WO2011015374A1 - Servolenkung mit vorgespanntem, geteilten lagerring - Google Patents

Servolenkung mit vorgespanntem, geteilten lagerring Download PDF

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WO2011015374A1
WO2011015374A1 PCT/EP2010/004841 EP2010004841W WO2011015374A1 WO 2011015374 A1 WO2011015374 A1 WO 2011015374A1 EP 2010004841 W EP2010004841 W EP 2010004841W WO 2011015374 A1 WO2011015374 A1 WO 2011015374A1
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WO
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power steering
steering system
rolling bearing
ring
spring
Prior art date
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PCT/EP2010/004841
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French (fr)
Inventor
Helmut Bareis
Rainer SCHÄNZEL
Gerd Speidel
Alexander VÄHNING
Andreas Lay
Original Assignee
Zf Lenksysteme Gmbh
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Publication date
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Priority claimed from DE102010002892A external-priority patent/DE102010002892A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F16C33/60—Raceways; Race rings divided or split, e.g. comprising two juxtaposed rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0442—Conversion of rotational into longitudinal movement
    • B62D5/0445—Screw drives
    • B62D5/0448—Ball nuts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C25/00—Bearings for exclusively rotary movement adjustable for wear or play
    • F16C25/06—Ball or roller bearings
    • F16C25/08—Ball or roller bearings self-adjusting
    • F16C25/083—Ball or roller bearings self-adjusting with resilient means acting axially on a race ring to preload the bearing

Definitions

  • the invention relates to a power steering, in particular an electrical
  • Power steering system for a vehicle with a, driven by a servomotor motor screw from a substantially axially immovably mounted in a frame nut, according to the preamble of claim 1.
  • the DE 103 10 492 A1 shows and describes an electric power steering wherein a servo motor drives an axially displaceable component that with his
  • Ball screw is in engagement with a nut thread of an axially fixed in a frame mounted nut.
  • the nut is connected to a pulley of a traction mechanism between the servomotor and the thus formed
  • Motion screw rotatably connected.
  • the nut is supported and mounted on the frame via a radial bearing.
  • the radial bearing is formed as a rolling bearing and in particular as a four-point bearing, since in particular axial forces are to be absorbed.
  • Tolerances may occasionally cause rattling noises at the beginning of a power steering operation, until a steady state blow is achieved
  • Heating the components of the bearing ultimately sets the design specified operating clearance.
  • the bearing clearance is unfavorably small in relation to the bearing friction.
  • the rolling bearing can not always sufficiently offset on a shaft mounted therewith bending moments by a misalignment so that a low pivoting moment results and jamming of the shaft is avoided.
  • the known rolling bearing types are not always able to prevent noise in the specific operating range in a power steering system.
  • the invention has for its object to provide a power steering, the operating noise is minimized, in particular their bearings a radial play and
  • BESTATIGUNGSKOPIE Axial play does not rise above the operating clearance under the influence of ambient temperatures of the rolling bearing.
  • a power steering is provided, which is able to adjust the bearing clearance in the rolling bearing to the current operating temperature, or to allow a constant bearing clearance over the operating temperature.
  • the inner ring or the outer ring or both bearing rings of the bearing are radially biased in a defined manner, preferably by dividing the inner ring and the ring halves of the inner ring are axially clamped against each other.
  • the ring halves or parts of the inner ring are pressed by the spring element against each other and the rolling elements pressed slightly radially to the outer ring, or with the desired operating clearance between the
  • Inner ring parts or inner ring halves held. A perfect compensation of thermal expansion of the bearing rings and a constant operating clearance of the bearing is effected. Disturbing operating noise does not occur.
  • the inner ring of the rolling bearing is divided into two ring halves and spring-loaded against each other by a plurality of axially acting on both ring halves spring elements.
  • the outer ring of the rolling bearing is divided into two ring halves and spring-loaded against each other by a plurality of spring elements axially acting on both ring halves
  • the spring elements or the spring element may be formed of an elastomeric material or of a metallic material such as spring steel.
  • Spring elements may be, for example helical compression springs, which are arranged at intervals to each other around the circumference of the ring halves, between the component, which acts as a frame for the shaft to be supported, and the end faces of the
  • the helical compression springs spring the ring halves of the
  • one or more spring elements may be provided which engage or pass through axially guided openings in the ring halves or are otherwise secured to the ring halves in a suitable manner so that they are spring-loaded against each other by the tensile force of the spring elements.
  • This embodiment of the rolling bearing has the advantage that the respective ring halves are fixed to the other components of the bearing and the rolling bearing is easy to handle and assemble.
  • the respective ring halves of the inner or outer ring are preferably constructed symmetrically with respect to the parting plane.
  • the rolling elements of the rolling bearing are formed as balls and form a deep groove ball bearing or a four-point bearing.
