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

4 ¹ 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