DE60007190T2

DE60007190T2 - Elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung

Info

Publication number: DE60007190T2
Application number: DE60007190T
Authority: DE
Inventors: Masaaki Iwata-shi Toda; Koji Iwata-shi Tateishi; Isamu Iwata-shi Yoshida; Kiyoshige Iwata-shi Yamauchi; Morihisa Iwata-shi Yoshioka
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-02-04
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2020-01-29
Also published as: DE60007190D1; US6464034B1; EP1026067A2; EP1026067B1; EP1026067A3

Description

DER ERFINDUNG ZUGRUNDELIEGENDER ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
(Bereich der Erfindung)
Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung, und in weiteren Einzelheiten, die elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung, die einen Kugelumlaufspindelmechanismus anwendet zum Übertragen einer Antriebsleistung von einem Elektromotor auf eine Lenkwelle, um diese letztere selektiv vorzuschieben und zurückzuziehen.
(Beschreibung des Standes der Technik)
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung ist ein Instrument zum Unterstützen der Lenkkraft eines Lenkrades mittels eines elektrisch angetriebenen Motors, und ist zur Zeit in verschiedenen Typen erhältlich. Einer dieser angewandten Typen ist von einer Konstruktion, in der auf eine einziehbare Lenkwelle, die mit einem Lenkmechanismus für Fahrzeugräder gekoppelte ist, eine axiale Verschiebekraft gelegt wird, die vom Lenkrad durch einen Bewegungsübertragungsmechanismus, wie z. B. einen Zahnstangenmechanismus zum Übertragen einer Drehbewegung des Lenkrads auf die axiale Schiebebewegung ausgeübt wird, und auch eine axiale Verschiebekraft, die von einem Ausgang des elektrisch angetriebenen Motors über einen Kugelumlaufspindelmechanismus übertragen wird. Der Kugelumlaufspindelmechanismus ist derzeit in verschiedenen Typen verfügbar gemäß dem Typ, in dem eine Reihe von Kugeln zirkuliert wird, einschließlich eines Brückentyps, eines Rohrzirkuliertyps und eines Endkappentyps. Die elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtungen des Zahnstangentyps, die diesen Kugelumlaufspindelmechanismus benutzen, sind geoffenbart z. B. in der Japanischen Offengelegten Patentschrift Nr. 59-50864, die eine Grundstruktur offenbart, in der Japanischen Offengelegten Patentschrift Nr. 9-142315, die die Anwendung der Kugelumlaufspindel des Brückentyps offenbart, in der Japanischen Offengelegten Patentschrift Nr. 54-47236, die den Kugelumlaufspindelmechanismus vom Rohrumlauftyp (Zirkulator), und die Japanische Offengelegte Patentschrift Nr. 6-201013, die die Anwendung des Typs mit aus Kunstharz gefertigtem keramischem Gewindering vom Endkappentyp, und vom Typ mit zirkulierendem Rohr aus Kunstharz offenbart.
23A illustriert den Kugelumlaufspindelmechanismus des Brückentyps auf dem Stand der Technik, wie er in der Japanischen Offengelegten Patentschrift Nr. 9-142315 geoffenbart wird. Wie dort gezeigt, hat eine Kugelumlaufspindelwelle 1 mit einer externen Gewinderille 4 darum herum einen Kugelumlaufspindelgewindering 5 befestigt. Der Kugelumlaufspindelgewindering 5 hat eine innere umlaufende Fläche, ausgebildet mit einer internen Gewinderille 5b in Ausrichtung mit der externen Gewinderille 4, um dadurch einen Kugelführungsdurchgang für eine Reihe von Kugeln 7 zu definieren. Der Kugelumlaufspindelgewindering 5 ist mit einem Brückenglied 5d angeordnet, das einen Verbindungsdurchgang zum Verbinden interner benachbarter Gewinderillen 5b aufweist. Wenn der Kugelumlaufspindelgewindering 5 um und relativ zur Kugelumlaufspindelwelle 1 rotiert, wird die Kugelumlaufspindelwelle 1 axial relativ zum Kugelumlaufspindelgewindering 5 unter der Wirkung einer reaktiven Kraft von den Gewinderillen bewegt. Da die Kugeln 7 der Reihe nach aus dem Kugelführungsdurchgang heraus rollen, wenn sie sich entlang der und in den Gewinderillen rollend vorwärts bewegen, abhängig von der Rotation der Kugelumlaufspindelrille 5 und der axialen Bewegung der Kugelumlaufspindelwelle 1, wäre eine Nachzuführung der Kugeln erforderlich, in Abhängigkeit von der Größe der Drehbewegung. Im Hinblick darauf wurde die Vorkehrung zur Anordnung des Brückenglieds 5b getroffen, so daß die Kugeln 7, die nach und nach entlang und innerhalb der Gewinderillen vorwärts geschoben werden, zu den Gewinderillen durch den Verbindungsdurchgang gemäß Definition im Brückenglied 5d zurückgeführt werden können.