  • the ring halves are axially sprung in a particularly preferred embodiment with the aid of one or two disc springs.
  • the disc springs may be slotted radially over a portion of their width to define the spring rate.
  • radially guided slots may be guided from their inner peripheral edge over part of their width.
  • the disc springs can thus partially or completely take over the task of bearing washers.
  • the installation tolerances of the ring parts or halves together with disc springs and the axial gap between the ring parts or - halves can be chosen so that in a cold state in which the power steering is not in operation, the disc springs almost block on the ring halves or - share and axial stops come to rest.
  • the rims of the split inner or outer ring may be higher than the undivided ring.
  • the rolling bearing can receive a larger pressure angle.
  • Fig. 1 is a partial longitudinal section through a steering gear of a
  • FIG. 2 is an enlarged view of an embodiment of a
  • Fig. 4 is an illustration of only the storage area of an embodiment with
  • Fig. 1 a partial longitudinal section through a power steering system formed as an electric power steering system 1 for a passenger car is shown. basics
  • Components of the power steering 1 are formed as a closed steering gear housing 22 frame 4 made of die-cast aluminum.
  • the steering gear housing 22 has a radial flange on which an electric servomotor 2 is screwed by means of bolts.
  • the electric servomotor 2 serves to provide a
  • the rack 24 shows an axially displaceable component 6 in the steering gear housing 22.
  • articulated tie rods are set, which are used with wheel steering steered wheels of the passenger car for steering angle adjustment of the wheels at an axial displacement of the rack 24.
  • the threaded portion 23 of the rack 24 is with its thread 7 with a female thread 8 of a nut 5 in engagement.
  • the nut 5 is formed as a ball nut 25 or ball nut.
  • a driven by the electric servomotor 2 motion screw 3 is formed.
  • the ball nut 25 is around the
  • Threaded portion 23 rotatably mounted in the frame 4, but arranged axially largely immovable.
  • the ball nut 25 is axially and radially mounted on a bearing ring formed as an inner ring 10 and a bearing ring formed as an outer ring 26 of a rolling bearing 9 in the frame 4 or steering gear housing 22.
  • the rolling bearing 9 is formed as a deep groove ball bearing 21.
  • the outer ring 26 of the rolling bearing 9 is between two axial stops forming bearing plates 27, 28 in one
  • Servomotor 2 is operatively connected via a traction mechanism with the nut 5, wherein a belt formed as a toothed belt 30 runs on a pulley 31 on the nut 5.
  • the pulley 31 is formed in the manner of a stepped cylindrical sleeve. It is with its, the rolling bearing 9 facing end 32 to a peripheral bead
  • the peripheral bead 33 forms a stop for the inner ring 10 and the ring portion 13 of the inner ring 10.
  • a nut 34 which is turned on an outer peripheral surface of the ball nut 25, forms a stop 33 opposite the stop 34 for the inner ring, whose construction in Described in more detail below.
  • the belt 30 also runs on one
  • Pulley 36 which is rotatably connected to a motor shaft of the electric servomotor 2, from.
  • the servo motor 2 is driven by a control and / or regulating device, not shown, in accordance with sensor signals which represent a desired steering angle and a wheel steering angle. It can be operated with pulse width modulation. As a result, the ball nut 25 is rotated in one direction or the other and the rack 24 is displaced in one or the other direction. On the ball nut 25, on the other hand, axial forces derived from the wheel reaction forces are introduced. In addition, resulting in steering movements on a steering handle in one or the other direction changing axial forces on the ball nut 25, which act on the rolling bearing 9. At the beginning of operation, the outer ring 26 of the heated
  • Rolling bearing 9 first, since heat usually from an engine room in which the steering gear housing 22 is mounted, first from the outside to the
  • Steering gear housing 22 and the housing cover 29 is blasted.
  • the inner ring 10 is divided along a centrally extending in the radial direction of the rolling bearing 9 dividing plane 11 in two symmetrically to this parting plane 11 formed ring parts or ring halves 12,13.
  • Ring halves 12,13 parallel to each other and arranged at an axial distance a to each other so that the ring halves 12,13 axially on the parting plane 11 can be pushed to and away.
  • the ring halves 12,13 are spring-loaded against each other by spring elements 14 formed as disc springs 17.
  • the disc springs 17 in the embodiments in Figures 1 to 3 are in the cold state
  • Power steering 1 built almost block and have a spring force of about 100 N to 200 N, with each of which they each spring the ring halves 12,13 against each other.
  • the axial distance a of the ring halves 12, 13 remains, as shown in particular in FIG. 2, approximately at its maximum dimension.
  • the disc springs 17 have one
  • Inner ring 10 corresponds.
  • the outer radius r is larger than the largest
  • the plate spring 17 in the embodiment shown in FIG. 3 has from its inner peripheral edge 18 radially star-shaped around the entire circumference of the respective plate spring 17 slots 19, which protrude over half the width of the plate spring 17 and formed against notch effect, semicircular ends 40 have.
