DE102009018966A1

DE102009018966A1 - Kugelgewindetrieb, insbesondere für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, sowie Lenkeinrichtung umfassend einen Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102009018966A1
Application number: DE102009018966A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr. Kraus; Ralf Mayer; Jürgen OSTERLÄNGER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-04-25
Filing date: 2009-04-25
Publication date: 2010-10-28

Abstract

Kugelgewindetrieb, insbesondere für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Gewindespindel und eine Mutter, die auf der Gewindespindel über in Kugelkanälen geführte Kugeln läuft, wobei die Kugeln (10) in einem Käfig (11) aufgenommen sind, an dem im Bereich der beiden axialen Enden jeweils ein Anschlag (14), der zur Begrenzung einer axialen Käfigbewegung mit einem Gegenanschlag (15, 18) zusammenwirkt, vorgesehen ist, und dass die Gewindespindel (7) im mittleren Abschnitt (A) einen ersten Durchmesser (d1) und in den beiden daran anschließenden Abschnitten (B, C) einen gegenüber dem ersten Durchmesser (d1) kleineren zweiten Durchmesser (d2) aufweist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, insbesondere für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Gewindespindel und eine Mutter, die auf der Gewindespindel über in Kugelkanälen geführte Kugeln läuft.
Hintergrund der Erfindung
Kugelgewinde kommen in unterschiedlichen Anwendungen beispielsweise im Automobilbau zum Einsatz. Eine konkrete Anwendung, bei der im Hinblick auf die Fertigungsgenauigkeit des Kugelgewindetriebs besondere Anforderungen gestellt werden, ist der Einsatz eines Kugelgewindetriebs in oder als Teil einer Lenkeinrichtung des Kraftfahrzeugs. Eine solche Lenkeinrichtung umfasst ein zumindest abschnittsweise rohrartiges Gehäuse, in dem eine Zahnstange angeordnet ist, die in der Montagestellung mit der Lenksäule des Fahrzeugs verbunden ist. Die Zahnstange ist in dem Gehäuse längsbeweglich. Über ihre Ver schiebung wird der Lenkwinkel in an sich bekannter Weise verändert, das heißt, die Zahnstange ist über entsprechende Querlenker und ähnliche mechanische Verbindungen mit den zu lenkenden Rädern, seien es Vorder- oder Hinterräder gekoppelt. Zur Unterstützung des Fahrers beim Lenken ist der Kugelgewindetrieb vorgesehen, der eine Gewindespindel umfasst, die mit der Zahnstange gekoppelt ist, also in den längsbeweglichen mechanischen Strang eingebunden ist. Die Gewindespindel wird bei Bewegen der Zahnstange ebenfalls bewegt, sie ist mit einem der Querlenker oder dergleichen verbunden. Auf der Gewindespindel läuft in an sich bekannter Weise die hier lagefeste Mutter, die eine Riemenscheibe umfasst, über die ein Riemen läuft, der über einen Antriebsmotor angetrieben werden kann. Über diesen Motor wird die vom Fahrer initiierte Lenkbewegung unterstützt, nachdem die Mutter aktiv gedreht und infolge dessen die Gewindespindel und mit ihr die Zahnstange respektive die gesamte Mimik bewegt wird.
