WO2011147824A1 - Kugelumlaufgetriebe - Google Patents

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Zf Lenksysteme Gmbh
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    • Y10T74/19698—Spiral
    • Y10T74/19702—Screw and nut

Definitions

  • the invention relates to a recirculating ball gear, in particular for a steering system of a motor vehicle, with a nut mounted in a housing by means of a bearing, wherein at least one spring element is arranged on each end face of the bearing between the bearing and the housing.
  • the generic recirculating ball gear can be exposed during operation in the axial direction of shocks, which can lead to damage of the ball gear and disturbing rattling noise due to a game in the camp over time.
  • the invention therefore has the object to improve a ball screw transmission of the type mentioned in that acting in the axial direction shock loads can be attenuated.
  • the invention solves this problem with a generic recirculating ball bearing, in which according to the invention, the spring elements are operated in the progressive range of a characteristic.
  • the spring elements are operated in the progressive range of a characteristic.
  • the characteristic curve of the spring elements can have both a degressive and / or a linear component, which, however, does not come into play during operation.
  • the characteristics of the spring elements can also be purely progressive.
  • the spring elements may have a certain preload, wherein a preload and a biasing force are in the range of a small slope of the progressive portion of the characteristic.
  • the rattling noises that result from the game in the camp can be damped.
  • the clearance is generally relatively small compared with the suspension travel required for damping, the preload and preload force may conveniently be close to the transition past which the characteristic increases steeply.
  • the spring elements can be connected in parallel and / or in series.
  • the spring elements may be a corrugated spring and / or a plate spring, since with it the respective desired progressive region of the characteristic curve can be realized cost-effectively.
  • this range of the characteristic curve can also be represented with discs made of elastomers.
  • the bearing may be an outer ring exhibiting rolling bearing, wherein the spring elements abut the outer ring.
  • a stop element may be provided between the spring elements and the housing. In this way, the spring travel of the spring elements can be precisely defined.
  • an inner ring of the bearing can sit on the nut and the inner ring can be fastened to the nut by means of a fastening ring.
  • the attachment ring may be a snap ring.
  • the spring elements may rest on the inner ring of the rolling bearing, wherein the outer ring is fixed in this case on the housing so that it can not be moved axially.
  • the invention also relates to a steering for a motor vehicle, in particular a steering with electric power assistance, which according to the invention comprises the ball screw transmission according to one of claims 1 to 7.
  • Fig. 1 is a sectional view through a recirculating ball gear
  • Fig. 2 is a sectional view through a bearing
  • Fig. 3 is a sectional view through a second embodiment of
  • Fig. 1 shows a ball screw 10 with a threaded spindle 1 1 and a mother arranged thereon 12 of a steering not shown here of a motor vehicle.
  • a roller bearing 13 which is surrounded by a housing 14.
  • balls 1 5 are arranged.
  • the threaded spindle 1 1 are moved in the axial direction to the left and to the right.
  • Fig. 2 shows a bearing 20 which sits on a nut 21.
  • the bearing has an outer ring 22 and an inner ring 23.
  • a spring element 24 is disposed on the end faces of the bearing 20, wherein the spring element 24 in the illustrated case is a corrugated spring.
  • the spring elements 24 dampen impact loads that act on the bearing 20 in the axial direction. Such shock loads occur in the operation of the steering, when the mother 21st starts to rotate or the direction of rotation is changed. Due to an unavoidable clearance in the bearing 20, audible rattling noises would result if the spring elements 24 did not damp the shock loads.
  • the stop elements 26 define the spring travel of the spring elements 24.
  • the inner ring 23 is arranged with a fixing ring 25 on the nut 21 in a form-fitting manner. Thus, axially acting movements and loads can be transmitted from the nut 21 to the bearing 20.
  • Fig. 3 shows a bearing 30 in which an outer ring 31 is fitted in a housing 32, so that the bearing 30 is fixed in the axial direction.
  • An inner ring 33 rests on the nut 21st Between the mounting rings 25 and the inner ring 33 designed as a wave spring spring element 24 is arranged.
  • the spring elements thus dampen the impact loads that act on the bearing 30 in the axial direction. Further, rattling noises due to the game are reduced in the camp 30 so that they are not audible.
  • the characteristic curve has an exclusively progressive course. In order to damp the jerky loads particularly reliably, the flat course of the characteristic curve is mainly relevant. The increasing region of the characteristic prevents the spring elements 24 from being compressed to such an extent that impact-like loads are exerted on the housing 14 and 32. In order to avoid the play in the bearing 20 and the associated rattling noises, the spring elements 24 can be biased, wherein a Vorspannweg and a biasing force are in the range of the lower slope of the curve. Since the clearance in the bearing 20 is relatively small compared to the spring travel required for damping, the preload and the preload force may be close to the transition behind which the characteristic increases steeply. The biasing path may therefore be in the region of the arrow in FIG. 3, for example. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kugelumlaufgetriebe, insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einer mittels eines Lagers (20) in einem Gehäuse gelagerten Mutter (21), wobei an jeder Stirnseite des Lagers (20) zwischen dem Lager (20) und dem Gehäuse mindestens ein Federelement (24) angeordnet ist. Im Betrieb wird das Kugelumlaufgetriebe in axialer Richtung Stößen ausgesetzt, wodurch es im Laufe der Zeit zu Beschädigungen und störenden Klappergeräuschen im Kugelumlaufgetriebe kommen kann. Deshalb werden die Federelemente (24) erfindungsgemäß im progressiven Bereich einer Kennlinie betrieben.

