DE102018130734A1

DE102018130734A1 - Kugelmutterbaugruppe für eine servolenkungbaugruppeeines fahrzeugs

Info

Publication number: DE102018130734A1
Application number: DE102018130734.9A
Authority: DE
Inventors: Brian A. Urbach; John F. Santori
Original assignee: TRW Automotive US LLC
Current assignee: ZF Active Safety and Electronics US LLC
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2019-06-06
Also published as: US20190168800A1; US10981592B2

Abstract

Eine Servolenkungsbaugruppe weist ein Gehäuse und eine am Gehäuse gelagerte Kugelmutterbaugruppe auf. Die Kugelmutterbaugruppe hat eine Kugelmutterachse. Das Gehäuse hat eine erste Fläche zwischen dem Gehäuse und der Kugelmutterbaugruppe. Die Kugelmutterbaugruppe hat auch eine zweite Fläche. Die zweite Fläche dreht sich so auf der ersten Fläche, dass sich die Kugelmutterbaugruppe relativ zum Gehäuse auf einer Drehachse dreht, die quer zur Kugelmutterachse verläuft.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Servolenkungsbaugruppen für Fahrzeuge und insbesondere eine verbesserte Kugelmutterbaugruppe einer solchen Servolenkungsbaugruppe.
Ein Kraftfahrzeug weist üblicherweise eine Servolenkungsbaugruppe zur Unterstützung beim Drehen lenkbarer Räder des Fahrzeugs auf. Die Servolenkungsbaugruppe kann eine Zahnstangenbaugruppe aufweisen, die eine Drehbewegung eines Lenkrads in eine lineare Bewegung eines Lenkelements umwandelt. Durch die lineare Bewegung des Lenkelements werden dann die lenkbaren Räder gedreht. Eine Kugelmutterbaugruppe kann an dem Lenkelement angebracht und wirkungsmäßig mit einer Energiequelle verbunden sein. Die Energiequelle und die Kugelmutterbaugruppe wirken gemeinsam bei der linearen Bewegung des Lenkelements als Reaktion auf die Drehung des Lenkrads mit.
Die Servolenkungsbaugruppe weist ein Gehäuse für ihre Bauteile auf. Das Gehäuse kann einzelne Gehäuse umfassen, die zusammengefügt sind. Die einzelnen Gehäuse können beispielsweise ein Ritzelgehäuse und ein außenliegendes Gehäuse sein, die zusammengefügt sind. Jedoch können Toleranzen, die für das Gießen und die spanende Bearbeitung der einzelnen Gehäuse zulässig sind, zu deren Versatz bzw. Fehlausrichtung beim Zusammenfügen führen. Die Fehlausrichtung kann dazu führen, dass die Kugelmutterbaugruppe blockiert bzw. sich verklemmt, was die innere Reibung für die Servolenkungsbaugruppe erhöht. Daher wäre es wünschenswert, das Blockieren bzw. Festlaufen bei der Kugelmutterbaugruppe aufgrund der Fehlausrichtung der einzelnen Gehäuse zu verringern.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine verbesserte Kugelmutterbaugruppe einer Servolenkungsbaugruppe für ein Fahrzeug.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Servolenkungsbaugruppe einzeln und/oder in Kombination eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: ein Gehäuse und eine am Gehäuse gelagerte Kugelmutterbaugruppe. Die Kugelmutterbaugruppe hat eine Kugelmutterachse. Eine erste Fläche befindet sich zwischen dem Gehäuse und der Kugelmutterbaugruppe. Die Kugelmutterbaugruppe hat eine zweite Fläche. Die zweite Fläche dreht sich relativ zum Gehäuse so auf der ersten Fläche, dass sich die Kugelmutterbaugruppe auf einer Drehachse dreht, die quer zur Kugelmutterachse verläuft.
Gemäß dieser Ausführungsform befindet sich die erste Fläche am Gehäuse.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Servolenkungsbaugruppe ferner einen Gehäuseeinsatz zwischen dem Gehäuse und der Kugelmutterbaugruppe. Die erste Fläche befindet sich am Gehäuseeinsatz.
Gemäß dieser Ausführungsform weist der Gehäuseeinsatz eine Außenfläche auf, die parallel zur Kugelmutterachse ist.
Gemäß dieser Ausführungsform weist die erste Fläche einen konkaven Abschnitt in einer Richtung der Kugelmutterachse auf, ist der konkave Abschnitt der Kugelmutterachse zugewandt, weist die zweite Fläche einen konvexen Abschnitt in Richtung der Kugelmutterachse auf und ist der konvexe Abschnitt von der Kugelmutterachse abgewandt.
Gemäß dieser Ausführungsform dreht sich die zweite Fläche zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlagfläche.
Gemäß dieser Ausführungsform befindet sich ein Polymerlager zwischen der ersten und der zweiten Fläche.
Gemäß dieser Ausführungsform weist die Kugelmutterbaugruppe eine Lagerbaugruppe auf, die die Kugelmutterbaugruppe am Gehäuse lagert und die zweite Fläche aufweist.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Lagerbaugruppe einen Gehäuseeinsatz und eine Außenfläche des Gehäuseeinsatzes. Die erste Fläche befindet sich am Gehäuseeinsatz. Die Außenfläche ist parallel zur Kugelmutterachse.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Lagerbaugruppe ein Außenringelement, das die zweite Fläche aufweist, einen ersten Laufring im Außenringelement, einen zweiten Laufring in der Kugelmutterbaugruppe und Kraftübertragungselemente zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Lagerbaugruppe ein Außenringelement, das die zweite Fläche aufweist, einen ersten Laufring im Außenringelement, ein Innenringelement, das an einer Kugelmutter der Kugelmutterbaugruppe befestigt ist, einen zweiten Laufring im Innenringelement und Kraftübertragungselemente zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring.