Andererseits wird in 23A und 23B ein Beispiel eines Kugelumlaufspindelmechanismus vom Brückentyp auf dem Stand der Technik gezeigt, der in der Japanischen Offengelegten Patentschrift Nr. 54-47236 geoffenbart wurde. Wie in 23A und 23B gezeigt wird, bewegen sich von den Kugelgruppen, die in einem Bereich LA oder LB in axialer Richtung des Kugelumlaufspindelgewinderings 2 aufgereiht sind, d. h. die Kugeln jeder der zwei Kugelreihen rollend in den Gewinderillen, die in der Kugelumlaufspindelwelle 1 ausgebildet sind, über eine Entfernung entsprechend einer Axiallänge und eingelegt zwischen den Kugelumlaufspindelrillen. Die zwei Kugelreihen 3A und 3B, geführt von entsprechenden Reihen von Zirkulatoren 6A und 6B, so daß sie zwischen den inneren Gewinderillen 2a im Kugelumlaufspindelgewindering 2 und den äußeren Gewinderillen 1a und 1b in der Kugelumlaufspindelwelle 1 zirkulieren, während die Kugeln einer Reihe 3A so konstruiert sind, daß sie einen Durchmesser aufweisen, der geeignet größer ist als der der Kugeln der anderen Reihe 3B, so daß während der Geradeausfahrt des Motorfahrzeugs die Kugeln der Reihe 3A teilweise innerhalb der inneren Gewinderille 2a im Kugelumlaufspindelgewindering 2 und teilweise in der inneren Gewinderille 1a in der Kugelumlaufspindelwelle 1 rollen können, die einen größeren Durchmesserteil d₂ aufweist, während die Kugel der Reihe 3B teilweise innerhalb der inneren Gewinderille 2a im Kugelumlaufspindelgewindering 2 und teilweise in der äußeren Gewinderille 1b in der Kugelumlaufspindelwelle 1 rollen kann, die einen reduzierten Durchmesserteil d, aufweist. Dementsprechend wird die Kugelreihe 3A mit dem größeren Durchmesser, die vom Zirkulator 6A geführt wird, zwischen der inneren Gewinderille 2a im Kugelgewindering 2 und der äußeren Gewinderille 1a im Teil mit dem großen Durchmesser d, der Kugelumlaufspindelwelle 1 geführt, ohne daß ein Spalt zwischen ihnen ausgebildet ist. Wenn in dieser Konstruktion das Lenkrad beim Lenken des Motorkraftfahrzeugs nach rechts (im Uhrzeigersinn) oder nach links (im Gegenuhrzeigersinn) gedreht wird, gleichzeitig mit einer Rotation der Kugelumlaufspindelwelle 1, kann der Kugelumlaufspindelgewindering 2 durch die Gewinderille und die Kugelreihen 3A und 3B nach rechts oder nach links bewegt werden.
Ein Beispiel des Kugelumlaufspindelmechanismus vom Endkappentyp ist in der Japanischen Offengelegten Patentschrift Nr. 6-201013 geoffenbart. Gemäß dieser Patentschrift ist eine Endkappe auf jedes der einander gegenüberliegenden Enden des Kugelumlaufspindelgewinderings montiert, damit die Kugeln in das zirkulierende Rohr zurückgeführt werden können, und sowohl die Endkappen als auch das zirkulierende Rohr sind aus einem Kunstharz gefertigt.
Ein ähnlicher Satz eines Kugelumlaufspindelmechanismus vom Kappentyp ist in der Japanischen Offengelegten Patentschrift Nr. 11-011334 gefertigt. In diesem Fall sind sowohl der Gewindering als auch die Endkappen aus Metall gefertigt.
24 illustriert einen anderen Typ eines Kugelumlaufspindelmechanismus vom Endkappentyp auf dem Stand der Technik. Wie hier gezeigt wird, hat ein drehbarer Gewindering 71 im wesentlichen einen Zwischenteil mit einem radial nach außen vorstehenden Flansch 72 ausgebildet. Ein Wälzlager ist extern auf den drehbaren Gewindering 71 montiert, so daß der drehbare Gewindering 71 von einem Gehäuse und innerhalb desselben drehbar gehaltert werden kann. Ein Rotor 74 eines Elektromotors zum Antreiben des drehbaren Gewinderings 71 um dessen Längsachse ist ebenfalls auf den drehbaren Gewindering 71 montiert. Der radial nach außen vorstehende Flansch 72 wird benutzt zum Positionieren des Wälzlagers 73 und des Rotors 74 relativ zum drehbaren Gewindering 71.