Wie bereits einleitend beschrieben, werden an einem in einer solchen Lenkeinrichtung zu integrierenden Kugelgewindetrieb sehr hohe Genauigkeitsanforderungen gestellt. So ist insbesondere das Axialspiel zwischen Mutter und Spindel sehr eng definiert, es liegt im Bereich weniger μm. Dies deshalb, um zum einen eine hochpräzise Lenkung zu realisieren, zum anderen, um ein Kugelklackern zu vermeiden, wenn die Lenkrichtung gewechselt wird. Bei zu viel Spiel schlagen die Kugeln bei einer Lenkänderung, die zu einer Bewegung der Zahnstange und damit der Gewindespindel in die andere Richtung führt, an die gegenüberliegende Kugelkanalflanke, was zu einem hörbaren Klackgeräusch führt. Dieses sehr geringe Axialspiel einzuhalten ist mit beachtlich hohem Fertigungsaufwand verbunden. Wird das Axialspiel unterschritten, so kann es vorkommen, dass die Kugeln unter Vorspannung zwischen Spindel und Mutter geführt sind. Dies ist wiederum insoweit nachteilig, als hierüber die Lenkung schwergängiger wird, nachdem die vorgespannten Kugeln der Lenkbewegung respektive Spindeldrehung entgegenwirken. Weiterhin kann es bei üblichen Kugelgewindetrieben mit Kugelkette, bei der die Kugeln aneinanderliegen, zu einem Slip-Stick-Effekt kommen, bei dem die Kugeln aneinanderhaften können und mithin nicht korrekt abwälzen. Schließlich ist mutterseitig bei bekannten Kugelgewindetrieben, wie sie für Lenkeinrichtungen verwendet werden, eine Kugelumlenkung vorzusehen, um die Kugeln wieder zurückzusetzen. Dies bedarf die Einbringung von in der Regel vier Aufnahmebohrungen in die Gewindemutter, in die sodann die Umlenkkörper einzusetzen sind, wie auch entsprechende Einlauf- und Auslaufabschnitte mutternseitig vorzusehen sind. Das heißt, dass insgesamt bisher insbesondere in Lenkeinrichtungen eingesetzte Kugelgewindetriebe, auf die die Erfindung primär abzielt, sehr aufwändig herzustellen sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Kugelgewindetrieb, der insbesondere für den Einsatz bei einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs geeignet ist, anzugeben, der einfach konzipiert und herzustellen ist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kugeln in einem Käfig aufgenommen sind, an dem im Bereich der beiden axialen Enden jeweils ein Anschlag, der zur Begrenzung einer axialen Käfigbewegung mit einem Gegenanschlag zusammenwirkt, vorgesehen ist, und dass die Gewindespindel im mittleren Abschnitt einen ersten Durchmesser und in den beiden daran anschließenden Abschnitten einen gegenüber dem ersten Durchmesser kleineren zweiten Durchmesser aufweist.
Eines der zentralen Merkmale des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs ist, dass – anders bei bisher bekannten, für Lenkeinrichtungen konzipierten Kugelgewindetrieben – die Kugeln im Käfig geführt sind, dass heißt, jede Kugel ist in einer separaten Aufnahmetasche eines Käfigs aufgenommen. Die Kugeln berühren einander zwangsläufig nicht. Das heißt, dass ein Slip-Stick-Effekt hier nicht auftreten kann. Infolge der Käfighalterung sind auch keinerlei separate Umlenkungen vorzusehen wie bisher. Auch die hieraus resultierenden Probleme sind beim erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb nicht gegeben.
Ein weiteres zentrales Merkmal ist, dass die Gewindespindel Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers aufweist. In einem ersten mittleren Abschnitt ist die Gewindespindel mit einem ersten Durchmesser ausgelegt, der größer ist als der Durchmesser in den beiden seitlich daran anschließenden Abschnitten, die sich jeweils bevorzugt bis zum Ende der Spindel erstrecken. Diese unterschiedliche Bemaßung ist aus mehrerlei Gründen zweckmäßig. Befindet sich die Lenkung in der Null-Stellung respektive ist sie nur leicht aus dieser gelenkt, so befindet sich der Käfig im mittleren Abschnitt, das heißt, sämtliche Kugeln sind in diesem Abschnitt vorhanden, in dem aufgrund des größeren Durchmessers eine sehr enge Radialluft gegeben ist, mithin also auch das Axialspiel äußerst gering ist. Hierdurch wird wie eingangs beschrieben das Anschlagklackern vermindert, alle Kugeln tragen. Wird nun ausgelenkt, so kommt es infolge der Bewegung der Zahnstange verbunden mit der