Description

Kugelumlaufgetriebe
Die Erfindung betrifft ein Kugelumlaufgetriebe, insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einer mittels eines Lagers in einem Gehäuse gelagerten Mutter, wobei an jeder Stirnseite des Lagers zwischen dem Lager und dem Gehäuse mindestens ein Federelement angeordnet ist.
Das gattungsgemäße Kugelumlaufgetriebe kann im Betrieb in axialer Richtung Stößen ausgesetzt werden, wodurch es im Laufe der Zeit zu Beschädigungen des Kugelumlaufgetriebes und zu störenden Klappergeräuschen infolge eines Spiels im Lager kommen kann.
Die DE 10 2007 048 075 A1 beschreibt ein Kugelumlaufgetriebe mit einem einseitig gefederten Lager. Die einseitig am Lager anliegende Feder hat die Aufgabe Kippmomente und eine Wärmeausdehnung auszugleichen und gleichzeitig das Lager in einem Gehäuse zu fixieren. Aufgrund der einseitigen Federung des Lagers können mit dieser Konstruktion jedoch keine Stöße aufgenommen werden, da diese im Betrieb immer in Richtung der gegenüberliegenden Stirnseiten wirken.
Die Erfindung hat deshalb die Aufgabe ein Kugelumlaufgetriebe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass in axialer Richtung wirkende stoßartige Belastungen gedämpft werden können.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einem gattungsgemäßen Kugelumlaufgetriebe, bei dem erfindungsgemäß die Federelemente im progressiven Bereich einer Kennlinie betrieben werden. Auf diese Weise können insbesondere aufgrund des steilen Verlaufs im progressiven Bereich der Kennlinie stoßartige Belastungen in axialer Richtung des Lagers zuverlässig gedämpft werden. Folglich werden auch störende Klappergeräusche infolge eines Spiels im Lager deutlich reduziert. Die Kennlinie der Federelemente kann sowohl einen degressiven und/oder einen linearen Anteil aufweisen, der jedoch im Betrieb nicht zum Tragen kommt. Selbstverständlich können die Kennlinien der Federelemente auch rein progressiv sein. Die Federelemente können eine bestimmte Vorspannung aufweisen, wobei ein Vorspannweg und eine Vorspannkraft im Bereich einer geringen Steigung des progressiven Bereichs der Kennlinie liegen. Auf diese Weise können die Klappergeräusche, die aus dem Spiel im Lager resultieren, gedämpft werden. Da das Spiel verglichen mit dem zur Dämpfung benötigten Federweg jedoch in der Regel relativ gering ist, können der Vorspannweg und die Vorspannkraft zweckmäßigerweise in der Nähe des Übergangs liegen, hinter dem die Kennlinie steil ansteigt.
Um die Kennlinie ganz spezifisch gestalten zu können, können die Federelemente parallel und/oder seriell geschaltet werden.
Vorzugsweise können die Federelemente eine Wellfeder und/oder eine Tellerfeder sein, da mit ihr der jeweils gewünschte progressive Bereich der Kennlinie kostengünstig realisiert werden kann. Außerdem kann dieser Bereich der Kennlinie auch mit Scheiben aus Elastomeren dargestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Lager ein einen Außenring aufweisendes Wälzlager sein, wobei die Federelemente am Außenring anliegen.
Zwischen den Federelementen und dem Gehäuse kann ein Anschlagelement vorgesehen sein. Auf diese Weise lässt sich der Federweg der Federelemente genau definieren.
Um eine zuverlässige formschlüssige Verbindung zwischen dem Lager und der Mutter sicherzustellen, kann ein Innenring des Lagers auf der Mutter sitzen und der Innenring an der Mutter mittels eines Befestigungsrings befestigt sein. Vorzugsweise kann der Befestigungsring ein Sprengring sein.
In einer alternativen Ausführungsform können die Federelemente jedoch am Innenring des Wälzlagers anliegen, wobei der Außenring in diesem Fall am Gehäuse fixiert ist, so dass er nicht axial bewegt werden kann. Die Erfindung betrifft außerdem eine Lenkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere eine Lenkung mit elektrischer Hilfskraftunterstützung, die erfindungsgemäß das Kugelumlaufgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen mehr erläutert.