Das Wälzlager 73 ist vom sogenannten Innenring-Drehtyp, in dem der Innenring 73a zusammen mit dem drehbaren Gewindering 71 drehbar ist und zu diesem Zweck ist der drehbare Gewindering 71 in den Innenring 73a mit einem vorgegebenen Übermaß zwischen einer inneren umlaufenden Fläche des Innenrings 73a und einer äußeren umlaufenden Fläche des drehbaren Gewinderings 71 eingepreßt. Andererseits, da der Rotor 74 nicht auf den drehbaren Gewindering 71 auf ähnliche Weise wie das Wälzlager preßgepaßt werden kann, ist ein Teil der äußeren, umlaufenden Fläche des drehbaren Gewinderings 71 gerändelt, die mit dem Rotor 74 verbunden ist, um einen Bereich mit einer gerändelten Fläche 75 für einen schlupffreien Eingriff mit dem Rotor 74 vorzusehen. Zwar kann der gerändelte Oberflächenbereich 75 durch jeden beliebigen bekannten Rollprozeß gebildet werden, jedoch muß notwendigerweise eine Ringrille 76 in den drehbaren Gewindering 71 auf jeder Seite des gerändelten Flächenbereichs 75 zum Erleichtern des Rollprozesses ausgebildet werden. Auch wird ein Teil der äußeren umlaufenden Oberfläche des drehbaren Gewinderings 71 auf einer Seite des gerändelten Flächenbereichs 75 neben dem Ende desselben als zylindrischer Führungsteil 77 zum Führen des Rotors 74 auf den gerändelten Oberflächenbereich 75 ausgebildet, bevor der Rotor schlupffrei auf den gerändelten Oberflächenbereich 75 montiert wird. Der zylindrische Führungsteil 77 hat einen Durchmesser, der ein bißchen kleiner ist als der Außendurchmesser des gerändelten Oberflächenbereichs 75 des drehbaren Gewinderings 71, um so das Montieren des Rotors 74 auf den drehbaren Gewindering 71 zu ermöglichen.
Zwar hat der Brückentyp gemäß 23A einen Vorteil, weil der Kugelumlaufgewindering 5 einen verhältnismäßig kleinen Außendurchmesser aufweisen kann, jedoch ist die Anzahl der Komponenten groß wegen der Anwendung des gesonderten Brückenglieds 5d, das auf einem Außendurchmesserteil des Gewinderings 5 montiert ist, das abgearbeitet ist, es tritt jedoch eine Schwierigkeit auf beim Montieren eines Motors und eines Lagers auf die äußere periphere Oberfläche des Kugelumlaufspindelgewinderings wegen der Anwendung des gesonderten Brückenglieds 5d, das außen auf den Gewindering als ein umlaufendes Kugelteil montiert ist. Zusätzlich kann nur dieses Ende des Brückenglieds 5d abgefast werden, das an dem Gewindering 5 an einer inneren Peripherie des Kugelumlaufspindelgewinderings 5 befestigt ist, und daher wird voraussichtlich notwendigerweise eine Stufe an der Verbindung zwischen dem Brückenglied 5d und dem Kugelumlaufspindelgewindering 5 erforderlich werden. Eine so ausgebildete Stufe wird die Schmiermittelschicht abschaben, die sich auf der Oberfläche jeder Kugel 7 gebildet hat.
Da auch das Brückenglied 5d in einer Position mit einem Bindematerial fest gesichert werden muß, das in einem abgearbeiteten Teil des Außendurchmessers des Kugelumlaufspindelgewinderings 5 eingefüllt wird, vermindert sich nicht nur die Bearbeitbarkeit, sondern auch das Bindematerial sickert durch und erfordert einen Arbeitsgang zum Abtragen des abgelagerten Bindematerials.