unterstützenden Motorbewegung und der daraus resultierenden Mutterdrehung dazu, dass die Gewindespindel längsverschoben wird und mit ihr auch der Käfig bewegt wird, der in der Regel circa den halben Hub der Gewindespindel vollführt. Das heißt, dass der axiale Käfigweg nahezu dem halben Spindelweg entspricht. Während dieser Bewegung gelangt der Käfig abschnittsweise in den Spindelbereich mit dem kleineren zweiten Durchmesser. Hier nimmt die Radialluft zwangsläufig zu, das heißt, dass mehr Spiel in diesen Endbereichen gegeben ist. Da dies beabsichtigt ist, ist ersichtlich, dass in diesen Bereichen keine extremen Anforderungen hinsichtlich der Maßhaltigkeit bei extrem engen Toleranzen gegeben sind. Das heißt, dass lediglich im mittleren Abschnitt noch mit höherer Maßhaltigkeit gearbeitet werden muss. Das in den seitlichen Abschnitten gegebene Spiel ist hier auch nicht schädlich, als die Lenkung ohnehin bereits sehr weit eingeschlagen ist, während die hohe Maßhaltigkeit respektive das minimale Spiel primär dann gefordert ist, wenn die Lenkung geradeaus gestellt ist. Infolge des zunehmenden Durchmessers sind die sich in diesem Bereich befindlichen Kugeln des Weiteren geringer belastet, das heißt, dass die Lenkung letztlich noch leichtgängiger geht. Darüber hinaus ist diese Entlastung auch insbesondere dahingehend von Vorteil, als der Käfig leichter rückgestellt werden kann. Eine solche Käfigrückstellung ist dann erforderlich, wenn der Käfig axial wandert, mithin also sich betriebsbedingt axial zu weit bewegt. Diese Axialbe wegung wird erfindungsgemäß dadurch begrenzt, dass am Käfig zwei Anschläge vorgesehen sind, die mit jeweils der Bewegungsbegrenzung dienenden Gegenanschlägen zusammenwirken. Wandert also der Käfig in ungewolltem Maß, so wird diese ungewollte Wanderbewegung begrenzt, indem ein Anschlag gegen seinen Gegenanschlag läuft. Der Käfig ist aber, wenn er im Anschlag ist, infolge der weiten Lenkbewegung unter Last, wobei diese Last durch die mögliche Rückstellung reduziert wird. Infolge dieser gegebenen Last wirkt auf den angeschlagenen Käfig letztlich anschlagsbedingt ein Rückdrehmoment. Dieses führt zu einer um ein oder wenige Winkelgrade folgendes Zurückdrehen des Käfigs, sobald der Käfig nicht mehr unter Last steht, was dann der Fall ist, wenn beispielsweise zurückgelenkt wird. Hierüber wird der Käfig wenn auch nur für kurze Zeit automatisch entlastet, eine etwaige Beschädigung des Käfigs infolge einer zu großen Last ist nicht gegeben. Der minimale Rückhub setzt also jedes Mal dann ein, wenn der Käfig im Anschlag ist und der Trieb wenn auch nur für einen sehr kurzen Moment (beispielsweise beim Zurücklenken) nicht belastet ist.
Insgesamt ist also ein einfach aufgebauter Kugelgewindetrieb angegeben, der sich insbesondere für den Einsatz bei einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs eignet, bei dem jedoch Probleme wie Slip-Stick-Effekt und extrem hohe Maßhaltigkeit über die gesamte Spindellänge wie auch ein unzulässig weites Wandern des Käfigs bei gleichzeitig gegebenem vollem Hub vermieden ist.
Der Käfig sollte eine hinreichende Länge haben, beispielsweise die Mutternlänge plus die halbe Hublänge, um sicherzustellen, dass eine ausreichende Kugelanzahl trägt, unabhängig davon, wo er nun positioniert ist.
Der jeweilige Gegenanschlag, gegen den ein jeweiliger käfigseitiger Anschlag in der jeweiligen maximalen Hubstellung schlägt, kann entweder an der Mutter oder an einem Drittgegenstand wie beispielsweise dem Gehäuse einer Lenkanordnung vorgesehen sein, wobei der Gegenanschlag mittels eines in eine Aufnahme eingesetzten Stift oder dergleichen gebildet sein kann.
Der Käfig ist nach einer bevorzugten Erfindungsausgestaltung aus einem gebogenen Blech gebildet. Die Vielzahl der Taschen kann in ein solches Blech extrem positionsgenau auf einfache Weise durch Stanzen eingebracht werden, wie auch ohne weiteres das Blech entsprechend konturiert werden kann, um geeignete Abschnitte, die dann die Anschläge bilden und in der Montage lediglich aufzubiegen sind oder dergleichen auszuformen. Der gebogene Käfig wird nach dem Biegen verschweißt oder verclincht oder dergleichen, mithin also in seiner Stellung fixiert.
