pivoting axis), which preferably corresponds to the interference force pivoting axis.
  • a preferred axis bearing pivoting axis
  • High axial and radial forces are permissible for the bearing.
  • the assembly can be carried out without tension, which results in a minimized influence on the friction in the steering system (or in other systems).
  • the device according to the invention enables a uniform load distribution even in the case of transverse forces, deflection (spindle deflection) and misalignment and is therefore particularly suitable for ball nut / spindle gear units.
  • the device according to the invention results in a longer service life of the
  • Fig. 1 is a schematic representation of a ball screw spindle gear
  • FIG. 2 shows the device according to the invention in a sectional illustration according to a first embodiment, the pivoting device having an inner ring and an outer ring which are connected to one another by connecting webs;
  • FIG. 3 shows the device according to the invention in a sectional view according to a second embodiment, which differs from the first embodiment in that the inner ring of the pivoting device is formed by an outer ring of the bearing;
  • FIG. 4 shows the device according to the invention in a sectional view according to a third embodiment, which differs from the second embodiment in that the pivoting device has an eccentric structure;
  • FIG. 5 shows the device according to the invention in a sectional illustration according to a fourth embodiment, the outer ring of the swivel device being replaced by an adjusting device in contrast to the aforementioned embodiments;
  • FIG. 6 shows the device according to the invention in a sectional view according to a fifth embodiment, the swiveling device having a swivel ring with two pins attached to its outside, which are mounted in bearing-side bearings. elements are stored;
  • FIG. 7 shows the device according to the invention in a sectional view according to a sixth embodiment, which differs from the fifth embodiment in that the swivel ring is formed by an outer ring of the bearing;
  • FIG. 8 shows the device according to the invention in a sectional view according to a seventh embodiment, which differs from the sixth embodiment in that elastic elements are arranged in the region of the bearing elements;
  • FIG. 9 shows the device according to the invention in a sectional view according to an eighth embodiment, which differs from the seventh embodiment in that an elastic element is adjustable by means of a screw element;
  • FIG. 10 shows the device according to the invention in a sectional view according to a ninth embodiment, which differs from the fifth embodiment in that the bearing is displaceable in the housing.
  • the drawing shows a device for rotatable mounting extending
  • the device according to the invention is preferably suitable for the rotatable mounting of elements of a steering gear.
  • Fig. 1 shows a preferred embodiment, wherein the element is the ball nut 1 or steering nut 1 of a ball screw transmission of a steering system.
  • the functioning of ball screw drives is well known from the general prior art, for which reference is made, for example, to DE 103 10 492 A1.
  • 1 shows a drive unit 2, which drives the ball nut 1 via a belt 3. This leads to a linear or axial movement of a spindle 4, which deflects wheels of a vehicle, not shown, via tie rods 5.
  • the ball nut 1 is rotatably supported by a bearing 6, the bearing 6 allowing a pivoting movement in accordance with the direction of action of disturbing forces (essentially resulting from tie rod forces).
  • the bearing 6 has a bearing 7 which can be pivoted about at least one bearing pivot axis 8, the bearing pivot axis 8 corresponding at least approximately to an interference force pivot axis about which the Interfering forces force the ball nut 1 or the spindle 4 to pivot. Since the direction of action of the interference forces for the relevant load cases fluctuates within a limited tolerance range, the interference force pivot axis can be calculated from this and the bearing pivot axis 8 can be determined or aligned accordingly will.
  • the bearing provides a ball bearing 7 in the form of a four
  • Fig. 2 shows an arrangement of the ball bearing 7 in a swivel device 9. Die
  • the swivel device is designed as a swivel ring 9 which has an inner ring 11 and an outer ring 12 which are connected to one another by connecting webs 13.
  • the ball bearing 7 is fixed in the swivel ring 9.
  • the ball bearing 7 has a customary and known structure with an inner ring 7a, an outer ring 7b and balls 7c arranged between them.
  • the inner ring 11 and the outer ring 12 of the swivel ring 9 are connected to one another by two connecting webs 13, which are arranged at least approximately in alignment at opposite points on the swivel ring 9.
  • the axis of the two connecting webs 13 forms the bearing pivot axis 8.
  • the ball nut 1 and the spindle 4 are not shown in FIG. 2 and the following figures.
  • the ball nut 1, the spindle 4 and the balls connecting the two elements are arranged in a conventional manner and supported by the ball bearing 7.
  • FIG. 3 shows a variant of the device according to the invention, which differs from FIG.