Wo im Brückentyp die Kugelumlaufspindel angewandt wird, in der der Außendurchmesser des Gewinderings begrenzt ist, tritt voraussichtlich die folgende Einschränkung ein. Spezifisch ist es zum Sichern einer hohen Belastungskapazität bei einem reduzierten Außendurchmesser des Gewinderings und mit einer reduzierten Querschnittshöhe erforderlich, eine erhöhte Anzahl Kugeln einer kleineren Größe anzuordnen. Zwar ist in einem solchen Fall die Anwendung von Vielfachgewinderillen, die in der Lage sind, die Lastkapazität zu erhöhen, von Vorteil, jedoch erfordert die Anwendung von Vielfachgewinderillen, daß das Brückenglied 5d zum Zurückschicken der Kugeln so angeordnet ist, daß es sich über den danebenliegenden Kugelführungsdurchgang erstreckt, und somit ist die Anwendung von Vielfachgewinderillen unpraktisch und unmöglich.
Der Brückentyp auf dem Stand der Technik, gezeigt in 23B und 23C, in dem die beweglich zum Umlauf innerhalb der Kugelumlaufspindel angeordneten Kugeln den gleichen Durchmesser haben, tendiert der Außendurchmesser des Kugelumlaufspindelgewinderings 2 zur Zunahme, was zu einer Vergrößerung der Gesamtgröße der Lenkvorrichtung führt, die z. B. bei einem Kraftfahrzeug angewandt wird. Auch wo eine Zahnstange oder dergl. auf der äußeren Peripherie des Gewinderings vorgesehen ist, sind die maschinell zu bearbeitenden Bereiche begrenzt, und daher muß die Phase der Kugelumlaufspindel, die nach der neutralen Position des Lenkrades der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung ausgerichtet ist, überwacht werden.
Gemäß dem Endkappentyp auf dem Stand der Technik, wie er in der Offengelegten Japanischen Patentschrift Nr. 6-201013 geoffenbart wird, gibt es das Problem, daß das umlaufende Rohr aus Syntheseharz, getrennt vom Gewindering, gebildet wird, weil die Anzahl der Teilkomponenten und die Schritte zum Zusammenbau zunehmen. Jedoch, da die Endkappe und das Umlaufrohr aus Syntheseharz bestehen, gibt es beim Endkappentyp das Problem, daß der Umlauf der Kugeln nicht glatt abläuft wegen der Verringerung der Dauerhaftigkeit als Ergebnis der Reibungsverluste und auch Veränderung der Größe aufgrund der Wärmezusammenziehung. Ein zusätzliches Problem ist, daß bei der Überwachung des Drehmoments, mit dem der Gewindering festgezogen ist, Schwierigkeiten auftreten, weil die Endkappe auf dem Gewindering befestigt ist. Dann während die Endkappe bisher an dem Gewindering durch Anziehen der Schraube befestigt war, tendiert die Schraube zum Befestigen der Endkappe am Gewindering dazu, sich unter den Vibrationen zu lockern, was zu dem hohen Risiko führt, daß sich die Endkappe schließlich löst. Das Lösen der Endkappe führt seinerseits zu einer Behinderung des glatten Umlaufs der Kugeln, was zu einem Problem führt, das mit der Reduktion der Funktionalität der Kugelumlaufspindel verbunden ist.
Im Hinblick auf den Endkappentyp auf dem Stand der Technik gemäß 24 wird eine äußere periphere Fläche 71a des drehbaren Gewinderings 71, anliegend an einen Teil, wo das Lager montiert ist, in Zylinderform ausgebildet. Wenn also der Innenring 73a des Lagers 73 auf den Teil der äußeren peripheren Oberfläche 71a des Drehgewinderings 71 aufgepreßt wird, tendiert der Innenring 73a dazu, gegen eine ringförmige Endkante der äußeren umlaufenden Oberfläche 71a zu stoßen, was zu einer Verschlechterung der Bearbeitbarkeit während des Einpressens des Lagers 73 führt. Sogar bei der Montage des Rotors 74 ist das Montieren des Rotors 74 auf den gerändelten Oberflächenbereich 75 durch die Führungsfläche 75 mit äußerster Sorgfalt durchzuführen, um eine etwaige Fehlausrichtung und Bildung der Stufe zu vermeiden, was eine Erhöhung der Anzahl der Fertigungsschritte verlangt. Auch wenn die gesonderte Endkappe 77 auf dem Gewinderingkörper des Drehgewinderings 71 mittels der Schraube befestigt ist, wird der Außendurchmesser der Endkappe 77 vorsichtig gewählt, so daß er nur wenig kleiner ist als die Führungsfläche 76 zum Vermeiden einer etwaigen Fehlausrichtung und Ausbildung der Stufe, jedoch die Auswahl des Außendurchmessers auf diese Weise bringt ein anderes Problem mit sich, indem sich das Vorkommen der Stufe mit dem Innendurchmesser des Rotors 74 zum Zeitpunkt der Montage des Rotors 74 stört. Andererseits, während empfohlen wird, daß das gerändelte Oberflächengebiet 75, eine möglichst große Länge zu haben, wird eine Eingrenzung wegen Schleif- und Zusammenbauproblemen verlangt.
