Die Erfindung betrifft eine Servolenkung, insbesondere eine elektrische

Hilfskraftlenkung für ein Fahrzeug, mit einem, von einem Servomotor angetriebenen, rotierenden Bauteil, 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.

Durch geeignete Maßnahmen sind die Spiele des Vierpunktlagers und

Klappergeräusche der Lagerung, hervorgerufen durch im Betrieb der Servolenkung rasch wechselnde Axialkräfte auf die Lagerringe und Wälzkörper reduziert.

In Servolenkungen sind weiterhin rotierende Bauteile bekannt, die mit Wälzlagern gelagert sind, wobei die Wälzlager beispielsweise bei der Lagerung einer Lenkmutter eines Lenkstockgetriebes, Axialkräfte aufzunehmen haben.

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 Spielveränderungen in dem Wälzlager. Durch diese Spielveränderungen 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 in Bezug auf Lagerreibung. 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 und deren Reibung minimiert sind.

Die Aufgabe wird mit einer Servolenkung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Dadurch dass ein Aussenring oder ein Innenring des Wälzlagers entlang einer etwa senkrecht zu einer Längsachse des axial rotierenden Bauteiles verlaufenden

Trennebene in zwei Ringhälften oder Ringteile geteilt ist, die axial gegeneinander angefedert sind, wobei die zueinander gerichteten Stirnflächen der Ringhälften mit einem Winkel von ihrer radialen Aussenseite zu ihrer radialen Innenseite zueinander gerichtet sind und zwischen den Stirnflächen ein im Querschnitt kegelförmiges Bauelement mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dem

Wärmeausdehnungskoeffizienten des Aussenringes oder Innenringes angeordnet ist, ist eine Möglichkeit geschaffen, das Wälzlager bzw. dessen Lagerspiel an die aktuelle Betriebstemperatur anzupassen, bzw. über die Betriebstemperatur ein konstantes Lagerspiel zu ermöglichen. Das Bauelement mit einem höheren

Wärmeausdehnungskoeffizient ist aufgrund seines kegelförmig sich zu dem Zentrum des Wälzlagers sich verjüngenden Querschnitt in der Lage, bei einer Ausdehnung radial nach außen in Richtung auf ein Lagernest zu wandern und bei einer

Schrumpfung durch Kälteeinwirkung radial in Richtung auf das Zentrum des

Wälzlagers sich zu bewegen. Bei einer Dehnung des Bauelements mit größerem Wärmeausdehnungskoeffizienten werden die Ringhälften aufgrund ihrer Anfederung aufeinander zu bewegt. Dadurch werden die Flanken der Lagernut in den Ringhälften auf die Wälzkörper des Wälzlagers zu bewegt und das Lagerspiel wird an die höhere Lagertemperatur wieder angepasst. Bei einer kältebedingten Schrumpfung des Bauelements mit größerem Wärmeausdehnungskoeffizient wandern die Ringhälften axial auseinander und das Lagerspiel wird angepasst an die tieferen Temperaturen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den Unteransprüchen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das von dem Servomotor angetriebene rotierende Bauteil eine weitestgehend axial unverschieblich in dem Gestell gelagerte Mutter, die mit einem axial verlagerbaren Bauelement, dessen Gewinde mit dem Muttergewinde der Mutter in Eingriff ist, eine Bewegungsschraube bildet und von dem Wälzlager in dem Gestell gelagert ist.

Es können ein einziges oder mehrere Federelemente die Ringhälften gegeneinander anfedern.

Es hat sich gezeigt, dass unerwünschtes Lagerspiel bei Wälzlagern mit ungeteilten Lagerringen in der betreffenden Einbausituation in einem Lenkgetriebe der gattungsgemäßen Art dadurch entstehen kann, dass sich in zeitliche Abfolge zuerst der Aussenring des Wälzlagers durch Wärmeleitung von einer Brennkraftmaschine an ein Gestell oder Gehäuse der Servolenkung erwärmt und anschließend der Innenring. Dabei weitet sich der Außenring, sodaß die Schultern sich radial von der

Lagerlängsachse wegbewegen. Es ist daher zweckmäßig, zum einen den Außenring in zwei Ringteile oder -hälften in radialer Richtung zu teilen und das Bauelement mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen den Ringhälften als Ring mit kegelartigem oder teilkegelartigem Querschnitt anzuordnen. Der Kegelwinkel an jeder Flanke des Bauelements ist dabei vorzugsweise etwa zwischen 5° und 50° gewählt. Die radiale Dehnung, die das ringförmige Bauelement mit höherem

Wärmeausdehnungskoeffizienten macht ist abhängig von seinen Abmaßen. Die geometrische Größen des Bauelements ist abhängig von der Gesamtgröße und den am Ort seines Einbaues herrschenden Betriebstemperaturen. Der Innenradius des Bauelementes ist größer gewählt, als der größte Innenradius des Aussenringes, sodaß sich das Bauelement radial dehnen kann ohne entweder mit den Wälzkörpern oder mit einer Anlagefläche des Außenumfanges des Außenringes in Kontakt zu kommen. Sinnfällig gelten dieselben Verhältnisse bei einem an einem Innenring vorgesehenen Bauelement mit höherem Wärmeausdehnungskoeffizienten.