Gemäß dieser Ausführungsform sind die Kugelmutterachse und die Drehachse zueinander senkrecht.
Gemäß dieser Ausführungsform ist das Gehäuse drehfest zur Drehachse.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine Servolenkungsbaugruppe einzeln und/oder in Kombination eines oder mehrere der folgenden Merkmale umfassen: ein Gehäuse, eine Kugelmutterbaugruppe, die eine Kugelmutterachse hat, und eine Lagerbaugruppe, die die Kugelmutterbaugruppe am Gehäuse lagert. Eine ringförmige erste Fläche befindet sich zwischen dem Gehäuse und der Kugelmutterbaugruppe. Die Lagerbaugruppe hat eine ringförmige zweite Fläche. Die zweite Fläche dreht sich so auf der ersten Fläche, dass sich die Kugelmutterbaugruppe relativ zum Gehäuse auf einer Drehachse dreht, die quer zur Kugelmutterachse verläuft. Ein Lenkelement erstreckt sich längs der Kugelmutterachse und weist einen Zahnstangenabschnitt und einen Schneckenabschnitt auf. Die Kugelmutterbaugruppe ist wirkungsmäßig mit dem Schneckenabschnitt verbunden. Ein Ritzel ist wirkungsmäßig mit dem Zahnstangenabschnitt verbunden und eine Riemenscheibenbaugruppe verbindet eine Energiequelle wirkungsmäßig mit der Kugelmutterbaugruppe. Die Kugelmutterbaugruppe bewirkt eine lineare Bewegung des Lenkelements.
Gemäß dieser Ausführungsform weist die erste Fläche einen konkaven Abschnitt in einer Richtung der Kugelmutterachse auf, ist der konkave Abschnitt der Kugelmutterachse zugewandt, weist die zweite Fläche einen konvexen Abschnitt in Richtung der Kugelmutterachse auf und ist der konvexe Abschnitt von der Kugelmutterachse abgewandt.
Gemäß dieser Ausführungsform dreht sich die zweite Fläche zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlagfläche.
Gemäß dieser Ausführungsform befindet sich ein Polymerlager zwischen der ersten und der zweiten Fläche.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Lagerbaugruppe ein Außenringelement, das die zweite Fläche aufweist, einen ersten Laufring im Außenringelement, einen zweiten Laufring in der Kugelmutterbaugruppe und Kraftübertragungselemente zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring.
Gemäß dieser Ausführungsform befindet sich die erste Fläche am Gehäuse.
Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Lagerbaugruppe ferner einen Gehäuseeinsatz und eine Außenfläche des Gehäuseeinsatzes. Die erste Fläche befindet sich am Gehäuseeinsatz. Die Außenfläche ist parallel zur Kugelmutterachse.
Zu einem oder mehreren potenziellen und/oder verwirklichten Vorteilen einer Ausführungsform der Servolenkungsbaugruppe gehört eine Verringerung des Blockierens bzw. Festlaufens bei der Kugelmutterbaugruppe.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht einer Servolenkungsbaugruppe mit einer ersten Ausführungsform einer Kugelmutterbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Horizontalschnittansicht der Servolenkungsbaugruppe von 1 längs der Linie 2-2.
3 ist eine Teilschnittansicht der Kugelmutterbaugruppe von 1.
4 ist ein vergrößerter Bereich von 3.
5 ist eine schematische Ansicht der Servolenkungsbaugruppe von 1 mit der Kugelmutterbaugruppe in einer ersten Position.
6 ist eine schematische Ansicht der Servolenkungsbaugruppe von 1 mit der Kugelmutterbaugruppe in einer zweiten Position.
7 ist eine Teilschnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Kugelmutterbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung.
8 ist ein vergrößerter Bereich von 7.
9 ist eine Teilschnittansicht einer dritten Ausführungsform einer Kugelmutterbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 ist schematisch eine insgesamt bei 100 angegebene Servolenkungsbaugruppe für ein Fahrzeug dargestellt. Die Servolenkungsbaugruppe 100 weist eine erste Ausführungsform einer Kugelmutterbaugruppe auf, die insgesamt bei 102 angegeben und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist.
Der allgemeine Aufbau und die Funktionsweise der Servolenkungsbaugruppe 100 sind von herkömmlicher Art in dem Fachgebiet. Beispielsweise kann die Servolenkungsbaugruppe 100 wie vom US-Patent Nr. 8,307,940 von Bugosh et al. oder vom US-Patent Nr. 7,055,646 von Bugosh offenbart sein, wobei die Offenbarungen beider hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen sind. Somit werden nur diejenigen Abschnitte der Servolenkungsbaugruppe 100, die zum vollständigen Verständnis dieser Erfindung notwendig sind, ausführlich erläutert und veranschaulicht. Diese Erfindung wird zwar im Zusammenhang mit der hierin offenbarten bestimmten Servolenkungsbaugruppe 100 beschrieben und veranschaulicht, es wird jedoch klar sein, dass diese Erfindung in Verbindung mit anderen Arten von Servolenkungsbaugruppen zum Einsatz kommen kann, einschließlich anderer elektrischer, hydraulischer oder anderweitig angetriebener Servolenkungsbaugruppen, die dem Fachmann bekannt sind.