  • the axis of the two connecting webs 13 in turn represents the bearing pivot axis 8.
  • the use of elastic elements may be provided to compensate for misalignments that already arise in the assembly.
  • the elastic elements can be arranged radially and / or axially on the swivel ring 9.
  • Swivel ring 9 is rotatable to a housing seat 14a.
  • the swivel ring 9 has an eccentric structure such that the position of the ball nut 1 and thus also the spindle 4 relative to the housing 14 can be changed.
  • the embodiment according to FIG. 4 is designed analogously to the embodiment according to FIG. 3, the outer ring 7b of the ball bearing 7 forming the inner ring 11 of the swivel ring 9.
  • the embodiment according to FIG. 4 can also have a structure according to FIG. 2.
  • the use of elastic elements is also possible with both variants in order to be able to compensate for misalignments during assembly.
  • Fig. 5 shows an embodiment of the invention in which an alternative to the
  • the swivel ring 9 has an adjusting device 16, which makes it possible to change the position of the ball nut 1 and thus also the spindle 4 relative to the housing 14.
  • settings, e.g. the belt tension of a belt transmission. 5 has in principle a structure as has already been described in accordance with the embodiment in FIG. 3, the outer ring 12 being replaced by the adjusting device 16.
  • the adjusting device 16 has two fastening members 16a, 16b, which are arranged on the ends of the connecting webs 13 facing away from the inner ring 11.
  • the fastening members 16a, 16b can be connected to the housing 14 in any suitable manner, wherein the displacement of the bearing in the housing 14 can be based, for example, on the fact that the connecting webs 13 can be moved to the fastening members 16a, 16b or the fastening of the fastening members 16a, 16b is displaceable to the housing 14.
  • the outer ring 7b can also be formed in one piece with the inner ring 11 of the swivel ring 9.
  • the use of axially and / or radially arranged elastic elements for connection to the surrounding housing 14 is also possible in all embodiments according to FIG. 5.
  • FIG. 6 shows an embodiment of the device according to the invention, in which the
  • Swivel device is designed as a swivel ring 9 which, at least approximately in alignment, has pins 17, projections or the like at two opposite locations on its outside, which can be supported in bearing elements 10 on the housing side.
  • the pins 17 can be arranged as desired on the swivel ring 9 or on the bearing elements 10. Depending on the desired pivoting properties (pivoting moment, noise or the like), the pins 17 can, as shown in FIG. 6, by means of additional radial bearings 18 in the bearing elements 10 be arranged.
  • the axes of the pins 17 form the bearing pivot axis 8.
  • the ball bearing 7 is fixed in the pivot ring 9.
  • FIG. 7 shows an embodiment of the device according to the invention, in which, in deviation from the embodiment shown in FIG. 6, it is provided that the swivel ring 9 is formed by the outer ring 7b of the ball bearing 7.
  • the further structure corresponds to the embodiment according to FIG. 6.
  • FIG. 8 shows a variant of the device according to the invention, which is suitable both for the embodiment according to FIG. 6 and for the embodiment according to FIG. 7.
  • tension to compensate for assembly or to compensate for misalignments that arise during assembly elastic elements 15 are provided.
  • the elastic elements 15 fulfill the same task as the elastic elements already described above, but not shown in the previous figures.
  • the elastic elements 15 make it possible to arrange the bearing elements 10 such that they can move relative to the housing 14.
  • the bearing elements 10 can be connected to the housing 14 by means of axially and / or radially arranged elements 15.
  • FIG. 9 shows a variant of the device according to the invention, in which, in deviation from the embodiment according to FIG. 8, it is provided that the skewed position that can arise in the assembly is influenced. This is done by at least one of the elastic elements 15 or its force acting on the bearing element 10 being adjustable. According to the embodiment shown in FIG. 9, the setting is carried out by means of a screw element 19. However, a large number of other possibilities are also suggested here from the general prior art.
  • FIG. 10 shows an embodiment of the device according to the invention, which differs from the embodiment according to FIG. 6 in that the bearing or the mounted elements (ball nut 1, spindle 4) are displaceable in the housing 14.
  • the position of the stored components is changed by the displacement in the housing 14 and thereby an adjustment, e.g. Belt tension of a belt transmission made.
  • the position of the bearing elements 10 with respect to the housing 14 can be changed, as a result of which the position of the ball bearing 7 and the mounted components (ball nut 1, spindle 4) also changes.