Die Anschläge wie auch die Gegenanschläge können entweder starr sein, alternativ ist es auch möglich, die Anschläge und Gegenanschläge federnd auszubilden.
Grundsätzlich können die käfigseitigen Anschläge – sei es starr oder federnd – durch laschenartige Ausbiegungen gebildet sein. Eine solche Ausbiegung kann starr sein, wenn sie beispielsweise als senkrecht zur Käfiglängsachse stehende Ausbiegung ausgeführt ist, die mit ihrer Seitenkante gegen den Gegenanschlag läuft. Denkbar ist es aber auch, eine Ausbiegung in sich federnd auszubilden, sie also über einen schmäleren Steg oder dergleichen am Käfig anzuformen, so dass sich insgesamt eine leicht federnde Ausführung ergibt.
Eine besonders zweckmäßige Alternativausführung eines federnden Anschlags oder Gegenanschlags sieht vor, diesen nach Art einer Schrauben- oder Spiralfeder am Käfig oder der Mutter oder einem Drittgegenstand vorzusehen, die insbesondere angeformt sind, mithin also z. B. am Käfig unmittelbar aus dem Blech ausgestanzt werden. Ein solcher Anschlag ist über einen längeren, gebogenen oder gewundenen Abschnitt am Käfigkörper angeformt, eine ähnliche Form weist ein Gegenanschlag auf. Diese Ausgestaltung führt mit besonderem Vorteil dazu, dass ein Rückstellen bereits dann erfolgt, wenn der Käfig nicht im Endanschlag ist, da dieses federnde Anschlagteil axial gesehen relativ weit nach vorne „gewickelt” werden kann. Das heißt, dass letztlich bereits zu einem deutlich früheren Zeitpunkt zurückgestellt werden kann. Auch eine etwaige Last, die auf den Käfig wirkt, kann über ein solches federndes Anschlagele ment ohne weiteres noch kompensiert werden, ohne dass der Käfig zu sehr belastet wird.
Der Durchmesserunterschied, der erfindungsgemäß realisiert ist, um in diesem Bereich befindliche Kugeln aufgrund des größeren Radialspiels zu entlasten und mithin die Käfigrückstellung aufgrund der geringeren Anzahl tragender Kugeln zu erleichtern, kann zwischen 5–60 μm, insbesondere zwischen 5–30 μm, betragen. Wenngleich der Durchmesserunterschied sehr gering ist, resultiert hieraus trotz allem eine hinreichende Radialspielvergrößerung, die zu einer ausreichenden Kugelentlastung führt.
Neben dem Kugelgewindetrieb selbst betrifft die Erfindung ferner eine Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein zumindest abschnittsweise rohrartiges Gehäuse, in dem eine mit der Lenksäule zu koppelnde Zahnstange und eine mit dieser verbundene Gewindespindel, die Teil eines einrichtungsseitig vorgesehenen Kugelgewindetriebs ist, zur Erwirkung der Lenkverstellung der zu koppelnden Räder längsbewegbar aufgenommen sind, welcher Kugelgewindetrieb wie zuvor beschrieben ausgebildet ist.
Dabei kann ein oder können auch beide Gegenanschläge, die mit den käfigseitigen Anschlägen zusammenwirken, an dem Gehäuse der Lenkeinrichtung vorgesehen sein, beispielsweise über geeignete in entsprechende Aufnahmen angeordnete Stifte oder sonstiger Art ausgebildete Anschlagsstücke.