Wie noch erläutert wird, sind Komponenten der Servolenkungsbaugruppe 100, einschließlich der Kugelmutterbaugruppe 102, in einem Gehäuse untergebracht, das insgesamt bei 104 angegeben ist. Wie dargestellt, umfasst das Gehäuse 104 ein erstes und ein zweites Einzelgehäuse 104A bzw. 104B, die zu dem Gehäuse 104 zusammengefügt wurden. Das erste und das zweite Einzelgehäuse 104A bzw. 104B sind durch ein bekanntes Mittel miteinander verbunden. Als nicht einschränkende Beispiele können das erste und das zweite Einzelgehäuse 104A bzw. 104B durch eine Presspassung, Schweißen, Bolzen oder Schrauben zusammengefügt sein. Alternativ dazu kann das Gehäuse 104 mehr als die beiden dargestellten Einzelgehäuse umfassen. Alternativ dazu kann die Kugelmutterbaugruppe 102 mit dem Gehäuse 104 verwendet werden, wenn das Gehäuse 104 ein einzelnes, unitäres Gehäuse ist, das nicht aus einzelnen Gehäusen besteht.
Die Servolenkungsbaugruppe 100 ist einem ersten und einem zweiten lenkbaren Rad 106A bzw. 106B eines Fahrzeugs zugeordnet und weist eine drehbare Eingangswelle 108 auf. Ein Fahrzeuglenkrad bzw. -eingang 110 ist wirkungsmäßig mit der Eingangswelle 108 zur Drehung mit dieser um eine Lenkachse 112 verbunden. Ein Drehmomentsensor 114 befindet sich im Gehäuse 104. Der Drehmomentsensor 114 umgibt die Eingangswelle 108 und erzeugt Signale als Reaktion auf eine Drehung der Eingangswelle 108. Die Signale werden über ein Datennetz 116 an eine elektronische Steuereinheit (ECU) (Engl. electronic control unit) 118 übertragen. Die Signale geben eine Richtung und eine Größe des auf das Lenkrad 110 aufgebrachten Lenkmoments an.
Ein Torsionsstab 120 verbindet die Eingangswelle 108 mit einem Ritzel 122, das sich im Inneren des Gehäuses 104 befindet. Der Torsionsstab 120 verdreht sich als Reaktion auf das Lenkmoment, das auf das Lenkrad 110 aufgebracht wird. Wenn sich der Torsionsstab 120 verdreht, erfolgt zwischen der Eingangswelle 108 und dem Ritzel 122 eine Relativdrehung.
Ein linear bewegliches Lenkelement 124 befindet sich zumindest teilweise im Gehäuse 104 und erstreckt sich axial durch dieses hindurch. Das Lenkelement 124 ist linear (bzw. axial) zwischen dem ersten und dem zweiten lenkbaren Rad 106A bzw. 106B gelegen. Ein Zahnstangenabschnitt 128 des Lenkelements 124 ist mit einer Reihe von Zahnstangenzähnen versehen, die kämmend mit am Ritzel 122 vorgesehenen Zahnrädern in Eingriff sind, um das Ritzel 122 und den Zahnstangenabschnitt 128 wirkungsmäßig zu verbinden. Das Lenkelement 124 weist ferner einen Schneckenabschnitt 130 mit einem Schneckenaußengewindegang auf.
Das Lenkelement 124 ist über eine erste Spurstange 132A mit dem ersten lenkbaren Rad 106A und über eine zweite Spurstange 132B mit dem zweiten lenkbaren Rad 106B verbunden. Die erste und die zweite Spurstange 132A bzw. 132B befinden sich an distalen Enden des Lenkelements 124. Das Lenkelement 124 und die erste und die zweite Spurstange 132A bzw. 132B sind relativ zum Gehäuse 104 beweglich. Die lineare Bewegung des Lenkelements 124 längs einer Gehäusekonstruktionsachse 126 führt zu einer Lenkbewegung des ersten und des zweiten lenkbaren Rades 106A bzw. 106B in bekannter Weise. Die Gehäusekonstruktionsachse 126 ist eine Achse, auf die das Gehäuse 104 von seiner Konstruktion her ausgerichtet sein soll. Aufgrund zulässiger Toleranzen kann jedoch eine nicht gezeigte, ausgeführte Achse (Engl. as-built axis) des Gehäuses 104 von der Gehäusekonstruktionsachse 126 abweichen.
Die Kugelmutterbaugruppe 102 ist im Gehäuse 104 aufgenommen und weist eine Lagerbaugruppe auf, die insgesamt bei 134 angegeben ist. Die Kugelmutterbaugruppe 102 ist von der Lagerbaugruppe 134 am Gehäuse 104 gelagert. Vorzugsweise ist die Lagerbaugruppe 134 ein Vierpunktlager mit einer ringförmigen Struktur um das Lenkelement 124. Die Lagerbaugruppe 134 wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 weiter erläutert.
Die Servolenkungsbaugruppe 100 weist ferner eine Energiequelle 136 auf, die antreibbar mit der Kugelmutterbaugruppe 102 verbunden ist. Die Energiequelle 136 ist als Elektromotor veranschaulicht, kann aber auch eine andere als ein Elektromotor sein. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die Energiequelle 136 ein hydraulisches System sein. Die ECU 118 steuert die Energiequelle 136 in Abhängigkeit von den vom Drehmomentsensor 114 empfangenen Signalen an. Steuersignale für die Energiequelle 136 werden von der ECU 118 über das Datennetz 116 an die Energiequelle 136 übertragen.