  • the ring halves 12,13 of the inner ring 10 each form a partial track for balls 41 of the rolling bearing 9 and are at the axial distance shown a to the balls.
  • the inner ring 10 is like described split and the ring parts or in the embodiment shown, the ring halves 12,13 are axially spring-loaded. This makes it possible that when the outer ring 26 heats up, the inner ring halves 12, 13 can axially move towards one another and the distance dimension a is slightly reduced. The balls 41 are thereby guided without play, at least by the inner ring 10, until both rings 10,26 of the rolling bearing 9 have approximately the same temperature and the constructive provided tolerance position of the two rings 10, 26 is taken. The distance a is again increased slightly.
  • disc springs 17 as spring elements for the ring halves
  • the disc springs 17 may come to rest in circumferential notches on the nut 5, so that a simple mounting option and a cohesion of the ring halves 12,13 may result during assembly on the nut 5.
  • Figure 4 shows a deep groove ball bearing 21, which is supported with an outer ring 26 on a frame 4, a housing wall of the steering gear housing.
  • the outer ring 26 is held in an inner circumferential groove 4 'with a rectangular, U-shaped cross-section.
  • Inner circumferential groove 4 ' has approximately a depth corresponding to the thickness of the outer ring 26.
  • the inner circumferential groove 4 ' is wider than the roller bearing 9 and its outer ring 26.
  • the outer ring 26 of the rolling bearing 9 is symmetrical to a parting plane 11 arranged at an angle of 90 ° to a longitudinal axis of the rolling bearing 9 in two ring parts 12, 13 shared.
  • the ring parts 12, 13 each form one
  • the ring parts 12, 13 are provided with spring elements 14 which are shown in FIG.
  • the inner ring 10 is axially immovable by suitable securing elements, such as snap rings 42 at its two end faces the shaft 6 or ball nut 25 is held.
  • the roller bearing 9 is supported on the respective component of the steering system, such as a ball nut 25 and can tilt relative to the ball nut 25 under the influence of bending moments about on a cross-ball nut 25 spindle without jamming in any way ,

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Servolenkung (1), insbesondere eine elektrische Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, mit einer, von einem Servomotor (2) angetriebenen Bewegungsschraube (3) aus einer axial weitestgehend unverschieblich in einem Gestell (4) gelagerten Mutter (5) und einem axial verlagerbaren Bauelement (6), dessen Gewinde (7) mit einem Muttergewinde (8) der Mutter (5) in Eingriff ist, und mit einem Wälzlager (9) zur axialen und radialen Lagerung der Mutter (5) in dem Gestell (4). Um eine Servolenkung anzugeben, deren Betriebsgeräusch minimiert ist und deren Betriebsspiel stets in einem vorgegebenen Bereich liegt, ist vorgesehen, dass zumindest der Innenring (10) oder der Außenring (26) des Wälzlagers (9) entlang einer etwa senkrecht zu dem axial verlagerbaren Bauelement (6) verlaufenden Trennebene (11) in zwei Ringteile (12, 13) geteilt ist, dass die Ringteile (12,13) mit axialem Abstand (a) zueinander und mit zumindest mit einem Federelement (14) gegeneinander angefedert in dem Gestell (4) eingebaut sind.

Description

SERVOLENKUNG MIT VORGESPANNTEM, GETEILTEN LAGERRING
Die Erfindung betrifft eine Servolenkung, insbesondere eine elektrische
Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, mit einer, von einem Servomotor angetriebenen Bewegungsschraube aus einer axial weitestgehend unverschieblich in einem Gestell gelagerten Mutter, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Die DE 103 10 492 A1 zeigt und beschreibt eine elektrische Servolenkung wobei ein Servomotor ein axial verlagerbares Bauelement antreibt, das mit seinem
Kugelgewinde in Eingriff mit einem Muttergewinde einer axial unverschieblich in einem Gestell gelagerten Mutter ist. Die Mutter ist mit einer Riemenscheibe eines Zugmittelgetriebes zwischen dem Servomotor und der so gebildeten
Bewegungsschraube drehfest verbunden. Die Mutter ist über ein Radial-Festlager an dem Gestell abgestützt und gelagert. Das Radiallager ist als Wälzlager und insbesondere als Vierpunktlager gebildet, da insbesondere auch Axialkräfte aufzunehmen sind.