  • the bearing elements 10 have elongated holes, which make it possible for the position of the bearing elements 10 to be changed in a simple manner relative to the housing 14.
  • the present device according to the invention is particularly suitable for use in ball nut-spindle gear units in which the ball nut is driven by a belt transmission, for example in an axially parallel drive, as is shown in principle in FIG. 1.
  • the device according to the invention is not restricted. Rather, the device according to the invention is also suitable for use in other types of devices in which an element is to be rotatably supported which is loaded by disturbing forces (for example transverse forces, bending moments).

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Abstract

Servolenkung mit Kugelumlauf-Spindel-Getriebe, wobei ein Element (1) des Kugelumlauf-Spindel-Getriebes über ein Lager (7) drehbar gelagert ist und die Lagerung (6) des Elements (1) eine Schwenkbewegung entsprechend der Wirkrichtung von Störkräften ermöglicht.

Description

Beschreibung
SERVOLENKUNG MIT ELASTISCH GELAGERTEM KUGELUMLAUF-SPINDEL-GETRIEBE
[001]
Technisches Umfeld
[002] Die Erfindung betrifft eine Servolenkung mit Kugelumlauf-Spindel-Getriebe mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
[003] Eine gattungsgemäße Servolenkung ist aus der DE 103 10 492 Al bekannt.
[004] Die gattungsgemäße Schrift beschreibt ein Lenkgetriebe, bestehend aus Riemen und
Riemenscheiben. Dabei ist eine Ausgangswelle eines Elektromotors sowie eine Schubstange jeweils mit einer Riemenscheibe versehen, die mittels dem Riemen miteinander verbunden sind. Die Schubstange bildet dabei einen Teil einer Kugelmutter-Spindel-Getriebeeinheit, die des weiteren einen Exzenterring, eine Kugelmutter bzw. Lenkmutter, ein Lager sowie eine Riemenscheibe beinhaltet. Die Schubstange bildet mit der Kugelmutter im wesentlichen ein Kugelgewinde. Die Kugelmutter ist über das Lager in einem Lenkungsgehäuse gelagert.
[005] Der Exzenterring ermöglicht, dass der Achsabstand zwischen einer Ausgangswelle des Elektromotors und der Schubstange variiert werden kann, so dass die Montage des Riemens bzw. der Riemenscheiben vorspannungsfrei erfolgen kann.
[006] Wesentlich bei der Lagerung der Kugelmutter ist dabei, dass die Lagerung ein minimales Spiel sowohl in axiale als auch in radiale Richtung aufweist. Des weiteren sollte die Lagerung gewisse Schwenkeigenschaften aufweisen. Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind hierzu Rillenkugellager sowie Vier-Punkt- Lager bekannt. Dabei weisen Rillenkugellager zwar gute Schwenkeigenschaften, jedoch auch ein großes Axialspiel auf. Herkömmliche Vier-Punkt-Lager weisen zwar ein geringes Axialspiel, jedoch nur minimale Schwenkeigenschaften auf. Bekannt sind auch weichgelagerte Vier- Punkt-Lager (beispielsweise über Federelemente), die jedoch konstruktiv kompliziert aufgebaut sind und weitere unerwünschte Nebenwirkungen haben.
[007] Insbesondere wenn es sich bei dem zu lagernden Element um eine Kugelmutter eines Kugelmutter-Spindel-Getriebes eines Lenksystems handelt, welches primär für hohe Axialkräfte geeignet ist, treten im Fahrbetrieb hohe Spurstangenkräfte auf, die zu einer erheblichen Durchbiegung der Spindel führen können. Die Querkräfte und Biegemomente führen zu einer ungleichmäßigen Lastverteilung in der Getriebeeinheit und zusätzlichen Belastungen der Einzelkomponenten (Kugelmutter, Spindel, Kugel). Sind diese Belastungen unzulässig hoch, wird die erforderliche Lebensdauer nicht erreicht.
[008] Teilweise treten Querkräfte und Biegemomente auch in Folge von Toleranzen,
Form- und Lageabweichungen oder Einstellprozessen bereits während der Montage auf und haben Verspannungen, Reibungserhöhungen bis hin zu Klemmeffekten zur Folge.
[009] Zum weiteren Stand der Technik wird auf die DE 100 52 275 Al sowie die EP 0
101 579 Bl und die EP 0 133 003 Bl verwiesen. Offenbarung der Erfindung
[010] Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkung mit Kugelumlauf- Spindel- Getriebe zu schaffen, wobei ein sich erstreckendes Element des Kugelumlauf- Spindel- Getriebes drehbar gelagert ist und die Lagerung ein sehr geringes Axialspiel und gute Schwenkeigenschaften zum Ausgleich von Störkräften aufweisen soll.