US 4,415,054 umfaßt die Merkmale, die im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dementsprechend wurde die vorliegende Erfindung unterteilt, um im wesentlichen die obengenannten Probleme, die inhärent in der elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung auf dem Stand der Technik auftreten, auszuschließen, und es ist beabsichtigt, eine verbesserte elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung vorzusehen, in der die Kugeln im Kugelumlaufspindelmechanismus rollen und glatt umlaufen können, und die von einfacher Struktur und leicht zusammenbaubar ist, während eine Größenreduktion der elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung erreichbar ist.
Zur Lösung des angegebenen Problems sieht die Erfindung eine Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 1 vor. Weitere Entwicklungen werden in den abhängigen Ansprüchen besprochen.
In einem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung vor, die umfaßt: Ein Gehäuse, eine Lenkwelle, die antreibend verbunden ist mit einem Lenkmechanismus für Lenkräder und der sich vollständig durch das Gehäuse erstreckt; einen Bewegungsumsetzmechanismus zum Übertragen einer Drehkraft, der eine von einem Lenkrad ausgeübte Drehkraft in eine Kraft umwandelt, die zum Bewegen der Lenkwelle in einer Richtung axial zur Lenkwelle erforderlich ist; ein Kugelumlaufspindelmechanismus, einschließlich einer Kugelumlaufspindelwelle, bestehend aus einem Teil der Lenkwelle und einem Drehgewindering; und einen elektrischen Antriebsmotor, der an einem Ende auf einer äußeren Peripherie des Drehgewinderings des Kugelumlaufspindelmechanismus angeordnet ist. Der Kugelumlaufspindelmechanismus umfaßt die Kugelumlaufspindelwelle mit einer schraubenförmigen äußeren Rille, die darauf außen herum ausgebildet ist. Der Drehgewindering ist mit einer schraubenförmig verlaufenden inneren Rille ausgebildet, die der schraubenförmigen äußeren Rille gegenüberliegt und mit ihr ausgerichtet ist. Eine Vielzahl von Drehmomentübertragenden Kugeln sind in Reihe innerhalb einer Kugelrollführung eingelegt, die zwischen der schraubenförmigen äußeren Rille auf der Kugelumlaufspindelwelle und der schraubenförmigen inneren Rille im Drehgewindering und zum Übertragen einer Kraft zwischen dem Drehgewindering und der Lenkwelle definiert ist. Ein Kugelumlaufweg in Verbindung mit der Kugelrollführung ist teilweise in einem Gewinderingkörper des Drehgewinderings und teilweise in Endkappen ausgebildet, die an den entsprechenden einander gegenüberliegenden Enden des Gewinderingkörpers befestigt sind.
In der Praxis der vorliegenden Erfindung kann der Kugelumlaufdurchgang einen Umlauftunnel beinhalten, der im Gewinderingkörper so definiert ist, daß er sich axial dazu erstreckt, und ein Durchgang in einer oder in beiden Endflächen des Gewinderingkörpers, sowie in einer inneren Endfläche der Endkappe, die in Kontakt mit dieser Endfläche des Gewinderingkörpers gehalten wird, so definiert ist, daß er die beiden überdeckt zum Verbinden eines entsprechenden Endes des Umlauftunnels mit der Kugelrollführungsbahn.
Da gemäß der oben beschriebenen Struktur der Kugelumlaufmechanismus nicht von der Außenperipherie des Drehgewinderings nach außen vorsteht, kann der Drehgewindering des Kugelumlaufspindelmechanismus einen reduzierten Außendurchmesser aufweisen und der Umlauf der Kugeln kann gleichmäßig ablaufen. Zusätzlich kann nicht nur die Anzahl der erforderlichen Komponenten reduziert werden, sondern auch die Anzahl der Fertigungsschritte kann reduziert werden, was zu einer Reduktion der Fertigungskosten führt.
Ebenso kann in der Praxis der vorliegenden Erfindung ein Wälzlager auf einer Außenperipherie des Drehgewinderings zum drehenden Tragen des Drehgewinderings auf dem Gehäuse montiert werden, in welchem Fall die Außenperipherie des Drehgewinderings integral mit einem radial nach außen vorstehenden Positionierungsflansch zum Positionieren der darauf montierten Wälzlager ausgebildet werden kann. Dieses Merkmal ermöglicht, daß das Wälzlager zum drehbaren Tragen des Drehgewinderings auf der Außenperipherie des Drehgewinderings positioniert und befestigt werden kann, und somit kann die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung eine reduzierte radiale Größe haben.