Die im Betrieb solcher Servolenkungen auftretenden, rasch wechselnden Axialkräfte auf die Lagerringe eines dahingehenden Wälzlagers verursachen jedoch
insbesondere durch unterschiedliche Erwärmung der Lagerringe des Wälzlagers zu
Betriebsbeginn der Servolenkung Toleranzen in dem Wälzlager. Durch diese
Toleranzen können unter Umständen zu Beginn eines Betriebes einer Servolenkung gelegentlich Klappergeräusche entstehen, bis sich durch eine gleichmäßige
Erwärmung der Bauteile des Wälzlagers letztendlich das konstruktiv vorgegebene Betriebsspiel einstellt. Bei tiefen Betriebstemperaturen ist das Lagerspiel unvorteilhaft klein in Bezug auf die Lagerreibung. Zudem lässt sich mit dem Wälzlager nicht immer in ausreichender Weise auf eine damit gelagerte Welle aufgebrachte Biegemomente durch eine Schiefstellung so ausgleichen, dass ein geringes Schwenkmoment resultiert und ein Klemmen der Welle vermieden wird.
Die bekannten Wälzlagerbauarten sind bei dem speziellen Anwendungsbereich in einer Servolenkung nicht immer in der Lage, in der genannten Betriebsphase eine Geräuschentwicklung zu verhindern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Servolenkung anzugeben, deren Betriebsgeräusch minimiert ist, insbesondere deren Wälzlager ein Radialspiel und
BESTATIGUNGSKOPIE Axialspiel unter Einfluss von Umgebungstemperaturen des Wälzlagers nicht über das Betriebsspiel ansteigt.
Die Aufgabe wird mit einer Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Dadurch, dass zumindest ein Lagerring - der Innenring oder der Außenring - des Wälzlagers entlang einer etwa senkrecht zu der Welle verlaufenden Trennebene in zwei Ringteile, vorzugsweise in zwei Ringhälften geteilt ist und die Ringhälften mit axialem Abstand zueinander mit zumindest einem Federelement gegeneinander angefedert in dem Lenksystem eingebaut sind, ist eine Servolenkung geschaffen, die in der Lage ist, das Lagerspiel in dem Wälzlager an die aktuelle Betriebstemperatur anzupassen, bzw. über die Betriebstemperatur ein konstantes Lagerspiel zu ermöglichen. Der Innenring oder der Außenring oder beide Lagerringe des Wälzlagers sind in definierter Weise radial vorgespannt, indem vorzugsweise der Innenring geteilt und die Ringhälften des Innenringes axial gegeneinander gespannt sind. Dadurch kann bei einer über die jeweilige Betriebsdauer der Servolenkung und insbesondere des Wälzlagers auftretendes Betriebsspiel durch die Abfolge von Aufwärmung des Außenringes zuerst und anschließendes Aufwärmen des Innenringes und eines Käfigs und der Wälzkörper dahingehend ausgeglichen werden, dass das sich erhöhende Axiallagerspiel durch die Erwärmung des Außenringes ausgeglichen werden kann. Die Ringhälften oder -teile des Innenringes werden dabei durch das Federelement gegeneinander gedrückt und die Wälzkörper geringfügig radial zu dem Außenring gedrückt, bzw. mit dem gewünschten Betriebsspiel zwischen den
Innenring-Teilen oder Innenring-Hälften gehalten. Eine vollkommene Kompensation von Wärmedehnungen der Lagerringe und ein gleichbleibendes Betriebsspiel des Wälzlagers ist dadurch bewirkt. Störende Betriebsgeräusche treten dadurch nicht auf.
Bevorzugte Ausführungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einem Ausführungsbeispiel ist der Innenring des Wälzlagers in zwei Ringhälften geteilt und durch mehrere, auf beide Ringhälften axial wirkende Federelemente gegeneinander angefedert. In einem Ausführungsbeispiel ist der Außenring des Wälzlagers in zwei Ringhälften geteilt und durch mehrere, auf beide Ringhälften axial wirkende Federelemente gegeneinander angefedert Die Federelemente oder das Federelement kann aus einem elastomeren Material oder aus einem metallischen Werkstoff wie etwa Federstahl gebildet sein. Die
Federelemente können beispielsweise Schraubendruckfedern sein, die in Abständen zueinander um den Umfang der Ringhälften angeordnet, sich zwischen dem Bauteil, das als Gestell für die zu lagernde Welle fungiert, und den Stirnflächen der
Ringhälften abstützen. Dabei federn die Schraubendruckfedern die Ringhälften des
Innen- oder Außenringes gegeneinander an.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel können ein oder mehrere Federelemente vorgesehen sein, die durch axial geführte Öffnungen in den Ringhälften eingreifen oder diese durchgreifen oder in anderer geeigneter Weise an den Ringhälften so festgelegt sind, dass diese durch die Zugkraft der Federelemente gegeneinander angefedert werden. Diese Ausführungsform des Wälzlagers hat den Vorteil, dass die betreffenden Ringhälften an den übrigen Bauteilen des Wälzlagers fixiert sind und das Wälzlager insgesamt leicht zu handhaben und zu montieren ist.