An der Mutter ist eine Riemenscheibe vorgesehen, über die ein Riemen, der über einen gehäuseseitig angeordneten Motor angetrieben wird, läuft. Dieser Motor kann parallel oder längs zum länglichen Einrichtungsgehäuse positioniert sein, wie natürlich auch in beliebiger anderer Anordnung, so lange über ihn die Muter angetrieben werden kann. Ein koaxial sitzender Motor ohne Riementrieb ist jedoch genauso denkbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung einer Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs mit erfindungsgemäßem Kugelgewindetrieb,
2 eine vergrößerte Teilansicht des Kugelgewindetriebs,
3 eine Perspektivdarstellung des Käfigs des Kugelgewindetriebs,
4 eine Detailansicht der Gewindespindel des Kugelgewindetriebs zur Darstellung der unterschiedlichen Spindeldurchmesser,
5 eine geschnittene Prinzipdarstellung durch die Lenkeinrichtung, die sich in einer ersten Endstellung befindet,
6 eine größere Ansicht des Bereichs VI aus 5,
7 eine Stirnansicht des Bereichs aus 6 in Richtung des Pfeils VII in 5,
8 eine geschnittene Prinzipdarstellung der Lenkeinrichtung in einer Mittenstellung,
9 eine Prinzipdarstellung einer Lenkeinrichtung in der zweiten Endstellung,
10 eine vergrößerte Detailansicht des Bereichs X in 9,
11 eine Stirnansicht des Bereichs in Richtung des Pfeils XI in 9, und
12 ein Beispiel für einen gefederten Gegenanschlag, als Schnittansicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung 1 eines Kraftfahrzeugs, die in an sich bekannter Weise über ein Lenkrad 2 und das Lenkgestänge 3 betätigt werden kann. Das Beispiel zeigt eine Vorderradlenkung.
Die Lenkeinrichtung, siehe auch 2, umfasst eine Zahnstange 4, die mit einer über das Lenkgestänge 3 drehbaren gezahnten Welle 5 zusammenwirkt und in einem Lenkeinrichtungsgehäuse 6 hierüber axial verschoben werden kann. Die Zahnstange 4 ist mit einer Gewindespindel 7 verbunden, die zwangsläufig ebenfalls im Gehäuse 6 axial verschoben werden kann. Die Gewindespindel 7 ist Teil eines Kugelgewindetriebes 8, der neben der Gewindespindel 7 ferner eine Mutter 9 aufweist, die über eine Vielzahl von Kugeln 10, die in einem Käfig 11 geführt sind, auf der Gewindespindel 7 läuft. Die Mutter 9 ist axial gesehen lagefest, kann jedoch um die Spindellängsachse drehen. Zur aktiven Drehung der Mutter weist die Mutter eine Riemenscheibe 12 auf, über die ein Riemen läuft, der hier nicht näher gezeigt ist und der über einen Antriebsmotor 20 bewegt werden kann. Über die hierüber aktiv angetriebene Mutter 9 kann somit bei Drehung der Mutter 9 über die Kugelkopplung die Gewindespindel 11 aktiv bewegt werden, worüber eine Unterstützung der vom Fahrer manuell über das Lenkrad 2 und das Lenkgestänge erwirkten Lenktätigkeit erreicht werden kann. Der Aufbau einer solchen Lenkeinrichtung ist an sich bekannt.
Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb zeichnet sich nun zum einen dadurch aus, dass er einen Käfig 11 aufweist (vgl. 3), in dem die Kugeln jeweils separat in einzelnen Taschen 13 aufgenommen sind. Hierüber wird ein etwaiges Slip-Stick-Verhalten vermieden, wie es beispielsweise bei reinen Kugelketten, wie sie bisher in diesem Bereich verwendet werden, eintreten kann. Auch ist es nicht erforderlich, mutternseitig irgendwelche Umlenkungen zum Zurücksetzen der Kugeln vorzusehen, da die Kugeln 10 unverlierbar am Käfig 11 aufgenommen sind. Infolgedessen kann die Mutter axial gesehen sehr schmal oder kurz ausgelegt werden, sie ist auch relativ einfach konzipiert, da keinerlei Bohrungen zum Einsetzen von Umlenkstücken etc. vorzusehen sind.
Am Käfig 11 sind, siehe 3, an beiden Enden Anschläge 14 in Form hier einfach ausgeführter aufgebogener Laschen vorgesehen, die dazu dienen, den Käfig 11 bei einer etwaigen Wanderung wieder zurückzusetzen respektive zurückzudrehen, um zum einen die Wandbewegung zu begrenzen und andererseits den Käfig zu entlasten. Hierzu sind entsprechende Gegenanschläge vorgesehen, auf die nachfolgend noch eingegangen wird. An dieser Stele ist darauf hinzuweisen, dass anstelle der starren Anschläge 14 es auch denkbar ist, gefederte Anschläge auszubilden. Diese können durch ähnliche Laschen realisiert werden, die jedoch nochmals um 90° in ihrem freien, radial vorstehenden Bereich gebogen sind, so dass sie etwas federn. Denkbar wäre auch, an den Enden quasi spiralförmig oder schraubenförmige Vorsprünge mit Anschlägen vorzusehen, die quasi um die Käfiglängsachse umlaufen und so die Federung bieten. Hierüber kann erreicht werden, dass der Käfig, wenn er wandert, bereits früher gegen den Anschlag läuft, jedoch noch etwas weiter wandern kann, wobei hierbei bereits eine Rückstellspannung aufgebaut wird, die den Käfig dann zurückstellt.