Die veranschaulichte Energiequelle 136 und die Kugelmutterbaugruppe 102 sind über eine Riemenscheibenbaugruppe 138 wirkungsmäßig verbunden, die einen Riemen aufweist, der eine Rotationskraft zwischen einem Ausgang der Energiequelle 136 und einer Kugelmutter 140 der Kugelmutterbaugruppe 102 überträgt. Die Riemenscheibenbaugruppe 138 weist eine in 3 gezeigte Riemenscheibe 142 auf, die von dem Riemen gedreht wird und drehfest an einer Kugelmutter 140 der Kugelmutterbaugruppe 102 angebracht ist. Alternativ dazu kann die Energiequelle 136 über eine andere Kraftübertragungseinrichtung als die Riemenscheibenbaugruppe 138 wirkungsmäßig mit der Kugelmutterbaugruppe 102 verbunden sein.
Die Kugelmutterbaugruppe 102 steht in bekannter Weise in Wirkverbindung mit dem Schneckenabschnitt 130 des Lenkelements 124. Die Kugelmutterbaugruppe 102 bewirkt bei Drehung des Lenkrads 110 die lineare Bewegung des Lenkelements 124. Wie erläutert, wird die Energiequelle 136 als Reaktion auf eine Drehung des Lenkrads 110 betätigt und die Kugelmutterbaugruppe 102 über die Riemenscheibenbaugruppe 138 von der Energiequelle 136 angetrieben. Wenn die Kugelmutterbaugruppe 102 angetrieben wird, dreht sich die Kugelmutterbaugruppe 102, und da die Kugelmutterbaugruppe 102 linear an der Gehäusekonstruktionsachse 126 festgelegt ist, bewegt sich das Lenkelement 124 linear. Die lineare Bewegung des Lenkelements 124 bewirkt eine Lenkbewegung des ersten und des zweiten lenkbaren Rades 106A bzw. 106B des Fahrzeugs. Die Energiequelle 136 liefert somit als Reaktion auf das aufgebrachte Lenkmoment eine Lenkunterstützung.
Falls die Energiequelle 136 nicht in der Lage ist, die lineare Bewegung des Lenkelements 124 zu bewirken, ermöglicht eine mechanische Verbindung zwischen den Zahnrädern am Ritzel 122 und den Zahnstangenzähnen am Zahnstangenabschnitt 128 des Lenkelements 124, das Fahrzeug manuell zu lenken. Das Ritzel 122 und der Zahnstangenabschnitt 128 wirken so zusammen, dass sie eine Drehung des Lenkrads 110 um die Lenkachse 112 in eine lineare Bewegung des Lenkelements 124 längs der Gehäusekonstruktionsachse 126 umwandeln.
Mit Bezugnahme auf die 3 und 4 sind die Kugelmutterbaugruppe 102 und ihre Lagerbaugruppe 134 im Einzelnen veranschaulicht. Wie erläutert, weist die Kugelmutterbaugruppe 102 auch die Kugelmutter 140 auf. Die Kugelmutter 140 weist Innengewindegänge 144 auf, umgibt das (in den 3 und 4 nicht gezeigte) Lenkelement 124 und erstreckt sich zylindrisch längs einer Kugelmutterlängsachse 146. Das Lenkelement 124 erstreckt sich ebenfalls längs der Kugelmutterachse 146. Wie erläutert, dreht sich die Kugelmutter 140 auf dem Lenkelement 124, um eine lineare Bewegung des Lenkelements 124 längs der Kugelmutterachse 146 zu erzeugen.
In 3 ist die Kugelmutterachse 146 als kollinear mit der Gehäusekonstruktionsachse 126 dargestellt. Dass die Kugelmutterachse 146 mit der Gehäusekonstruktionsachse 126 kollinear ist, ist eine Ideal- oder Konstruktionsposition der Kugelmutterachse 146 bezüglich der Gehäusekonstruktionsachse 126. Wie noch erläutert wird, sind die Kugelmutterachse 146 und die Gehäusekonstruktionsachse 126 wegen zulässiger Toleranzen im Gehäuse 104 üblicherweise anders als kollinear.
Wie erläutert, ist die Kugelmutterbaugruppe 102 über die Lagerbaugruppe 134 am Gehäuse 104 gelagert. Wie veranschaulicht, ist die Lagerbaugruppe 134 ein einreihiges Kugellager und weist ein Außenringelement 148 mit einem Außenring 150, einen Innenring 152 in einer äußeren Fläche 154 der Kugelmutter 140 und mehrere Kraftübertragungselemente 156 zwischen dem Außenring und dem Innenring 150 bzw. 152 auf. Das Außenringelement 148 ist vorzugsweise ein durchgehendes, ringförmiges Element, das die Kugelmutter 140 umgibt und am Gehäuse 104 befestigt ist. Wie erläutert wird, ist das Außenringelement 148 konzentrisch zur Kugelmutterachse 146. Alternativ dazu kann das Außenringelement auch ein anderes als ein durchgehendes Element oder als veranschaulicht sein.
Eine Spannschlossmutter 158 ist auf Gewindegänge geschraubt, die in einer zylindrischen Innenfläche 160 des Gehäuses 104 vorgesehen sind. Die Spannschlossmutter 158 weist Gewindegänge auf, die den in der Gehäuseinnenfläche 160 vorgesehenen Gewindegängen entsprechen. Die Spannschlossmutter 158 weist ferner einen Verlängerungsabschnitt 162 mit einer Anlagefläche 164 auf. Während der Montage wirkt die Spannschlossmutter 158 so, dass sie die Lagerbaugruppe 134 über die Anlagefläche 164 belastet. Nachdem die Lagerbaugruppe 134 montiert ist, fungiert sie so, dass sie die Kugelmutter 140 drehbar auf dem Lenkelement 124 lagert.