[011] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 gelöst.
[012] Die erfindungsgemäße Servolenkung ermöglicht die Lagerung eines sich erstreckenden Elementes in einem Lenkgetriebe, mit sehr geringem Axialspiel und guten Schwenkeigenschaften bzw. Schwenkwinkel und Schwenkmomenten, um Störkräfte auszugleichen.
[013] Die Erfindung eignet sich in besonderer Weise zur Lagerung einer Kugelmuttern einer Kugelmutter- Spindel- Getriebeeinheit eines Lenkgetriebes, welches einen Riemen und Riemenscheiben aufweist. Der Erfinder hat dabei erkannt, dass der Querkraftanteil sowie die Wirkrichtung der Spurstangenkräfte, welche die Störkräfte im wesentlichen verursachen, von Pfeilung und Einfederung der Spurstange bzw. des Fahrzeugs abhängt, wobei die Wirkrichtung zwar nicht konstant ist, jedoch für die relevanten Lastfälle in einem begrenzten Toleranzbereich schwankt.
[014] Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Lagerung eine Schwenkbewegung entsprechend der Wirkrichtung von Störkräften ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform ist daher vorgesehen, dass die Lagerung ein Lager aufweist, welches um wenigstens eine Lager-Schwenkachse schwenkbar ist, wobei die Lager-Schwenkachse wenigstens annähernd einer Störkräfte- Schwenkachse entspricht, um die die Störkräfte das Element zu einer Schwenkbewegung zwingen. Die gelagerten Komponenten inklusive dem Lager sind somit um eine Schwenkachse schwenkbar, die in etwa der optimalen Schwenkachse des Lenksystems bzw. der sich aus den Störkräften ergebenden Störkräfte-Schwenkachse entspricht. Durch die Festlegung einer bevorzugten Lager- Schwenkachse kann die erfindungsgemäße Vorrichtung einen konstruktiv einfachen und für den Dauereinsatz geeigneten Aufbau aufweisen.
[015] Von Vorteil ist es, wenn das Lager Teil einer Schwenkeinrichtung ist (direkt in dieses integriert) oder das Lager innerhalb einer Schwenkeinrichtung angeordnet bzw. festgelegt ist.
[016] Das Lager ist vorzugsweise ein Kugellager mit sehr geringem Axialspiel, bei- spielsweise ein Vier-Punkt-Lager.
[017] Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine spielarme bzw. spielfreie Lagerung, wobei die Lagerung einen großen Schwenkwinkel mit einem auslegbaren Schwenkmoment um eine Vorzugsachse (Lager-Schwenkachse), welche vorzugsweise der Störkräfte-Schwenkachse entspricht, aufweist. Für die Lagerung sind hohe Axial- und Radialkräfte zulässig. Die Montage kann verspannungsfrei erfolgen, wodurch sich ein minimierter Einfluss auf die Reibung im Lenksystem (oder in anderen Systemen) ergibt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine gleichmäßige Lastverteilung auch bei Querkräften, Durchbiegung (Spindel-Durchbiegung) und Schiefstellung und eignet sich somit in besonderer Weise für Kugelmutter- Spindel-Getriebe.
[018] Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich eine höhere Lebensdauer der
Getriebeeinheit und des Gesamtsystems.
[019] Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Nachfolgend sind anhand der Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung prinzipmäßig dargestellt. Kurze Beschreibung von Zeichnungen
[020] Es zeigt:
[021] Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kugelumlauf- Spindel- Getriebes eines
Lenksystems mit Riemenantrieb;
[022] Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß einer ersten Ausführungsform, wobei die Schwenkeinrichtung einen Innenring und einen Außenring aufweist, welche durch Verbindungsstege miteinander verbunden sind;
[023] Fig. 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß einer zweiten Ausführungsform, welche sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass der Innenring der Schwenkeinrichtung durch einen Außenring des Lagers gebildet ist;
[024] Fig. 4 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß einer dritten Ausführungsform, welche sich von der zweiten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass die Schwenkeinrichtung einen exzentrischen Aufbau aufweist;
[025] Fig. 5 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß einer vierten Ausführungsform, wobei der Außenring der Schwenkeinrichtung im Unterschied zu den vorgenannten Ausführungsformen durch eine Einstelleinrichtung ersetzt ist;
[026] Fig. 6 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß einer fünften Ausführungsform, wobei die Schwenkeinrichtung einen Schwenkring mit zwei an dessen Außenseite angebrachten Zapfen aufweist, welche in gehäuseseitigen Lager- elementen gelagert sind;
[027] Fig. 7 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß einer sechsten Ausführungsform, welche sich von der fünften Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass der Schwenkring durch einen Außenring des Lagers gebildet ist;
[028] Fig. 8 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß einer siebten Ausführungsform, welche sich von der sechsten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass im Bereich der Lagerelemente elastische Elemente angeordnet sind;
[029] Fig. 9 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß einer achten Ausführungsform, welche sich von der siebten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass ein elastisches Element mittels einem Schraubelement einstellbar ist; und
[030] Fig. 10 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Schnittdarstellung gemäß einer neunten Ausführungsform, welche sich von der fünften Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass das Lager im Gehäuse verschiebbar ist.