Entweder durch die Dimensionierung des ringförmigen Bauelements und/oder durch geeignete Aussparungen in dem Gestell ist eine radiale Bewegung des ringförmigen Bauelements möglich.

Der Wärmeausdehnungskoeffizient a _B des Bauelementes liegt bevorzugt zwischen demjenigen von Stahl und Aluminium, also zwischen etwa 26 x 10 ^"6 K ^"1 und 16 x 10 ^"6 K ^"1 . Bevorzugt wird ein Material wie Aluminium oder Messing für die

Herstellung des Bauelementes verwendet.

Die beiden Ringhälften werden bevorzugt mit entgegengesetzt in axialer Richtung zueinander wirkenden Federelementen angefedert. Die Federelemente können aus einem elastomeren Material oder als Stahlfedern in mannigfacher Gestalt, etwa als Wellfedern, Tellerfedern oder als Schraubendruckfedern, die in Abständen zueinander um den Seitenumfang der Ringhälften angeordnet sind, gebildet sein. Die

Schraubendruckfedern stützen sich zwischen dem das Lagernest bildenden Gestell oder gestellfesten Bauteil und den Stirnflächen der Ringhälften des Aussen- oder Innenringes ab.

Es kann auch zweckmäßig sein, das Federelement in der Art einer Federklammer oder einer Mehrzahl an solchen Federelementen auszubilden, die die Ringhälften axial übergreifen oder durch Öffnungen an diesen durchgreifen. Der Aussenring oder der Innenring weisen bevorzugt einen symmetrischen Querschnitt relativ zu der radialen Trennebene auf.

Es ist zweckmäßig, das Wälzlager als Kugellager, insbesondere als Rillenkugellager zu bilden. Es kann ein- oder zweireihig sein, oder als Vierpunktlager oder durch zwei Schrägkugellager gebildet sein. Das axial verlagerbare Bauelement ist als Spindel oder Zahnstangen- Gewindeabschnitt gebildet. Das axial verlagerbare Bauelement kann in an sich bekannter Weise über Spurstangen und Radlenkhebel mit lenkbaren Rädern eines Kraftfahrzeugs verbunden sein. Der Gewindeabschnitt oder die Spindel wirkt mit der zu lagernden Mutter zusammen, wobei die so gebildete

Bewegungsschraube Teil eines Lenkgetriebes einer elektrischen oder hydraulischen Hilfskraftlenkung oder Fremdkraftlenkung ist. Das Gestell ist als Lenkgetriebegehäuse dargestellt, das somit eine konstruktive Einheit für ein dadurch dargestelltes

Kugelmutter-Spindelgetriebe oder Kugelmutter- Hydrogetriebe bildet.

Vorzugsweise ist der Servomotor als Elektromotor in Pulsweiten-Modulation gesteuert und seine Längsachse ist parallel zu der Zahnstange oder Spindel angeordnet, sodaß die Servolenkung vorzugsweise als achsparallele elektrische Servolenkung gebildet ist. Die Motorwelle des Elektromotors ist drehfest mit einer Riemenscheibe verbunden. Ein darauf laufender Riemen ist zudem über eine Riemenscheibe auf oder an der Mutter aufgespannt. Die beiden Riemenscheiben bilden ein selbstspannendes Zugmittelgetriebe. Der Riemen kann als Zahnriemen gebildet sein. Es kann auch eine Kombination zweier verschiedener Riemenbauarten in dem Zugmittelgetriebe verbaut sein. Es kann anstelle eines selbstspannenden Zugmittelgetriebes der Servomotor verlagerbar relativ zu der Längsachse des axial verlagerbaren Bauelements und der Mutter vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nun näher anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben und anhand der Zeichnung wiedergegeben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Servolenkung,

Fig. 2 einen schematischen nicht maßstäblichen Querschnitt durch ein Wälzlager für die Mutter der Servolenkung in Fig. 1.