Eine erste bogenförmige Fläche 166 ist an der Gehäuseinnenfläche 160 und der Anlagefläche 164 so definiert, dass sich die erste Fläche 166 zwischen der Kugelmutterbaugruppe 102 und dem Gehäuse 104 befindet. Die erste Fläche 166 ist bogenförmig mit einem konkaven Abschnitt in einer Richtung längs der Kugelmutterachse 146. Der konkave Abschnitt ist der Kugelmutterachse 146 zugewandt. Die erste Fläche 166 kann einen konstanten oder einen sich ändernden Radius haben. Die erste Fläche 166 ist eine ringförmige Umfangsstruktur an der Innenfläche 160. Bei einem konkaven Abschnitt ist die erste Fläche 166 eine ringförmige Ausnehmung in der Innenfläche 160. Wenn jedoch die erste Fläche 166 einen anderen als einen konkaven Abschnitt aufweist, ist die erste Fläche 166 auch anders als eine Ausnehmung in der Innenfläche 160. Die erste Fläche 166 umgibt die Gehäusekonstruktionsachse 126 und die Kugelmutterachse 146. Wie dargestellt, ist die erste Fläche 166 konzentrisch zur Gehäusekonstruktionsachse 126. Alternativ dazu kann die erste Fläche 166 anders als konzentrisch zur Gehäusekonstruktionsachse 126 sein.
Eine zweite bogenförmige Fläche 168 ist an der Lagerbaugruppe 134 definiert, insbesondere am Außenringelement 148. Die zweite Fläche 168 ist bogenförmig mit einem konvexen Abschnitt in einer Richtung längs der Kugelmutterachse 146. Der konvexe Abschnitt ist von der Kugelmutterachse 146 abgewandt. Die zweite Fläche 168 kann einen konstanten oder einen sich ändernden Radius haben. Die zweite Fläche 168 ist eine ringförmige Umfangsstruktur am Außenringelement 148. Bei einer konvexen Fläche ist die zweite Fläche 168 ein ringförmiger Vorsprung vom Außenringelement 148. Wenn die zweite Fläche 168 jedoch einen anderen als einen konvexen Abschnitt aufweist, ist die zweite Fläche 168 auch kein Vorsprung vom Außenringelement 148. Die zweite Fläche 168 umgibt die Gehäusekonstruktionsachse 126 und die Kugelmutterachse 146. Wie dargestellt, ist die zweite Fläche 168 konzentrisch zur Kugelmutterachse 146, ebenso wie das Außenringelement 148. Alternativ dazu kann die zweite Fläche 168 anders als konzentrisch zur Kugelmutterachse 146 sein.
Der konvexe Abschnitt der zweiten Fläche 168 ist als komplementär zum konkaven Abschnitt der ersten Fläche 166 definiert. Als nicht einschränkendes Beispiel können die erste und die zweite Fläche 166 bzw. 168 als Bereiche zweier einander berührender Kugeln mit dem gleichen Mittelpunkt definiert werden. Wie dargestellt, weist die erste Fläche 166 einen konkaven Abschnitt und die zweite Fläche 168 einen konvexen Abschnitt auf. Alternativ dazu kann die erste Fläche 166 einen anderen als einen konkaven Abschnitt und/oder die zweite Fläche 168 einen anderen als einen konvexen Abschnitt aufweisen. Als nicht einschränkendes Beispiel können sowohl die erste als auch die zweite Fläche 166 bzw. 168 konvexe Abschnitte aufweisen.
Die zweite Fläche 168 dreht sich, gleitet oder bewegt sich auf andere Weise auf der ersten Fläche 166 in einer Ebene entlang eines Bogens 170. Die Gehäusekonstruktionsachse 126 und die Kugelmutterachse 146 liegen ebenfalls beide in der Ebene. Wenn sich die zweite Fläche 168 auf der ersten Fläche 166 dreht, führt dies dazu, dass sich die Kugelmutterbaugruppe 102 auf einer in 2 gezeigten Drehachse 172 dreht, während das Gehäuse 104 in seiner Position bleibt - d.h. das Gehäuse 104 ist bezüglich Rotation an der Drehachse 172 fixiert. Die Gehäusekonstruktionsachse 126, die Kugelmutterachse 146 und die Drehachse 172 schneiden sich alle in einem einzigen Punkt. Wie dargestellt, ist die Drehachse 172 senkrecht zur Kugelmutterachse 146. Alternativ dazu kann die Drehachse 172 ansonsten quer zur Kugelmutterachse 146 verlaufen.
Die Drehung der Kugelmutterbaugruppe 102 an der Drehachse 172 führt dazu, dass sich unterschiedliche Bereiche der zweiten Fläche 168 entlang des Bogens 170 in unterschiedliche Richtungen drehen. Beispielsweise kann sich ein erster Bereich der zweiten Fläche 168, der in 3 als oberhalb der Kugelmutterachse 146 gelegen dargestellt ist, entlang des Bogens 170 in eine erste Richtung drehen und kann sich ein zweiter Bereich der zweiten Fläche 168, der in 3 als unterhalb der Kugelmutterachse 146 gelegen dargestellt ist, entlang des Bogens 170 in eine zweite Richtung drehen, die entgegengesetzt zur ersten Richtung ist.
Von daher kann eine Position der Kugelmutterbaugruppe 102 „schwimmen“, sich neigen, bewegen oder anderweitig bezüglich des Gehäuses 104 verstellt werden. Ein solches Schwimmen kann, als nicht einschränkendes Beispiel, dazu dienen, die Komponenten - z.B. das Lenkelement 124 - der Servolenkungsbaugruppe 100 während der Montage der Servolenkungsbaugruppe 100 ordnungsgemäß im Gehäuse 104 auszurichten. Die Ausrichtung des Lenkelements 124 im Gehäuse 104 kann dazu führen, dass die Kugelmutterbaugruppe 102 sich auf der Drehachse 172 dreht oder neigt und die zweite Fläche 168 sich auf der ersten Fläche 166 dreht. Die Kugelmutterbaugruppe 102 dreht sich bzw. schwimmt so, dass die Komponenten der Servolenkungsbaugruppe 100 sich während der Montage der Servolenkungsbaugruppe 100 auf die ausgeführte Achse des Gehäuses 104 ausrichten können.