[031] Die Zeichnung zeigt eine Vorrichtung zur drehbaren Lagerung sich erstreckenden
Elementes 1 in einem Lenkgetriebe.
[032] Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich in bevorzugter Weise für die drehbare Lagerung von Elementen eines Lenkgetriebes. Fig. 1 zeigt hierzu ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel, wobei das Element die Kugelmutter 1 bzw. Lenkmutter 1 eines Kugelumlauf-Spindel-Getriebes eines Lenksystems ist. Die Funktionsweise von Kugelumlauf-Spindel-Getrieben ist aus dem allgemeinen Stand der Technik hinlänglich bekannt, wozu beispielsweise auf die DE 103 10 492 Al verwiesen wird. Fig. 1 zeigt eine Antriebseinheit 2, welche über einen Riemen 3 die Kugelmutter 1 antreibt. Dies führt zu einer Linear- bzw. Axialbewegung einer Spindel 4, welche über Spurstangen 5 nicht näher dargestellte Räder eines Fahrzeugs auslenkt. Die Kugelmutter 1 ist dabei über eine Lagerung 6 drehbar gelagert, wobei die Lagerung 6 eine Schwenkbewegung entsprechend der Wirkrichtung von Störkräften (im wesentlichen resultierend aus Spurstangenkräften) ermöglicht.
[033] Fig. 1 zeigt dabei prinzipmäßig die Anordnung der Lagerung 6 der Kugelmutter 1.
In den Figuren 2 bis 10 ist die Lagerung 6 in verschiedenen Ausführungsformen im Querschnitt dargestellt.
[034] Wie sich aus den Figuren 2 bis 10 ergibt, weist die Lagerung 6 ein Lager 7 auf, welches um wenigstens eine Lager-Schwenkachse 8 schwenkbar ist, wobei die Lager- Schwenkachse 8 wenigstens annähernd einer Störkräfte-Schwenkachse entspricht, um die die Störkräfte die Kugelmutter 1 bzw. der Spindel 4 zu einer Schwenkbewegung zwingen. Da die Wirkrichtung der Störkräfte für die relevanten Lastfälle in einem begrenzten Toleranzbereich schwankt, kann die Störkräfte-Schwenkachse hieraus errechnet und die Lager- Schwenkachse 8 entsprechend bestimmt bzw. ausgerichtet werden.
[035] Im Ausführungsbeispiel stellt das Lager ein Kugellager 7 in Form eines Vier-
Punkt-Lagers dar. Prinzipiell eignen sich auch andere Lager, vorzugsweise mit sehr geringem Axialspiel.
[036] Wie in den Ausführungsbeispielen nachfolgend dargestellt ist, basiert die
Schwenkwirkung auf einer Verformung einer Schwenkeinrichtung 9 in sich selbst und/ oder auf einer Verdrehung in entsprechenden Lagerelementen 10.
[037] Fig. 2 zeigt eine Anordnung des Kugellagers 7 in einer Schwenkeinrichtung 9. Die
Schwenkeinrichtung ist dabei als Schwenkring 9 ausgebildet, welcher einen Innenring 11 und einen Außenring 12 aufweist, die durch Verbindungsstege 13 miteinander verbunden sind. Das Kugellager 7 ist in dem Schwenkring 9 festgelegt. Das Kugellager 7 weist einen üblichen und bekannten Aufbau mit einem Innenring 7a, einem Außenring 7b und dazwischen angeordneten Kugeln 7c auf.