Um das Rückstellen zu erleichtern, zeichnet sich der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb 8 ferner durch eine besondere Ausgestaltung der Gewindespindel 7 aus, wie in 4 gezeigt. Die Gewindespindel 7 weist drei Abschnitte auf, nämlich den mittleren Abschnitt A sowie die beiden seitlichen Abschnitte B und C, die an dem mittleren Abschnitt A anschließen. Diese Abschnitte unterscheiden sich im Durchmesser. Der Abschnitt A weist einen ersten Durchmesser d1 auf (aus Gründen der Übersichtlichkeit ist jeweils die die Außenkontur an den Gewindeschultern begrenzende Linie zur Angabe des Durchmessers eingezeichnet), während die Abschnitte B und C einen demgegenüber kleineren und jeweils gleichen zweiten Durchmesser d2 aufweisen. Der Übersichtlichkeit halber ist in 4 eine das Spindelprofil darstellende Kurve P gezeigt, die etwas übertrieben die Durchmesserdifferenz darstellt. Ersichtlich sind die Gewindespindelabschnitte A, B und C jeweils zylindrisch, das heißt, der Durchmesser in dem jeweiligen Abschnitt ändert sich nicht. Das heißt, dass die Gewindespindel im mittleren Bereich dicker ist als in den beiden Randbereichen. Die Durchmesserdifferenz beträgt bevorzugt zwischen 5–60 μm, vorzugsweise liegt sie zwischen 5 und 30 μm. Sie dient dazu, in den Bereichen B und C das Radialspiel in den Gewindegängen etwas zu vergrößern, so dass die Kugeln, die in diesem Bereich sind, etwas mehr Luft haben und mithin nicht mehr unter Last stehen bzw. zumindest teilweise entlastet sind. Demgegenüber ist im mittleren Abschnitt A ein äußerst geringes Radialspiel von ca. 3–15 μm gegeben. Die dort geforderten Spiele respektive Toleranzen sind sehr gering, damit die Kugelführung dort hochgenau und exakt ist und es des Weiteren nicht zu einem Kugelklackern kommt. Die im mittleren Bereich A befindlichen Kugeln sind belastet und tragen. Aufgrund der Länge des Kugelkäfigs 11, der ersichtlich ein Mehrfaches der axialen Mutterlänge lang ist und bezogen auf die Länge der Gewindespindel ca. ein Drittel der Spindellänge bemisst, sind trotz einzelner Aufnahme der Kugeln 10 in separaten Taschen 13 hinreichend viele Kugeln 10 im mittleren Bereich, so dass eine ausreichende Tragzahl erreicht werden kann.