Die zweite Fläche 168 dreht sich auf der ersten Fläche 166 entlang des Bogens 170 zwischen einer ersten und einer zweiten Anschlagfläche 174 bzw. 176. Wie dargestellt, ist die erste Anschlagfläche 174 an der Gehäuseinnenfläche 160 und die zweite Anschlagfläche 176 an der Spannschlossmutter 158 vorgesehen. Alternativ dazu kann bzw. können die erste und/oder die zweite Anschlagfläche 174 bzw. 176 auf andere Weise vorgesehen sein. An einer oder beiden der ersten und der zweiten Anschlagfläche 174 bzw. 176 kann dämpfendes oder anderes Material vorgesehen sein, um einen etwaigen Stoß zwischen dem Außenringelement 148 und der ersten und der zweiten Anschlagfläche 174 bzw. 176 abzudämpfen oder anderweitig zu vermindern.
Die zweite Fläche 168 kann sich auf der ersten Fläche 166 in Richtung zur ersten Anschlagfläche 174 drehen, bis eine erste Seitenfläche 178 des Außenringelements 148 die erste Anschlagfläche 174 berührt. In gleicher Weise kann sich die zweite Fläche 168 auf der ersten Fläche 166 in Richtung zur zweiten Anschlagfläche 176 drehen, bis eine zweite Seitenfläche 180 des Außenringelements 148 die zweite Anschlagfläche 176 berührt. Die erste und die zweite Anschlagfläche 174 bzw. 176 begrenzen die Drehung der Kugelmutter 140 und der Kugelmutterbaugruppe 102 auf der Drehachse 172.
Wie dargestellt, ist ein Lager 182 zwischen der ersten und der zweiten Fläche 166 bzw. 168 so vorgesehen, dass die erste und die zweite Fläche 166 bzw. 168 über das Lager 182 in Kontakt sind. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Lager 182 aus einem Polymermaterial hergestellt sein. Alternativ dazu kann das Lager 182 weggelassen werden, wobei in diesem Fall die erste und die zweite Fläche 166 bzw. 168 in unmittelbarem Kontakt miteinander wären.
Der Riemen der Riemenscheibenbaugruppe 138 ist so vorgesehen, dass die Riemenscheibenbaugruppe 138 weiterhin Kraft auf die Kugelmutterbaugruppe 102 überträgt, wenn sich die zweite Fläche 168 auf der ersten Fläche 166 dreht. Zum Beispiel kann der Riemen ein elastisches Material sein, das unter Spannung steht.
Wie dargestellt, ist die erste Fläche 166 an der Gehäuseinnenfläche 160 und der Anlagefläche 164 definiert. Als Alternative kann die erste Fläche 166 nur an der Gehäuseinnenfläche 160 definiert sein. Als nicht einschränkendes Beispiel können der Verlängerungsabschnitt 162 und die Anlagefläche 164 weggelassen werden, wobei sich die Gehäuseinnenfläche 160 dort hinein erstreckt, wo der Verlängerungsabschnitt 162 dargestellt ist. Somit würde die Gehäuseinnenfläche 160 der Lagerbaugruppe 134 eine radiale und axiale Lagerung bieten und würde die Spannschlossmutter 158 nur eine axiale Lagerung der Lagerbaugruppe 134 bereitstellen.
Wie dargestellt, befinden sich die erste und die zweite Fläche 166 bzw. 168 zwischen der Lagerbaugruppe 134 und der Innenfläche 160. Alternativ dazu können die gekrümmte erste Fläche und die gekrümmte zweite Fläche 166 bzw. 168 anders angeordnet sein als dargestellt. Als nicht einschränkendes Beispiel können sich die erste und die zweite Fläche 166 bzw. 168 zwischen der Lagerbaugruppe 134 und der Kugelmutter 140 befinden.
Unter Bezugnahme auf die 5 und 6 sind nicht einschränkende beispielhafte Positionen der Kugelmutterbaugruppe 102 dargestellt, wenn sich die zweite Fläche 168 auf der ersten Fläche 166 gedreht hat. Die 5 und 6 sind schematisch, und die Drehung des Lenkelements 124 und der Kugelmutterbaugruppe 102 ist zur Verdeutlichung übertrieben.
Insbesondere veranschaulicht 5 die Position der Kugelmutterbaugruppe 102, wenn sich die zweite Fläche 168 auf der ersten Fläche 166 gedreht hat, bis die erste Seitenfläche 178 in Anlage mit der ersten Anschlagfläche 174 gelangt ist. In 5 haben sich das Lenkelement 124 und die Kugelmutterbaugruppe 102 gemeinsam gedreht. Dadurch sind die Gehäusekonstruktionsachse 126 und die Kugelmutterachse 146 nicht mehr kollinear. Stattdessen liegt eine erste Auslenkung bzw. Steigung 184 zwischen der Gehäusekonstruktionsachse 126 und der Kugelmutterachse 146 vor, derart, dass die Komponenten der Servolenkungsbaugruppe 100 sich während der Montage der Servolenkungsbaugruppe 100 auf die ausgeführte Achse des Gehäuses 104 ausrichten können. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die erste Auslenkung 184 einen Absolutbetrag von 0,5 Grad aufweisen.