Anders als bei bekannten Schräglagern sind die betreffenden Ringhälften des Innenoder Außenringes vorzugsweise symmetrisch in Bezug zu der Trennebene aufgebaut. Bevorzugt sind die Wälzkörper des Wälzlagers als Kugeln gebildet und bilden ein Rillenkugellager oder ein Vierpunktlager. Die Ringhälften werden in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel mit Hilfe von ein oder zwei Tellerfedern axial angefedert. Die Tellerfedern können zur Definition der Federrate radial über einen Teil ihrer Breite geschlitzt sein. Insbesondere können radial geführte Schlitze von ihrem Innenumfangsrand über einen Teil ihrer Breite geführt sein. Es ist zweckmäßig um eine Aufbringung der Federkraft auf axial äußere Stirnflächen des betreffenden Innen- oder Außenringes zu bringen, die Tellerfedern in ihren radialen Abmessungen an den jeweils angefederten Wälzlagerring oder Ringteil oder -hälfte anzupassen. Es kann auch zweckmäßig sein, die Tellerfedern in ihren radialen Abmessungen so zu wählen, dass diese in einen Radialbereich von Dichtscheiben des Wälzlagers gelangen. Die Tellerfedern können so teilweise oder ganz die Aufgabe von Lagerscheiben übernehmen. Die Einbautoleranzen der Ringteile oder -hälften nebst Tellerfedern und dem axialen Spalt zwischen den Ringteilen oder - hälften können so gewählt werden, dass in einem kalten Zustand, in dem die Servolenkung nicht in Betrieb ist, die Tellerfedern nahezu auf Block zwischen den Ringhälften oder - teilen und Axialanschlägen zu liegen kommen. Die Borde des geteilten Innen- oder Außenringes können höher sein als bei dem ungeteilten Ring. Zudem kann das Wälzlager einen größeren Druckwinkel erhalten.
Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch ein Lenkgetriebe einer
erfindungsgemäßen Servolenkung, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Wälzlagers in einer Servolenkung,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Federelements zur axialen Anfederung von Ringhälften des Wälzlagers in Fig. 1 und 2.
Fig. 4 eine Darstellung nur des Lagerbereiches eines Ausführungsbeispiels mit
geteiltem Außenlager
In Fig. 1 ist ein teilweiser Längsschnitt durch eine als elektrische Hilfskraftlenkung gebildete Servolenkung 1 für einen Personenkraftwagen gezeigt. Wesentliche
Bauteile der Servolenkung 1 sind ein als geschlossenes Lenkgetriebegehäuse 22 gebildetes Gestell 4 aus Aluminiumdruckguss. Das Lenkgetriebegehäuse 22 weist einen Radialflansch auf, an dem mittels Schraubbolzen ein elektrischer Servomotor 2 angeschraubt ist. Der elektrische Servomotor 2 dient zur Bereitstellung einer
Lenkhilfskraft auf einen Gewindeabschnitt 23 einer Zahnstange 24. Die Zahnstange
24 stellt ein axial verlagerbares Bauelement 6 in dem Lenkgetriebegehäuse 22 dar. An nicht gezeigten axialen Enden der Zahnstange 24 sind gelenkig Spurstangen festgelegt, die mit Radlenkhebeln gelenkter Räder des Personenkraftwagens zur Lenkwinkelverstellung der Räder bei einer Axialverschiebung der Zahnstange 24 dienen. Der Gewindeabschnitt 23 der Zahnstange 24 ist mit seinem Gewinde 7 mit einem Muttergewinde 8 einer Mutter 5 in Eingriff. Die Mutter 5 ist als Kugelmutter 25 oder Kugelumlaufmutter gebildet. Eine von dem elektrischen Servomotor 2 angetriebene Bewegungsschraube 3 ist dadurch gebildet. Die Kugelmutter 25 ist um den
Gewindeabschnitt 23 in dem Gestell 4 rotierbar gelagert, aber axial weitgehend unverschieblich angeordnet. Die Kugelmutter 25 ist axial und radial über einen als Innenring 10 gebildeten Lagerring und einen als Außenring 26 gebildeten Lagerring eines Wälzlagers 9 in dem Gestell 4 oder Lenkgetriebegehäuse 22 gelagert. Das Wälzlager 9 ist als Rillenkugellager 21 gebildet. Der Außenring 26 des Wälzlagers 9 ist zwischen zwei Axialanschläge bildenden Lagerscheiben 27, 28 in einem
Gehäusedeckel 29 des Lenkgetriebegehäuses 22 festgelegt. Der elektrische
Servomotor 2 ist über ein Zugmittelgetriebe mit der Mutter 5 wirkverbunden, wobei ein als Zahnriemen gebildeter Riemen 30 auf einer Riemenscheibe 31 an der Mutter 5 abläuft. Die Riemenscheibe 31 ist in der Art einer stufenzylindrischen Hülse gebildet. Sie ist mit ihrer ,dem Wälzlager 9 zugewandte Stirnseite 32 an einen Umfangswulst
33 der Mutter 5 anliegend. Der Umfangswulst 33 bildet wiederum einen Anschlag für den Innenring 10 bzw. das Ringteil 13 des Innenringens 10. Eine Mutter 34, die auf eine Außenumfangsfläche der Kugelmutter 25 aufgedreht ist, bildet einen, dem Anschlag 33 gegenüberliegenden Anschlag 34 für den Innenring, dessen Aufbau im Folgenden näher beschrieben wird. Der Riemen 30 läuft ferner auf einer
Riemenscheibe 36, die drehfest mit einer Motorwelle des elektrischen Servomotors 2 verbunden ist, ab.