Aus den folgenden 5–11 ergibt sich nun die Funktion der erfindungsgemäßen Lenkeinrichtung 1 respektive des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs 8. 5 zeigt die Lenkeinrichtung 1 mit in einer ersten Endposition befindlicher Zahnstange 4 und Gewindespindel 7. Das heißt, dass die gelenkten Räder, die über nicht näher gezeigte Querlenker, die jeweils an den Enden der Zahnstange 4 und der Gewindespindel 7 befestigt sind, in einer ersten Endstellung ausgelenkt sind. Ersichtlich befindet sich die Gewindespindel 7 in der in 5 gezeigten Darstellung nach ganz links verschoben, die Mutter 9 sowie der Käfig 11 nebst Kugeln 10 befindet sich im Bereich des rechten Endes der Gewindespindel 7. Der Käfig 11 ist hier gewandert, er vollführt bei der Lenkbewegung zwangsläufig eine Bewegung infolge der Relativbewegung zwischen Gewindespindel 7 und feststehender Mutter 9, wobei der Hub des Käfigs im Wesentlichen dem halben Hub der Gewindespindel 7 entspricht. Zusätzlich zu dieser systemimanenten Bewegung kann es auch zu einem Käfigwandern im Laufe des Betriebs kommen, das zu einer axialen Verschiebung führt, die nicht ausschließlich auf den Lenkhub zurückzuführen ist. Um dieses axiale Wandern zu begrenzen, läuft mit Erreichen einer solchen Endstellung der Anschlag 14 des Käfigs 11 gegen einen Gegenanschlag 15, der im gezeigten Beispiel an einem Gehäuseabschnitt 16 des Lenkeinrichtungsgehäuses 6 in Form eines Stiftes vorgesehen ist. Beim Auslenken in die Endstellung wandert also der Anschlag 14 gegen diesen Gegenanschlag 15, siehe auch 7. So lange der Käfig 11 noch unter Last steht, also das Lenkgestänge 3 noch in diese Auslenkungsrichtung arbeitet, bleibt diese Position eingenommen, gleichwohl wirkt auf den Käfig, der lastbedingt eigentlich noch etwas weiter drehen würde, ein rückstellendes Drehmoment, das vom Gegenanschlag 15 ausgeübt wird. Der an und für sich noch etwas weiter wandernde Käfig kann nicht mehr weiter wandern. Sobald nun der Käfig entlastet wird, was beispielsweise bereits dann der Fall ist, wenn das Lenkrad wieder in die Gegenrichtung gedreht wird, wobei es zu einer kurzzeitigen Entlastung des Käfigs kommt, kann das rückstellende Drehmoment den Käfig wieder etwas zurückdrehen, wobei es hier zu einer minimalen Korrekturbewegung um nur wenige Winkelgrade kommt. Diese Rückdrehung wird nun dadurch vereinfacht, als ein beachtlicher Teil der Kugeln 10 im Bereich des Endabschnitts C der Gewindespindel 7 ist, wo, siehe 6, infolge des geringeren Durchmessers d2 ein etwas größeres Radialspiel 17 gegeben ist. Das heißt, dass die in diesem Bereich befindlichen Kugeln entlastet sind und folglich beim Rücksetzen des Käfigs keinen Widerstand bilden, weshalb der Käfig leichter zurückzudrehen ist.
8 zeigt die Lenkeinrichtung, wenn diese in Geradeausstellung ist. Ersichtlich sind die Zahnstange 4 und die Gewindespindel 7 mittig bezüglich des Lenkeinrichtungsgehäuses 6 positioniert. Die Kugeln 10 und der Käfig 11 befinden sich nahezu vollständig im mittleren Abschnitt A, tragen also nahezu vollständig. Das Radial- und Axialspiel in diesem Gewindeabschnitt ist minimal, es beträgt nur wenige μm.
9 zeigt schließlich die Lenkeinrichtung 1 in der anderen Endstellung. Ersichtlich ist die Zahnstange 4 und die Gewindespindel 7 ganz nach rechts geschoben, die Räder sind zur anderen Seite eingeschlagen. Der Käfig 11 hat sich auf die andere Gewindespindelseite bewegt, wobei auch mit Erreichen dieser Endstellung, wenn der Käfig 11 zusätzlich zur normalen axialen Bewegung eine ungewollte axiale Wanderbewegung vorgenommen hat, der dortige Anschlag 14 gegen einen Gegenanschlag 18 läuft. Dieser ist hier an der Mutter 9 vorgesehen und ebenfalls in Form eines eingesetzten Stiftes realisiert, siehe 11. Auch hier ist also die Wanderbewegung begrenzt, steht der Käfig 11 unter Last, so wird auch hier über den Gegenanschlag 18 ein rückstellendes Drehmoment aufgebaut. Dieses dreht den Käfig wieder um wenige Winkelgrade zurück, wenn der Kugelgewindetrieb wieder entlastet wird beim Zurücklenken. Nachdem wie 9 zeigt der Käfig 11 auf der Gewindespindel 7 nach links gewandert ist, befinden sich auch hier eine gewisse Anzahl der Kugeln 10 im vom Durchmesser her kleineren Bereich B, also in einem Bereich, in dem ein größeres Radialspiel 19 (siehe 10) gegeben ist. Das heißt, dass auch diese dort befindlichen Kugeln 10 entlastet sind, wodurch die Rücksetzung des Käfigs 11 erleichtert wird.
An dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass selbstverständlich bei einer Betätigung der Lenkeinrichtung 1 über den Motor 20 die Mutter 9 aktiv zur Lenkunterstützung bewegt wird.
12 zeigt schließlich ein Beispiel für einen federnden Gegenanschlag. Dieser Gegenanschlag, z. B. der Gegenanschlag 18, ist an einem schraubenförmig gewickelten Federelement 21 angeformt, das mittels eines abgewinkelten Halteteils 22 in einer Aufnahme am Drittgegenstand fixiert ist. Das Federelement windet sich hier um rund 450°, also um mehr als eine volle Windung bis zum Gegenanschlag, wobei natürlich auch längere oder kürzere Windungen denkbar sind, solange sie eine Federwirkung erlauben. Gegen den Gegenanschlag läuft der Anschlag 14 des Käfigs, wie in 12 dargestellt ist, was zu einem Einfedern des Federelements und damit einer Bewegungsdämpfung führt, wodurch gleichzeitig eine Rückstellkraft für die Käfigrückstellung aufgebaut wird.

1: Lenkeinrichtung
2: Lenkrad
3: Lenkgestänge
4: Zahnstange
5: Gezahnte Welle
6: Gehäuse
7: Gewindespindel
8: Kugelgewindetrieb
9: Mutter
10: Kugeln
11: Käfig
12: Riemenscheibe
13: Taschen
14: Anschläge
15: Gegenanschlag
16: Gehäuseabschnitt
17: Radialspiel
18: Gegenanschlag
19: Radialspiel
20: Antriebsmotor
21: Federelement
22: Halteteil
A: Abschnitt
B: Abschnitt
C: Abschnitt
d1: Durchmesser
d2: Durchmesser
P: Kurve

Claims

Kugelgewindetrieb, insbesondere für eine Lenkeinrichtung eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Gewindespindel und eine Mutter, die auf der Gewindespindel über in Kugelkanälen geführte Kugeln läuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (10) in einem Käfig (11) aufgenommen sind, an dem im Bereich der beiden axialen Enden jeweils ein Anschlag (14), der zur Begrenzung einer axialen Käfigbewegung mit einem Gegenanschlag (15, 18) zusammenwirkt, vorgesehen ist, und dass die Gewindespindel (7) im mittleren Abschnitt (A) einen ersten Durchmesser (d1) und in den beiden daran anschließenden Abschnitten (B, C) einen gegenüber dem ersten Durchmesser (d1) kleineren zweiten Durchmesser (d2) aufweist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gegenanschlag (15, 18) an der Mutter (9) oder an einem Drittgegenstand (16) vorgesehen ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenanschlag (15, 18) mittels eines in eine Aufnahme eingesetzten Stifts oder dergleichen gebildet ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (11) aus einem gebogenen Blech gebil det ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (14) oder Gegenanschläge (15, 18) federnd sind.
Kugelgewindetrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (14) durch laschenartige Ausbiegungen gebildet sind.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge (14) oder die Gegenanschläge (15, 18) durch nach Art einer Schrauben- oder Spiralfeder am Käfig (11) oder der Mutter (9) oder einem Drittgegenstand (16) vorgesehene, insbesondere angeformte Anschlagelemente gebildet sind.
Kugelgewindetrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesserunterschied zwischen dem ersten und dem zweiten Durchmesser (d1, d2) zwischen 5–60 μm, insbesondere zwischen 5–30 μm beträgt.
Lenkeinrichtung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein zumindest abschnittsweise rohrartiges Gehäuse (6), in dem eine mit einer Lenksäule zu koppelnde Zahnstange (4) und eine mit dieser verbundene Gewindespindel (7), die Teil eines einrichtungsseitig vorgesehenen Kugelgewindetriebs (8) ist, zur Erwirkung der Lenkverstellung der zu koppelnden Räder längsbewegbar aufgenommen sind, welcher Kugelgewindetrieb (8) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Lenkeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder beide Gegenanschläge (15, 18), die mit den käfigseitigen Anschlägen (14) zusammenwirken, an dem Gehäuse (6) der Lenkreinrichtung (1) vorgesehen sind.
Lenkeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass an der Mutter (9) eine Riemenscheibe (12) vorgesehen ist, über die ein Riemen, der über einen gehäuseseitig angeordneten Motor (13) angetrieben wird, läuft.