Ebenso veranschaulicht 6 die Position der Kugelmutterbaugruppe 102, wenn sich die zweite Fläche 168 auf der ersten Fläche 166 gedreht hat, bis die zweite Seitenfläche 180 in Anlage mit der zweiten Anschlagfläche 176 gelangt ist. Auch in 6 haben sich das Lenkelement 124 und die Kugelmutterbaugruppe 102 gemeinsam gedreht. Deshalb sind die Gehäusekonstruktionsachse 126 und die Kugelmutterachse 146 wiederum nicht mehr kollinear. Stattdessen liegt eine zweite Auslenkung bzw. Steigung 186 zwischen der Gehäusekonstruktionsachse 126 und der Kugelmutterachse 146 vor, derart, dass sich die Komponenten der Servolenkungsbaugruppe 100 während der Montage der Servolenkungsbaugruppe 100 auf die ausgeführte Achse des Gehäuses 104 ausrichten können. Als nicht einschränkendes Beispiel kann die zweite Auslenkung 186 einen Absolutbetrag von 0,5 Grad aufweisen, wobei die erste und die zweite Auslenkung 184 bzw. 186 entgegengesetzte Größen haben.
In den 5 und 6 sind Beispiele gezeigt, bei denen die Kugelmutterachse 146 in Bezug auf die Gehäusekonstruktionsachse 126 in einer vertikalen Ebene gedreht ist, die sich zwischen der Ober- und der Unterseite des Fahrzeugs erstreckt, das die Servolenkungsbaugruppe 100 aufweist. Alternativ dazu kann sich die Kugelmutterachse 146 bezüglich der Gehäusekonstruktionsachse 126 in einer Ebene mit jeder beliebigen Richtung oder Ausrichtung drehen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann sich die Kugelmutterachse 146 bezüglich der Gehäusekonstruktionsachse 126 in einer horizontalen Ebene drehen, die sich zwischen der Vorder- und der Rückseite des Fahrzeugs erstreckt.
Unter Bezugnahme auf die 7 und 8 ist eine zweite Ausführungsform einer Kugelmutterbaugruppe dargestellt, die insgesamt bei 202 angegeben und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Die Kugelmutterbaugruppe 202 der 7 und 8 ist eine Abwandlung der Kugelmutterbaugruppe 102 der 1 bis 6. Von daher bezeichnen um 100 erhöhte gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den Zeichnungen, und eine ausführliche Beschreibung davon entfällt.
Die Kugelmutterbaugruppe 202 weist eine Lagerbaugruppe 234 mit einem Innenringelement 288 auf. In dem Innenringelement 288 ist ein Innenring 252 gebildet. Das Innenringelement 288 ist mittels einer zweiten Spannschlossmutter 290 an einer Kugelmutter 240 befestigt. Die zweite Spannschlossmutter 290 ist auf Gewindegänge geschraubt, die in einer Außenfläche 254 der Kugelmutter 240 vorgesehen sind.
Unter Bezugnahme auf 9 ist eine dritte Ausführungsform einer Kugelmutterbaugruppe dargestellt, die insgesamt bei 302 angegeben und gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt ist. Die Kugelmutterbaugruppe 302 aus 9 ist eine Abwandlung der Kugelmutterbaugruppe 102 der 1 bis 6. Von daher bezeichnen um 200 erhöhte gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile in den Zeichnungen, und eine ausführliche Beschreibung davon entfällt.
Die Kugelmutterbaugruppe 302 weist ein Gehäuse auf, das insgesamt bei 304 angegeben ist. Zwischen der Kugelmutterbaugruppe 302 und dem Gehäuse 304 ist ein Gehäuseeinsatz 392 angeordnet. Der Gehäuseeinsatz 392 ist vorzugsweise als Teil einer Lagerbaugruppe vorgesehen, die insgesamt bei 334 angegeben ist. Alternativ dazu kann der Gehäuseeinsatz 392 in anderer Weise als als Teil der Lagerbaugruppe 334 vorgesehen sein.
Der Gehäuseeinsatz 392 weist eine Außenfläche 394 auf, die parallel zu einer Kugelmutterachse 346 ist. Der Gehäuseeinsatz 392 weist auch eine erste Fläche 366 auf, derart, dass sich die erste Fläche 366 zwischen dem Gehäuse 304 und der Kugelmutterbaugruppe 302 befindet.
Die Kugelmutterbaugruppe 302 weist ferner eine Spannschlossmutter 396 auf. Die Spannschlossmutter 396 ist auf Gewindegänge geschraubt, die in einer zylindrischen Innenfläche 360 des Gehäuses 304 vorgesehen sind. Die Spannschlossmutter 396 weist Gewindegänge auf, die den in der Gehäuseinnenfläche 360 vorgesehenen Gewindegängen entsprechen. Während der Montage wirkt die Spannschlossmutter 396 so, dass sie die Lagerbaugruppe 334 belastet. Die Spannschlossmutter 396 sichert auch den Gehäuseeinsatz 392 in seiner Position im Gehäuse 304.
Obwohl dies der Übersichtlichkeit halber weggelassen ist, kann die Kugelmutterbaugruppe 302 mit einem Lager zwischen der ersten Fläche 366 und einer zweiten Fläche 368 versehen sein.