Im Einzelnen zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht durch ein Kugelumlaufgetriebe;
Fig. 2 eine Schnittansicht durch ein Lager;
Fig. 3 eine Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform des
Lagers;
Fig. 4 eine Kennlinie eines Federelements.
Fig. 1 zeigt ein Kugelumlaufgetriebe 10 mit einer Gewindespindel 1 1 und einer darauf angeordneten Mutter 12 einer hier nicht näher dargestellten Lenkung eines Kraftfahrzeugs. Auf der Mutter 12 sitzt ein Wälzlager 13, das von einem Gehäuse 14 umgeben ist. Zwischen der Mutter 12 und der Gewindespindel 1 1 sind Kugeln 1 5 angeordnet. Somit kann durch Rotation der Mutter 12 die Gewindespindel 1 1 in axialer Richtung nach links und nach rechts bewegt werden. Ferner können durch eine Fahrbahn, über die ein mit dem Kugelumlaufgetriebe 10 ausgestattetes Fahrzeug fährt, Stöße in axialer Richtung auf die Gewindespindel 1 1 übertragen und somit an die Mutter 12 und das Wälzlager 13 weitergegeben werden.
Fig. 2 zeigt ein Lager 20, das auf einer Mutter 21 sitzt. Das Lager weist einen Außenring 22 und einen Innenring 23 auf. Zwischen dem Außenring 22 und Anschlagelementen 26 ist an den Stirnseiten des Lagers 20 jeweils ein Federelement 24 angeordnet, wobei das Federelement 24 im dargestellten Fall eine Wellfeder ist. Die Federelemente 24 dämpfen stoßartige Belastungen, die in axialer Richtung auf das Lager 20 wirken. Solche stoßartigen Belastungen treten im Betrieb der Lenkung auf, wenn die Mutter 21 anfängt zu rotieren oder die Rotationsrichtung geändert wird. Aufgrund eines unvermeidbaren Spiels im Lager 20 würden hörbare Klappergeräusche entstehen, wenn die Federelemente 24 nicht die stoßartigen Belastungen dämpfen würden.
Die Anschlagelemente 26 definieren den Federweg der Federelemente 24. Der Innenring 23 ist mit einem Befestigungsring 25 an der Mutter 21 formschlüssig angeordnet. Somit können axial wirkende Bewegungen und Belastungen von der Mutter 21 auf das Lager 20 übertragen werden.
Fig. 3 zeigt ein Lager 30, bei dem ein Außenring 31 in ein Gehäuse 32 eingepasst ist, so dass das Lager 30 in axialer Richtung fixiert ist. Ein Innenring 33 ruht auf der Mutter 21 . Zwischen den Befestigungsringen 25 und dem Innenring 33 ist das als Wellfeder ausgebildete Federelement 24 angeordnet. Die Federelemente dämpfen somit die stoßartigen Belastungen, die in axialer Richtung auf das Lager 30 wirken. Ferner werden dadurch Klappergeräusche aufgrund des Spiels im Lager 30 reduziert, so dass sie nicht zu hören sind.
Fig. 4 zeigt eine Kennlinie der Federelemente 24. Die Kennlinie weist einen ausschließlich progressiven Verlauf auf. Um die stoßartigen Belastungen besonders zuverlässig dämpfen zu können, ist hauptsächlich der flache Verlauf der Kennlinie relevant. Der stei l ansteigende Bereich der Kenn l in ie verh indert, dass die Federelemente 24 so weit zusammengedrückt werden, dass stoßartige Belastungen auf das Gehäuse 14 und 32 ausgeübt werden. Um das Spiel im Lager 20 und die damit zusammenhängenden Klappergeräusche zu vermeiden, können die Federelemente 24 vorgespannt werden, wobei ein Vorspannweg und eine Vorspannkraft im Bereich der geringeren Steigung der Kennlinie liegen. Da das Spiel im Lager 20 verglichen mit dem zur Dämpfung benötigten Federweg relativ gering ist, können der Vorspannweg und die Vorspannkraft in der Nähe des Übergangs liegen, hinter dem die Kennlinie steil ansteigt. Der Vorspannweg kann sich deshalb beispielsweise im Bereich des Pfeils in Fig. 3 befinden. Bezugszeichenliste
10 Kugelum laufgetriebe
1 1 Gewindespindel
12 Mutter
13 Wälzlager
14 Gehäuse
15 Kugel
20 Lager
21 Mutter
22 Außenring
23 Innenring
24 Federelement
25 Befestigungsring
26 Anschlagelement
30 Lager
31 Außenring
32 Gehäuse
33 Innenring