Vorzugsweise kann jede Endkappe einen Stirnsenker aufweisen, der verkerbt wird, damit verhindert wird, daß eine Befestigungsschraube, die zum Festschrauben der betreffenden Endkappe auf dem Gewinderingkörper benutzt wird, sich willkürlich drehen kann. Gemäß diesem Merkmal werden nach dem Festdrehen der Endkappen auf dem Gewinderingkörper die Stirnsenker verstemmt, um die Endkappen gegenüber dem Gewinderingkörper zu verriegeln. Damit wird mit einer einfachen Struktur verhindert, daß sich die Befestigungsschrauben nach dem Befestigen lösen können und somit erhöht sich die Zuverlässigkeit.
Der Kugelumlaufspindelführungsweg des Kugelumlaufspindelmechanismus kann von einer Mehrfachgewindekonstruktion sein. Dieses Merkmal ermöglicht die Reduktion des Durchmessers der Drehmomentübertragungskugeln und danach die Anordnung der Drehmomentübertragungskugeln, und damit kann die Lasttragfähigkeit erhöht werden, während die radiale Abmessung reduziert wird, um die Vorrichtung der Größe nach kompakter zu machen.
Eine Außenperipherie eines der einander gegenüberliegenden Enden eines Gewinderingkörpers, der einen Teil des Gewinderings bildet und dessen schraubenförmige innere Rille der schraubenförmigen äußeren Rille um die Kugelumlaufspindelwelle herum gegenüberliegt und nach ihr ausgerichtet ist, und ein umlaufender Tunnel für die Kugeln kann wie eine axial sich nach innen verjüngende Fläche ausgebildet sein.
Diese Konstruktion ist besonders vorteilhaft, weil zu der Zeit, wenn die Wälzlager zum Haltern des Gewinderings auf den Drehgewindering preßgepaßt werden und der Rotor des elektrischen Antriebsmotors auf den Drehgewindering montiert wird, das Aufpressen des Wälzlagers ermöglicht werden kann, zusätzlich zu einer Erhöhung der Bearbeitbarkeit, weil sich die äußere Peripherie des Endes des Gewinderingkörpers der Form nach verjüngt. Auch kann sogar während des Zusammenbaus des Motors eine Führung glatt durchgeführt werden, weil sich die äußere Peripherie des Endes des Gewinderingkörpers der Form nach verjüngt.
Ferner kann ein Teil einer äußeren peripheren Oberfläche des Gewinderingkörpers, der sich von der abgeschrägt zulaufenden Oberfläche fortsetzt, zu einer zylindrischen Fläche ausge formt werden, und in der ein gerändelter Flächenbereich zum Verhindern einer willkürlichen Rotation auf der zylindrischen Fläche und ein Teil der abgeschrägten Oberfläche anliegend an die zylindrische Fläche gebildet wird.
Da gemäß dieser Struktur der gerändelte Flächenbereich auf diesem Teil der such verjüngenden Fläche gebildet ist, kann der gerändelte Flächenbereich eine erhöhte effektive Breite aufweisen, die ausreicht, den Drehungssperreffekt zu sichern. Auch kann in dem Fall, in dem ein gerändelter Flächenbereich gebildet wird und wenn dieser aus einer gesinterten Legierung besteht, kann auf die Notwendigkeit des Benutzens einer ringförmigen Rille zum Profilwalzen des gerändelten Oberflächenbereichs mit Vorteil verzichtet werden und die Breite des gerändelten Flächenbereichs läßt sich entsprechend vergrößern.
In der Praxis der vorliegenden Erfindung kann jede Endkappe eine äußere periphere Oberfläche haben, die in Richtung weg vom Gewinderingkörper abgeschrägt verläuft, wofür die Bearbeitbarkeit bei der Durchführung des Preßpassens des Wälzlagers und der Montage des Rotors weiter erhöht werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen eine elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung die umfaßt: Ein Gehäuse, eine Lenkwelle, die antreibend verbunden ist mit einem Lenkmechanismus für Lenkräder und der sich vollständig durch das Gehäuse erstreckt; einen Bewegungsumsetzmechanismus zum Übertragen einer Drehkraft, der eine von einem Lenkrad ausgeübte Drehkraft in eine Kraft umwandelt, die zum Bewegen der Lenkwelle in einer Richtung axial zur Lenkwelle erforderlich ist; ein Kugelumlaufspindelmechanismus, einschließlich einer Kugelumlaufspindelwelle, bestehend aus einem Teil der Lenkwelle und einem Dreh gewindering; und einen elektrischen Antriebsmotor, der an einem Ende auf einer äußeren Peripherie des Drehgewinderings des Kugelumlaufspindelmechanismus angeordnet ist. Der Drehgewindering des benutzten Kugelumlaufspindelmechanismus wird so strukturiert und so konfiguriert, wie nachstehend beschrieben ist.