Gemäß den Bestimmungen der Patentgesetze wurden das Prinzip und die Funktionsweise dieser Erfindung in ihren bevorzugten Ausführungsformen beschrieben und veranschaulicht. Es sollte jedoch klar sein, dass diese Erfindung auf andere Weise als konkret erläutert und dargestellt ausgeführt werden kann, ohne von ihrem Gedanken oder Umfang abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8307940 [0027]
US 7055646 [0027]

Claims

Servolenkungsbaugruppe mit: einem Gehäuse, einer am Gehäuse gelagerten Kugelmutterbaugruppe, die eine Kugelmutterachse hat, einer ersten Fläche zwischen dem Gehäuse und der Kugelmutterbaugruppe, und einer zweiten Fläche der Kugelmutterbaugruppe, wobei sich die zweite Fläche so auf der ersten Fläche dreht, dass sich die Kugelmutterbaugruppe relativ zum Gehäuse auf einer Drehachse dreht, die quer zur Kugelmutterachse verläuft.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 1, bei der sich die erste Fläche am Gehäuse befindet.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit: einem Gehäuseeinsatz zwischen dem Gehäuse und der Kugelmutterbaugruppe, wobei sich die erste Fläche am Gehäuseeinsatz befindet, insbesondere wobei die Servolenkungsbaugruppe ferner eine Außenfläche des Gehäuseeinsatzes umfasst, wobei die Außenfläche parallel zur Kugelmutterachse ist.
Servolenkungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die erste Fläche einen konkaven Abschnitt in einer Richtung der Kugelmutterachse aufweist, der konkave Abschnitt der Kugelmutterachse zugewandt ist, die zweite Fläche einen konvexen Abschnitt in Richtung der Kugelmutterachse aufweist und der konvexe Abschnitt von der Kugelmutterachse abgewandt ist.
Servolenkungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit: einer ersten und einer zweiten Anschlagfläche, zwischen denen sich die zweite Fläche dreht, und/oder einem Polymerlager zwischen der ersten und der zweiten Fläche.
Servolenkungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kugelmutterbaugruppe ferner Folgendes umfasst: eine Lagerbaugruppe, wobei sich die zweite Fläche an der Lagerbaugruppe befindet und die Lagerbaugruppe die Kugelmutterbaugruppe am Gehäuse lagert.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 6, bei der die Lagerbaugruppe Folgendes umfasst: einen Gehäuseeinsatz, wobei sich die erste Fläche am Gehäuseeinsatz befindet, und eine Außenfläche des Gehäuseeinsatzes, wobei die Außenfläche parallel zur Kugelmutterachse ist.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 6 oder 7, bei der die Lagerbaugruppe Folgendes umfasst: ein Außenringelement, das die zweite Fläche aufweist, einen ersten Laufring im Außenringelement, einen zweiten Laufring in der Kugelmutterbaugruppe und Kraftübertragungselemente zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring.
Servolenkungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei der die Lagerbaugruppe Folgendes umfasst: ein Außenringelement, das die zweite Fläche aufweist, einen ersten Laufring im Außenringelement, ein Innenringelement, das an einer Kugelmutter der Kugelmutterbaugruppe befestigt ist, einen zweiten Laufring im Innenringelement und Kraftübertragungselemente zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring.
Servolenkungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Kugelmutterachse und die Drehachse zueinander senkrecht sind und/oder bei der das Gehäuse bezüglich Rotation an der Drehachse fixiert ist.
Servolenkungsbaugruppe mit: einem Gehäuse, einer Kugelmutterbaugruppe, die eine Kugelmutterachse hat, einer Lagerbaugruppe, die die Kugelmutterbaugruppe am Gehäuse lagert, einer ringförmigen ersten Fläche zwischen dem Gehäuse und der Kugelmutterbaugruppe, einer ringförmigen zweiten Fläche der Lagerbaugruppe, wobei sich die zweite Fläche so auf der ersten Fläche dreht, dass sich die Kugelmutterbaugruppe relativ zum Gehäuse auf einer Drehachse dreht, die quer zur Kugelmutterachse verläuft, einem Lenkelement, das sich längs der Kugelmutterachse erstreckt und einen Zahnstangenabschnitt und einen Schneckenabschnitt aufweist, wobei die Kugelmutterbaugruppe wirkungsmäßig mit dem Schneckenabschnitt verbunden ist, einem Ritzel, das wirkungsmäßig mit dem Zahnstangenabschnitt verbunden ist, und einer Riemenscheibenbaugruppe, die eine Energiequelle wirkungsmäßig mit der Kugelmutterbaugruppe verbindet, wobei die Kugelmutterbaugruppe eine lineare Bewegung des Lenkelements bewirkt.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 11, bei der die erste Fläche einen konkaven Abschnitt in einer Richtung der Kugelmutterachse aufweist, der konkave Abschnitt der Kugelmutterachse zugewandt ist, die zweite Fläche einen konvexen Abschnitt in Richtung der Kugelmutterachse aufweist und der konvexe Abschnitt von der Kugelmutterachse abgewandt ist.
Servolenkungsbaugruppe nach Anspruch 11 oder 12, ferner mit: einer ersten und einer zweiten Anschlagfläche, zwischen denen sich die zweite Fläche dreht, und/oder einem Polymerlager zwischen der ersten und der zweiten Fläche.
Servolenkungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Lagerbaugruppe Folgendes umfasst: ein Außenringelement, das die zweite Fläche aufweist, einen ersten Laufring im Außenringelement, einen zweiten Laufring in der Kugelmutterbaugruppe und Kraftübertragungselemente zwischen dem ersten und dem zweiten Laufring.
Servolenkungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 11 bis 14, bei der sich die erste Fläche am Gehäuse befindet.
Servolenkungsbaugruppe nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der die Lagerbaugruppe ferner Folgendes umfasst: einen Gehäuseeinsatz, wobei sich die erste Fläche am Gehäuseeinsatz befindet, und eine Außenfläche des Gehäuseeinsatzes, wobei die Außenfläche parallel zur Kugelmutterachse ist.