Der Servomotor 2 wird nach Maßgabe von Sensorsignalen, die einen gewünschten Lenkwinkel und einen Radlenkwinkel abbilden, von einer nicht gezeigten Steuer- und/oder Regelungseinrichtung angesteuert. Er kann pulsweitenmoduliert betrieben sein. Dadurch wird die Kugelmutter 25 in die eine oder andere Richtung gedreht und die Zahnstange 24 in die eine oder andere Richtung verschoben. Auf die Kugelmutter 25 werden andererseits Axialkräfte, die von den Radreaktionskräften abgeleitet sind, eingeleitet. Zudem ergeben sich bei Lenkbewegungen an einer Lenkhandhabe in die eine oder andere Richtung wechselnde Axialkräfte an der Kugelmutter 25, die auf das Wälzlager 9 wirken. Zu Betriebsbeginn erwärmt sich der Außenring 26 des
Wälzlagers 9 zuerst, da Wärme in der Regel aus einem Motorraum, in dem das Lenkgetriebegehäuse 22 montiert ist, zunächst von außen an das
Lenkgetriebegehäuse 22 und den Gehäusedeckel 29 gestrahlt wird. Wie die Figuren 1 und 2 zeigen, ist der Innenring 10 entlang einer mittig in radialer Richtung des Wälzlagers 9 verlaufenden Trennebene 11 in zwei symmetrisch zu dieser Trennebene 11 gebildete Ringteile oder Ringhälften 12,13 aufgeteilt. Dabei sind jeweils die auf die Trennebene 11 zugewandten Stirnflächen 37,38 der
Ringhälften 12,13 parallel und mit einem axialen Abstand a zueinander so angeordnet, dass die Ringhälften 12,13 axial auf die Trennebene 11 zu und weg geschoben werden können.
Die Ringhälften 12,13 sind durch als Tellerfedern 17 gebildete Federelemente 14 gegeneinander angefedert. Dazu stützen sich die Tellerfedern 17, von denen lediglich exemplarisch ein Ausführungsbeispiel in der Fig. 3 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt ist, zwischen dem Umfangswulst 33 an der Kugelmutter 25 und einer Stirnfläche 15 des Ringteiles 13 und dem weiteren, durch die Mutter 34 gebildeten Anschlag 35 und einer weiteren Stirnfläche 16 des Ringteils 12 ab. Die Tellerfedern 17 in den Ausführungsbeispielen in Fig.1 bis 3 sind im kalten Zustand der
Servolenkung 1 nahezu auf Block eingebaut und haben eine Federkraft von jeweils etwa 100 N bis 200 N, mit der sie jeweils die Ringhälften 12,13 axial gegeneinander anfedern. Der axiale Abstand a der Ringhälften 12,13 bleibt dabei, wie insbesondere die Fig. 2 zeigt, etwa auf seinem Größtmaß. Die Tellerfedern 17 haben einen
Innenradius ihres inneren Umfangsrandes 18, der etwa dem Innenradius des
Innenringes 10 entspricht. Der Außenradius r ist hingegen größer als der größte
Außenradius des Innenringes 10, so dass die Tellerfedern 17 radial zumindest teilweise jeweils eine Außenfläche von Dichtscheiben 39 zu beiden Seiten der Wälzkörper des Wälzlagers 9 überragen. Die Tellerfedern 17 ragen radial in einen Dichtscheibenbereich 20.
Die Tellerfeder 17 in dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel hat von ihrem inneren Umfangsrand 18 radial sternförmig um den ganzen Umfang der jeweiligen Tellerfeder 17 Schlitze 19, die über die Hälfte der Breite der Tellerfeder 17 ragen und gegen Kerbwirkung gebildete, halbkreisförmige Enden 40 aufweisen.