Dieser Drehgewindering ist vom sogenannten "Endkappentyp", bei dem eine der Endkappen integral mit dem Gewinderingkörper ausgebildet ist. Genauer gesagt, er hat darin definiert eine schraubenförmige innere Rille, die einer schraubenförmigen äußeren Rille gegenüber liegt und nach ihr ausgerichtet ist, die auf der Kugelumlaufspindelwelle definiert ist, und einen Kugelumlaufdurchgang mit entsprechenden einander gegenüberliegenden Enden der schraubenförmigen inneren Rille fortgesetzt wird, und einen Gewinderingkörper und eine Endkappe beinhaltet, die mit einem der entgegengesetzten Enden des Gewinderingkörpers fest verbunden ist. Der Kugelumlaufdurchgang beinhaltet einen umlaufenden Tunnel, der im Gewinderingkörper definiert ist, so daß er sich axial dazu erstreckt, und Enddurchgänge, die sich von den entsprechenden einander gegenüberliegenden Enden des umlaufenden Tunnels zu der schraubenförmigen inneren Rille erstrecken, und der Gewinderingkörper hat die schraubenförmige innere Rille, den umlaufenden Tunnel des Kugelumlaufdurchgangs und einen der Enddurchgänge, wobei in dieser Endkappe der andere der Enddurchgänge definiert ist.
Da gemäß der oben beschriebenen Struktur die Verbindung zwischen dem Gewinderingkörper des Drehgewinderings und der Endkappe im Kugelumlaufspindelmechanismus nur an einer Stelle anliegend an das entsprechende Ende des Gewinderingkörpers gefunden wird, kann die Möglichkeit, in der die rollende Bewegung der Kugeln in der schraubenförmigen innere Rille und der Umlauf der Kugeln im Kugelumlaufdurchgang in der Verbin dung behindert werden kann, dann um etwa 50% reduziert werden gegenüber dem was durch zwei Verbindungen bewirkt werden würde. Aus diesem Grund kann die rollende Bewegung und die Schmierung der Kugeln glatt ausgeführt werden, wobei die Möglichkeit, daß die Schmierstoffschicht von den Kugeloberflächen abgezogen wird, stark reduziert ist. Dementsprechend kann der Kugelumlaufspindelmechanismus eine verlängerte Lebenszeit aufweisen. Da auch der Drehgewindering aus dem Gewinderingkörper und der einzigen Endkappe hergestellt ist, reduziert sich die Anzahl der Komponenten, was zu einer ausgezeichneten Zusammenbaubarkeit führt, so daß die Automatisierung der Herstellung des Kugelumlaufspindelmechanismus erleichtert wird. Es muß darauf hingewiesen werden, daß, da ein Ende des Drehgewinderings benutzt wird, um die daran befestigte Endkappe zu halten, das Einsetzen der Kugeln ausgeführt werden kann während die Endkappe vom Gewinderingkörper entfernt wird.
In der Praxis der vorliegenden Erfindung wird die Endkappe vorzugsweise mit einem der einander gegenüberliegenden Enden des Gewinderingkörpers, das am Rotor liegt, befestigt, und ein Wälzlager zum Tragen des Drehgewinderings kann auf das andere der einander gegenüberliegenden Enden montiert werden.
Wo diese Konstruktion angewandt wird, ist das Ende des Drehgewinderings, wo das Wälzlager preßgepaßt wird, vollständig frei von einer Stufe, die sich während des Befestigens der Endkappe daran auf der äußeren peripheren Fläche ausgebildet hätte, da ein Teil, der eine Endkappe hätte sein müssen, zusammen mit dem Gewinderingkörper integriert wird und so das Preßpassen des Wälzlagers ermöglicht.
Wo die Endkappe mit dem Ende des Gewinderingkörpers am Rotor verbunden ist, kann die äußere periphere Fläche der Endkappe als abgeschrägt zulaufende Fläche ausgebildet sein, die abgeschrägt nach innen in einer Richtung weg vom Gewinderingkörper zuläuft.
Das Ausbilden der abgeschrägt zulaufenden Fläche auf der äußeren peripheren Fläche der Endkappe kann den Zusammenbau erleichtern durch Montieren des Rotors des elektrischen Antriebsmotors.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Laufring des Wälzlagers des Kugelumlaufspindelmechanismus integral mit der äußeren peripheren Fläche des Drehgewinderings ausgeformt ist.