[038] Der Innenring 11 und der Außenring 12 des Schwenkringes 9 sind durch zwei Verbindungsstege 13 miteinander verbunden, die wenigstens annähernd fluchtend an gegenüberliegenden Stellen des Schwenkringes 9 angeordnet sind. Die Achse der beiden Verbindungsstege 13 bildet dabei die Lager-Schwenkachse 8 .
[039] Aus Übersichtlichkeitsgründen sind in Fig. 2 sowie den folgenden Figuren die Kugelmutter 1 und die Spindel 4 nicht dargestellt. Die Kugelmutter 1, die Spindel 4 und die die beiden Elemente verbindenden Kugeln sind in üblicher Weise angeordnet und durch das Kugellager 7 gelagert.
[040] Fig. 3 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche sich von Fig.
2 dadurch unterscheidet, dass der Außenring 7b des Kugellagers 7 den Innenring 11 des Schwenkringes 9 bildet. Dieser ist analog zu Fig. 2 durch zwei Verbindungsstege
13 mit dem Außenring 12 verbunden. Die Achse der beiden Verbindungsstege 13 stellt wiederum die Lager-Schwenkachse 8 dar.
[041] In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann, basierend auf den in Fig. 2 und
Fig. 3 dargestellten Ausführungsformen, der Einsatz von elastischen Elementen vorgesehen sein, um Schiefstellungen, die sich bereits in der Montage ergeben, auszugleichen. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Schwenkring 9 mit einem Gehäuse
14 mittels elastischer Elemente verbunden ist, wobei die elastischen Elemente radial und/oder axial an dem Schwenkring 9 angeordnet sein können.
[042] Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der der
Schwenkring 9 zu einem Gehäusesitz 14a verdrehbar ist. Der Schwenkring 9 weist hierzu einen exzentrischen Aufbau derart auf, dass die Position der Kugelmutter 1 und somit auch der Spindel 4 zu dem Gehäuse 14 veränderbar ist.
[043] Die Möglichkeit, die Position der gelagerten Komponenten durch eine exzentrische
Ausgestaltung des Schwenkrings 9 bezüglich dem Gehäuse 14 zu verändern, hat sich insbesondere bei dem Einsatz eines Riemengetriebes, wie in Fig. 1 dargestellt, als besonders geeignet herausgestellt, da somit in einfacher Weise Einstellungen, z.B. die Riemenspannung, vorgenommen werden können.
[044] Der Schwenkring 9 gemäß Fig. 4 ist analog zu der Ausführungsform gemäß Fig. 3 ausgestaltet, wobei der Außenring 7b des Kugellagers 7 den Innenring 11 des Schwenkringes 9 bildet. Die Ausführungsform gemäß Fig. 4 kann jedoch ebenso einen Aufbau gemäß Fig. 2 aufweisen. Prinzipiell ist bei beiden Varianten auch der Einsatz von elastischen Elementen (axial und/oder radial) möglich, um Schiefstellungen bei der Montage entsprechend ausgleichen zu können.
[045] Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der alternativ zu der
Verdrehung des Schwenkrings 9 zu einem Gehäusesitz 14a vorgesehen ist, den Schwenkring 9 im Gehäuse 14 zu verschieben. Der Schwenkring 9 weist hierzu eine Einstelleinrichtung 16 auf, welche es ermöglicht, die Position der Kugelmutter 1 und somit auch der Spindel 4 zu dem Gehäuse 14 zu verändern. Somit können analog zu Fig. 4 in einfacher Weise Einstellungen, z.B. die Riemenspannung eines Riemengetriebes, vorgenommen werden. Der Schwenkring 9 gemäß Fig. 5 weist prinzipiell einen Aufbau auf, wie dieser bereits gemäß der Ausführungsform der Fig. 3 beschrieben wurde, wobei der Außenring 12 durch die Einstelleinrichtung 16 ersetzt ist. Die Einstelleinrichtung 16 weist dabei zwei Befestigungsglieder 16a, 16b auf, die an den von dem Innenring 11 abgewandten Enden der Verbindungsstege 13 angeordnet sind. Die Befestigungsglieder 16a, 16b können in beliebiger geeigneter Weise mit dem Gehäuse 14 verbunden werden, wobei die Verschiebung des Lagers in dem Gehäuse 14 beispielsweise darauf beruhen kann, dass die Verbindungsstege 13 zu den Befestigungsgliedern 16a, 16b verschiebbar sind oder die Befestigung der Befestigungsglieder 16a, 16b zu dem Gehäuse 14 verschiebbar ist.