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 27 gebildetes Gestell 4 aus Aluminiumdruckguß. Das Lenkgetriebegehäuse 27 weist einen Radialflansch 28 auf, an dem mittels Schraubbolzen 29 ein elektrischer Servomotor 2 angeschraubt ist. Der elektrische Servomotor 2 dient zur Bereitstellung einer Lenkhilfskraft auf einen Gewindeabschnitt 25 einer Zahnstange 24. Die

Zahnstange 24 stellt ein axial verlagerbares Bauelement 6 in dem

Lenkgetriebegehäuse 27 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 25 der Zahnstange 24 ist mit seinem Gewinde 7 mit einem Muttergewinde 8 eines als Mutter 5 gebildeten rotierenden Bauteils 5' in Eingriff. Die Mutter 5 ist als Kugelmutter 26 oder Kugelumlaufmutter gebildet. Eine von dem elektrischen Servomotor 2 angetriebene Bewegungsschraube 3 ist dadurch gebildet. Die Kugelmutter 26 ist um den Gewindeabschnitt 25 in dem Gestell 4 rotierbar gelagert, aber axial weitgehendst unverschieblich angeordnet. Die Kugelmutter 26 ist axial und radial über einen als Innenring 10 gebildeten Lagerring und einen als Außenring 1 1 gebildeten Lagerring eines Wälzlagers 9 in dem Gestell 4 oder

Lenkgetriebegehäuse 27 gelagert. Das Wälzlager 9 ist als Kugellager 23 gebildet. Der Innenring 10 des Wälzlagers 9 ist zwischen zwei Anschlägen 30, 31 in einem

Gehäusedeckel 32 des Lenkgetriebegehäuses 27 festgelegt. Der elektrische

Servomotor 2 ist über ein Zugmittelgetriebe mit der Mutter 5 wirkverbunden, wobei ein als Zahnriemen gebildeter Riemen 33 auf einer Riemenscheibe 34 an der Mutter 5 abläuft. Die Riemenscheibe 34 ist in der Art einer stufenzylindrischen Hülse gebildet und bildet mit ihrer, dem Wälzlager 9 zugewandten Stirnseite 35 den Anschlag 31 für den Innenring 10. Der Riemen 33 läuft ferner auf einer nicht gezeigten

Riemenscheibe, 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. Dadurch wird die Mutter in die eine oder andere Richtung gedreht und die Zahnstange 24 in die eine oder andere Richtung verschoben. Auf die Mutter 5 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 Mutter 5, die auf das Wälzlager 9 wirken. Zu

Betriebsbeginn erwärmt sich der Aussenring 1 1 des Wälzlagers 9 zuerst, da Wärme in der Regel aus einem Motorraum, in dem das Lenkgetriebegehäuse 27 montiert ist, zunächst von außen an das Lenkgetriebegehäuse 27 und den Gehäusedeckel 32 gestrahlt wird.

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, ist der Aussenring 1 1 entlang einer mittig in radialer Richtung des Wälzlagers 9 verlaufenden Trennebene 12 in zwei symmetrisch zu dieser Trennebene 12 gebildete Ringhälften 13,14 aufgeteilt. Dabei sind jeweils die auf die Trennebene 12 zugewandten Stirnflächen 15,16 der Ringhälften 13,14 nicht parallel zu der Trennebene 12 geführt, sondern die Stirnflächen 15,16 laufen von der in radialer Richtung des Wälzlagers 9 betrachtet, Aussenseite 17 zu der Innenseite 18 in einem Winkel ß zu der Trennebene 12 hin. Dadurch ist ein ringförmiger

Zwischenraum mit kegelförmigem oder kegelstumpfförmigem Querschnitt zwischen die Ringhälften 13,14 gelegt. Dieser Zwischenraum wird durch ein ebenfalls ringförmiges Bauelement 19 mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten a _B (in der Größe dessen von Aluminium) als der Wärmeausdehnungskoeffizient a _A des Aussenringes und Innenringes teilweise ausgefüllt, dahingehend, dass das

Bauelement zur Lageraussenseite und Innenseite oder zur Aussenseite 1 und Innenseite 18 des Aussenringes 1 1 einen radialen Abstand behält. Diese radial geringeren Abmessungen des Bauelementes 19 sind erforderlich, da das Bauelement 19 sich bei Wärme - oder Kälteeinwirkung wesentlich mehr in radialer Richtung dehnt oder zusammenzieht. Bei der dahingehenden radialen Bewegung des Bauelementes 19 werden die beiden Ringhälften 13,14 in axialer Richtung auseinanderbewegt (beim Zusammenziehen des Bauelements 19 unter Kälteeinwirkung) und aufeinander zu bewegt (beim Dehnen des Bauelements 19 unter Einwirkung von Hitze).

Die Ringhälften 13,14 sind durch als Schraubendruckfedern 22 gebildete

Federelemente 20, 21 gegeneinander angefedert. Dazu stützen sich die um den gesamten Umfang des Wälzlagers 9 in gleichen tangentialen Abständen

angeordneten Federelemente 20,21 zwischen den Anschlägen 30, 31 und der jeweiligen Ringhälfte bzw. deren axialen Stirnflächen ab.

Durch die Gestaltung des erfindungsgemäßen Wälzlagers 9 ist ein stets

gleichbleibendes Lagerspiel ermöglicht und eine Geräuschbildung und Reibung 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.