Claims

Ansprüche
1 . Kugelumlaufgetriebe (10), insbesondere für eine Lenkung eines Kraftfahrzeugs, mit einer mittels eines Lagers (13, 20) in einem Gehäuse (14, 32) gelagerten Mutter (21 ), wobei an jeder Stirnseite des Lagers (13, 20, 30) zwischen dem Lager (13, 20, 30) und dem Gehäuse (14) mindestens ein Federelement (24) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (24) im progressiven Bereich einer Kennlinie betrieben werden.
2. Kugelumlaufgetriebe (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (24) eine bestimmte Vorspannung aufweisen, wobei eine Vorspannkraft und ein Vorspannweg im Bereich einer geringen Steigung des progressiven Bereichs der Kennlinie liegen.
3. Kugelumlaufgetriebe (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (24) parallel und/oder seriell geschaltet sind.
4. Kugelumlaufgetriebe (10) nach e i n e m d e r An s p rü ch e 1 b i s 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (24) eine Wellfeder und/oder eine Tellerfeder sind.
5. Kugelumlaufgetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (13, 20) ein einen Außenring (22) aufweisendes Wälzlager ist, wobei die Federelemente (24) am Außenring (22) anliegen.
6. Kugelumlaufgetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Federelementen (24) und dem Gehäuse (14) ein Anschlagelement (26) vorgesehen ist.
7. Kugelumlaufgetriebe (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innenring (23) des Lagers (20) auf der Mutter (21 ) sitzt und der Innenring (23) an der Mutter (21 ) mittels Befestigungsringen (25) befestigt ist.
8. Kugelumlaufgetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (24) am Innenring (33) des Wälzlagers (30) anliegen.
9. Lenkung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Lenkung mit elektrischer Hilfskraftunterstützung, dadurch gekennzeichnet, dass sie das Kugelumlaufgetriebe (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
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