[046] Der Außenring 7b kann analog zu der Ausführungsform gemäß Fig. 3 auch einstückig mit dem Innenring 11 des Schwenkringes 9 ausgebildet sein. Prinzipiell ist bei allen Ausführungsformen gemäß Fig. 5 auch der Einsatz von axial und/oder radial angeordneten elastischen Elementen zur Verbindung mit dem umgebenden Gehäuse 14 möglich.
[047] Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die
Schwenkeinrichtung als Schwenkring 9 ausgebildet ist, welcher wenigstens annähernd fluchtend an zwei gegenüberliegenden Stellen seiner Außenseite Zapfen 17, Auskragungen oder dergleichen aufweist, welche in gehäuseseitigen Lagerelementen 10 lagerbar sind. Die Zapfen 17 können beliebig am Schwenkring 9 oder an den Lagerelementen 10 angeordnet sein. Abhängig von den gewünschten Schwenkeigenschaften (Schwenkmoment, Geräuschentwicklung oder dergleichen) können die Zapfen 17, wie in Fig. 6 dargestellt, mittels zusätzlicher Radiallager 18 in den Lagerelementen 10 angeordnet sein. Die Achsen der Zapfen 17 bilden dabei die Lager-Schwenkachse 8. Das Kugellager 7 ist in dem Schwenkring 9 festgelegt.
[048] Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der abweichend zu der in Fig. 6 dargestellten Ausführungsform vorgesehen ist, dass der Schwenkring 9 durch den Außenring 7b des Kugellagers 7 gebildet ist. Der weitere Aufbau entspricht der Ausführungsform gemäß Fig. 6.
[049] Fig. 8 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich sowohl für die Ausführungsform gemäß Fig. 6 als auch für die Ausführungsform gemäß Fig. 7 eignet. Im Bereich der Lagerelemente 10 sind dabei zum Ausgleich von Montage verspannungen bzw. um Schiefstellungen, die sich bei der Montage ergeben, auszugleichen, elastische Elemente 15 vorgesehen. Die elastischen Elemente 15 erfüllen dabei dieselbe Aufgabe wie die bereits vorstehend beschriebenen, jedoch bei den vorherigen Figuren nicht dargestellten elastischen Elementen. Die elastischen Elemente 15 ermöglichen es, die Lagerelemente 10 beweglich zu dem Gehäuse 14 anzuordnen. Die Lagerelemente 10 können dabei mit dem Gehäuse 14 mittels axial und/oder radial angeordneter Elemente 15 verbunden sein.
[050] Fig. 9 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der abweichend zu der Ausführungsform gemäß Fig. 8 vorgesehen ist, dass auf die Schiefstellung, die sich in der Montage ergeben kann, Einfluss genommen wird. Dies geschieht, indem wenigstens eines der elastischen Elemente 15 bzw. dessen auf das Lagerelement 10 wirkende Kraft einstellbar ist. Gemäß der in Fig. 9 dargestellten Ausführungsform erfolgt die Einstellung mittels eines Schraubelements 19. Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind hier jedoch auch eine Vielzahl anderer Möglichkeiten nahegelegt.
[051] Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich von der Ausführungsform gemäß Fig. 6 dadurch unterscheidet, dass das Lager bzw. die gelagerten Elemente (Kugelmutter 1, Spindel 4) im Gehäuse 14 verschiebbar sind. Durch die Verschiebung im Gehäuse 14 wird die Position der gelagerten Komponenten verändert und dadurch eine Einstellung, z.B. Riemenspannung eines Riemengetriebes, vorgenommen. Gemäß der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Position der Lagerelemente 10 bezüglich dem Gehäuse 14 verändert werden kann, wodurch sich auch die Position des Kugellagers 7 und der gelagerten Komponenten (Kugelmutter 1, Spindel 4) verändert. Hierzu ist vorgesehen, dass die Lagerelemente 10 Langlöcher aufweisen, die es ermöglichen, dass die Position der Lagerelemente 10 in einfacher Weise zu dem Gehäuse 14 verändert werden kann.
[052] Die vorliegende erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich in besonderer Weise für den Einsatz bei Kugelmutter-Spindel-Getriebeeinheiten, bei denen die Kugelmutter über ein Riemengetriebe angetrieben wird, beispielsweise bei einem achsparallelen Antrieb, wie dieser prinzipiell in Fig. 1 dargestellt ist. Hierauf ist die erfin- dungsgemäße Vorrichtung jedoch nicht beschränkt. Vielmehr eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für den Einsatz bei andersartigen Vorrichtungen, bei denen ein Element drehbar gelagert werden soll, welches durch Störkräfte (z.B. Querkräfte, Biegemomente) belastet ist.