Die Ringhälften 12,13 des Innenringes 10 bilden jeweils eine Teillaufbahn für Kugeln 41 des Wälzlagers 9 aus und liegen mit dem gezeigten axialen Abstand a an den Kugeln an. Bei einer Erwärmung des Außenringes 26 und anschließender Erwärmung des Innenringes 10 ergibt sich eine Weitung der Schultern des Außenringes 26 verbunden mit der Notwendigkeit, das dadurch bedingte Axialspiel auf ein
Betriebsspiel wieder zu reduzieren. Zu diesem Zweck ist der Innenring 10 wie beschrieben geteilt und die Ringteile oder in dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Ringhälften 12,13 sind axial angefedert. Dadurch ist es möglich, dass bei einer Erwärmung des Außenringes 26 die Innenring-Hälften 12,13 axial sich aufeinander zu bewegen können und das Abstandsmaß a etwas verringert wird. Die Kugeln 41 werden dadurch zumindest durch den Innenring 10 spielarm geführt, so lange, bis beide Ringe 10,26 des Wälzlagers 9 etwa dieselbe Temperatur aufweisen und die konstruktiv vorgesehene Toleranzlage der beiden Ringe 10, 26 eingenommen wird. Dabei wird das Abstandsmaß a wieder etwas vergrößert. Durch die Anwendung von Tellerfedern 17 als Federelemente für die Ringhälften
12,13 ergibt sich eine bauraumsparende, konstruktiv einfache Lösung, das
Betriebsspiel des Wälzlagers 9 immer in einem gewünschten Bereich unabhängig von aktuellen Temperaturen der Bauteile des Wälzlagers 9 zu halten. Die Tellerfedern 17 können in Umfangskerben an der Mutter 5 zu liegen kommen, so dass sich eine einfache Montagemöglichkeit und ein Zusammenhalt der Ringhälften 12,13 während der Montage auf der Mutter 5 ergeben kann.
Figur 4 zeigt ein Rillenkugellager 21 , welches sich mit einem Außenring 26 an einem Gestell 4, einer Gehäusewand des Lenkgetriebegehäuses abstützt. Der Außenring 26 ist in einer Innenumfangsnut 4' mit rechteckig, U-förmigem Querschnitt gehalten. Die
Innenumfangsnut 4' hat etwa eine Tiefe, die der Stärke des Außenringes 26 entspricht. Die Innenumfangsnut 4' ist breiter als das Wälzlager 9 und dessen Außenring 26. Wie Fig. 4 zeigt, ist der Außenring 26 des Wälzlagers 9 symmetrisch zu einer im Winkel von 90 ° zu einer Längsachse des Wälzlagers 9 angeordneten Trennebene 11 in zwei Ringteile 12, 13 geteilt. Die Ringteile 12, 13 bilden jeweils eine
Teil-Laufbahn für die Kugeln 41 des Wälzlagers 9 aus und liegen mit axialem
Abstand a an ihren inneren Stirnflächen zueinander an den Kugeln 41 an. Die Ringteile 12, 13 sind mit Federelementen 14, welche in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel als Schraubendruckfedern 14' gebildet sind und mit Abständen zueinander um die äußeren Stirnflächen 15, 16 des Außenringes 26 angeordnet sind, gegeneinander gepresst, ohne dass sich der Abstand a allerdings auf ein Nullmaß verringern könnte. Durch die gegenseitige Anfederung der Ringhälften 12, 13 ergibt sich die Möglichkeit, dass der Außenring 26 unabhängig von Wärmedehnungen aller Bauteile des Wälzlagers 9 stets mit nahezu demselben Betriebsspiel mit den Kugeln 41 zusammenwirkt. Der Innenring 10 ist durch geeignete Sicherungselemente, wie Sprengringe 42 an seinen beiden Stirnflächen axial unverschieblich auf der Welle 6 oder Kugelumlaufmutter 25 gehalten.
Um eine in begrenztem Umfang gewünschte Kippfähigkeit des Wälzlagers 9 zu bewirken, beispielsweise um Biegemomente in der zu lagernden Welle und deren Klemmwirkung auf das Wälzlager 9 besser beherrschen zu können, ist in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Wälzlagers 9 ein Ring mit balliger oder konvexer Außenkontur um den Außenring 26 oder den Innenring 10 des Wälzlagers 9 gelegt. Mit Hilfe des Ringes stützt sich das Wälzlager 9 an dem betreffenden Bauteil des Lenksystems, etwa an einer Kugelumlaufmutter 25 ab und kann relativ zu der Kugelumlaufmutter 25 bei Einwirkung von Biegemomenten etwa auf eine durch die Kugelumlaufmutter 25 greifende Spindel kippen, ohne in irgendeiner Weise zu klemmen.
Durch die Gestaltung des erfindungsgemäßen Wälzlagers 9 ist ein stets
gleichbleibendes Lagerspiel ermöglicht und ein erhöhter Verschleiß in dem Wälzlager
9 vermieden, da während des Betriebes auftretende Wärmedehnungen des
Wälzlagers 9 keinen Einfluss auf die Toleranzen des Wälzlagers 9 haben, da diese ausgeglichen sind.