Claims

Ansprüche
[001] Servolenkung mit Kugelumlauf- Spindel- Getriebe, wobei ein sich erstreckendes
Element (1) des Kugelumlauf-Spindel-Getriebes über ein Lager (7) drehbar gelagert ist und die Lagerung (6) des Elements (1) eine Schwenkbewegung entsprechend der Wirkrichtung von Störkräften ermöglicht, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h folgende Merkmale:
- das Lager (7) ist Teil einer Schwenkeinrichtung (9),
- die Schwenkeinrichtung ist als Schwenkring (9) ausgebildet, welcher einen Innenring (11) und einen Außenring (12) aufweist, welche durch Verbindungsstege (13) miteinander verbunden sind.
[002] Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (7) um wenigstens eine Lager-Schwenkachse (8) schwenkbar ist, wobei die Lager- Schwenkachse (8) wenigstens annähernd einer Störkräfte-Schwenkachse entspricht, um die die Störkräfte das Element (1) zu einer Schwenkbewegung zwingen.
[003] Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager
(7) innerhalb einer Schwenkeinrichtung (9) angeordnet ist.
[004] Servolenkung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schwenkeinrichtung (9) verformbar ist.
[005] Servolenkung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Verbindungsstege (13) vorgesehen sind, die wenigstens annähernd fluchtend an gegenüberliegenden Stellen des Schwenkrings (9) angeordnet sind.
[006] Servolenkung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (13) die Lager-Schwenkachse (8) bilden.
[007] Servolenkung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (11) des Schwenkrings (9) durch einen Außenring (7b) des Lagers (7) gebildet ist.
[008] Servolenkung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkring (9) mit einem Gehäuse (14) mittels elastischen Elementen (15) verbunden ist, wobei die elastischen Elemente (15) radial und/oder axial an dem Schwenkring (9) angeordnet sind.
[009] Servolenkung nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkeinrichtung (9) zu einem Gehäusesitz (14a) verdrehbar ist.
[010] Servolenkung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkeinrichtung (9) einen exzentrischen Aufbau derart aufweist, dass durch eine Verdrehung der Schwenkeinrichtung (9) zu dem Gehäusesitz (14a) die Position des zu lagernden Elements (1) zu dem Gehäuse (14) veränderbar ist. [011] Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (6) zu einem Gehäusesitz (14a) verschiebbar ist. [012] Servolenkung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schwenkeinrichtung (9) eine Einstelleinrichtung (16) aufweist, welche es ermöglicht, die Position des Lagers (7) und somit die Position der zu lagernden
Elemente (1) zu dem Gehäuse (14) zu verändern. [013] Servolenkung nach Anspruch 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der
Außenring (12) des Schwenkrings (9) durch die Einstelleinrichtung (16) ersetzt ist. [014] Servolenkung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Schwenkeinrichtung einen Schwenkring (9) aufweist, welcher wenigstens annähernd fluchtend an zwei gegenüberliegenden Stellen seiner Außenseite
Zapfen (17) aufweist, welche in gehäuseseitigen Lagerelementen (10) lagerbar sind. [015] Servolenkung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (17) die Lager-Schwenkachse (8) bilden. [016] Servolenkung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zapfen (17) mittels Radiallager (18) in den Lagerelementen (10) gelagert sind. [017] Servolenkung nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der
Schwenkring (9) durch einen Außenring (7b) des Lagers (7) gebildet ist. [018] Servolenkung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (10) zum Ausgleich von Montage verspannungen zu einem Gehäuse (14) beweglich angeordnet sind.
[019] Servolenkung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerelemente (10) mit dem Gehäuse (14) mittels elastischer Elemente (15) verbunden sind, welche axial und/oder radial an den Lagerelementen (10) angeordnet sind. [020] Servolenkung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die auf das Lagerelemente (10) wirkende Kraft eines elastischen Elements (15) einstellbar ist. [021] Servolenkung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung mittels eines Schraubelements (19) erfolgt. [022] Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein Kugellager (7) mit sehr geringem Axialspiel ist. [023] Servolenkung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Kugellager
(7) ein Vier-Punkt-Lager ist. [024] Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein Kugelgewindetrieb (1) eines Kugelumlauf- Spindel- Getriebes eines Lenksystems ist.
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