Bezugszeichenliste
1 Servolenkung
2 Servomotor
3 Bewegungsschraube
4 Gestell
41 Innenumfangsnut
5 Mutter
6 Bauelement, axial verlagerbar
7 Gewinde
8 Muttergewinde
9 Wälzlager
10 Innenring
11 Trennebene
12 Ringteil
13 Ringteil
14 Federelement
14" Schraubendruckfeder
15 Stirnfläche
16 Stirnfläche
17 Tellerfeder
18 Umfangsrand
19 Schlitz
20 Dichtscheibenbereich
21 Rillenkugellager
22 Lenkgetriebegehäuse
23 Gewindeabschnitt
24 Zahnstange
25 Kugelmutter
26 Außenring
27 Lagerscheibe
28 Lagerscheibe
29 Gehäusedeckel
30 Riemen
31 Riemenscheibe, an 5
32 Stirnseite 33 Umfangswulst
34 Mutter
35 Anschlag
36 Riemenscheibe
37 Stirnfläche
38 Stirnfläche
39 Dichtscheibe
40 Ende, v. 19
41 Kugel
42 Sprengring
a Abstand, axial r Außenradius, v. 17

Claims

Patentansprüche 1. Servolenkung, insbesondere elektrische Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, mit einer, von einem Servomotor (2) angetriebenen Bewegungsschraube (3) aus einer axial weitestgehend unverschieblich in einem Gestell (4) gelagerten Mutter (5) und einem axial verlagerbaren Bauelement (6), dessen Gewinde (7) mit einem Muttergewinde (8) der Mutter (5) in Eingriff ist, und mit einem Wälzlager (9) zur axialen und radialen Lagerung der Mutter (5) in dem Gestell (4), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zumindest der Innenring (10) oder der Außenring (26) des Wälzlagers (9) entlang einer etwa senkrecht zu dem axial verlagerbaren Bauelement (6) verlaufenden Trennebene (11) in zwei Ringteile (12,13) geteilt ist, wobei die Ringteile (12,13) mit axialem Abstand (a) zueinander und mit zumindest einem Federelement (14) gegeneinander angefedert in dem Gestell (4) eingebaut sind.
2. Servolenkung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ringteile
(12,13) mit entgegengesetzt zueinander wirkenden Federelementen (14) angefedert sind.
3. Servolenkung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
Federelemente (14) aus einem elastomeren oder metallischen Werkstoff gebildet sind.
4. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (14) Schraubendruckfedern sind, die in Abständen zueinander umfangsseitig um die Stirnflächen (15,16) der Ringteile (12,13) zwischen dem Gestell (4) der Servolenkung (1) und den Stirnflächen (15,6) sich abstützen.
5. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (14) oder eine Mehrzahl von Federelementen (14) die Ringteile (12,13) axial durchgreifen oder übergreifen und eine Zugkraft, die die Ringteile (12,13) gegeneinander zieht, aufbringt.
6. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (14) eine Tellerfeder (17) ist.
7. Servolenkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder
(17) oder eine Mehrzahl an Tellerfedern (14) einen geschlitzten Umfangsrand (18) aufweist.
8. Servolenkung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsrand
(18) radial nach innen gerichtete Schlitze (19) aufweist.
9. Servolenkung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (17) oder eine Mehrzahl an Tellerfedern (17) etwa dieselben radialen Abmessungen aufweisen wie die angefederten Ringteile (12,13) .
10. Servolenkung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (17) oder eine Mehrzahl an Tellerfedern (17) radial in einen Dichtscheibenbereich (20) des Wälzlagers (9) ragt.
11. Servolenkung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tellerfeder (17) oder eine Mehrzahl an Tellerfedern (17) außerhalb des Betriebes der Servolenkung (1) annähernd auf Block eingebaut sind.
12. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass Wälzkörper des Wälzlagers (9) Kugeln (41) sind.
13. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (9) ein Rillenkugellager (21) oder ein Vierpunktlager ist oder die
Wälzkörper des Wälzlagers (9) Tonnen sind.
14. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (10) und der Außenring (26) des Wälzlagers (9) einen
symmetrischen Querschnitt relativ zu der Trennebene (11) aufweisen.
15. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wälzlager (9) und der Welle (6) ein mit einem konvexen
Querschnittsprofil von dem Wälzlager (9) weisendes, ringförmiges Bauteil angeordnet ist, wobei das Bauteil eine Kippbewegung des Wälzlagers (9) ermöglicht.
16. Servolenkung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wälzlager (9) und dem Gestell (4) des Lenksystems ein mit einem konvexen Querschnittsprofil von dem Wälzlager (9) weisendes ringförmiges Bauteil angeordnet ist, wobei das Bauteil eine Kippbewegung des Wälzlagers (9) ermöglicht
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