Gemäß dieser Struktur kann auf die Anwendung eines inneren Laufrings des Lagers zum Haltern des Drehgewinderings verzichtet werden, und statt dessen wird der Laufring, der in seiner Funktion dem Innenlaufring entspricht, direkt auf dem Drehgewindering ausgebildet. Damit kann nicht nur die Vorrichtung als Ganzes einen reduzierten Außendurchmesser und eine kompakte Größe aufweisen, sondern auch wenn der Außendurchmesser der gleiche bleibt wie auf dem Stand der Technik, kann die Querschnitthöhe des Drehgewinderings vergrößert werden, um damit die Lebenszeit zu verlängern und auch eine verhältnismäßig große Freiheit bei der konstruktiven Auswahl vorzusehen. Auch da der innere Laufring, der eine dem Lager zugeordnete Komponente ist, ausgeschlossen wird und der Innenlaufring direkt auf dem Drehgewindering ausgeformt wird, wird der Schritt des Preßpassens des Lagerinnenlaufrings auf den Drehgewindering vorteilhaft ausgeschlossen und die Anzahl der erforderlichen Komponenten reduziert sich, und bewirkt dadurch einen nutzbaren Effekt auf die Baugruppe.
In der Praxis der vorliegenden Erfindung kann die Endkappe aus einer gesinterten Legierung hergestellt werden. Die Anwendung der gesinterten Legierung als Material für die Endkappe ermöglicht es, das Spritzgußverfahren anzuwenden, mit dem, auch wenn der Kugelrolldurchgang von einer Mehrgewindegangkonstruktion ist, ein Umkehrteil im Ende genau und preiswert durch Materialspritzen ausgebildet werden kann. Durch Wählen einer Kombination von Metallpulvermaterial, das zusammengemischt wird, läßt sich die physikalische Festigkeit erhöhen, zusammen mit einer entsprechenden Verlängerung der Lebensdauer.
In der Praxis der vorliegenden Erfindung kann auch der Gewinderingkörper aus einer gesinterten Legierung hergestellt werden. Die Anwendung der gesinterten Legierung als Material für den Gewinderingkörper ermöglicht den Einsatz des Spritzgußverfahrens und des Sinterverfahrens, um den Drehgewindering genau und preiswert in Massenproduktion ohne einen Bearbeitungsprozeß wie Drehen und Schleifen zu fertigen. Zusätzlich kann durch geeignete Auswahl der Kombination von Metallpulvermaterialien zum Zusammenmischen die erforderliche physikalische Stärke und die Dauerhaftigkeit gewahrt werden. Auch ist, im Gegensatz zum Drehgewindering aus Kunstharz, die Dauerfestigkeit, die infolge des Reibungsverschleißes reduziert wird, ausgezeichnet, und eine kleine Beeinflussung der Wärmeumwandlung macht sich auf die Größe bemerkbar, und beim Festziehen und Befestigen der Endkappe auf dem Gewinderingkörper mittels Schrauben gibt es kein Problem, das aus einer elastischen Verformung herrühren würde, die durch den Befestigungsdruck bewirkt wird, und damit läßt sich das Anzugsdrehmoment genau überwachen.
Spezifisch hat der Drehgewindering des Kugelumlaufspindelmechanismus eine schraubenförmige Innengewinderille definiert, die der schraubenförmigen Außengewinderille gegenüberliegt und mit ihr ausgerichtet ist, die auf der Kugelumlaufspindelwelle definiert ist, und eine Rücklauf rille, die nebeneinanderliegende Schraubengänge der schraubenförmigen Innenrillen verbindet und damit eine Rundlaufverbindung für die Kugeln definiert. Auch ist ein Teil des Drehgewinderings da, wo die Rücklaufrille ausgebildet ist, mit einem Teil, wo die schraubenförmige innere Rille und ein Teil, der die äußere periphere Fläche bildet, integral ausgebildet. Der Ausdruck "integral ausgebildet" im obigen Sinn bedeutet die Nichtverwendung gesonderter Komponententeile, die miteinander verbunden sind.
Da gemäß der oben beschriebenen Konstruktion der Drehgewindering von einer Konstruktion ist, bei der die nebeneinanderliegenden Schraubengänge der schraubenförmigen Innenrille durch die Umkehrrille miteinander verbunden sind, wie mit dem Brückentyp auf dem Stand der Technik es der Fall ist, wird ein Umkehrdurchgang auf der äußeren Peripherie der Rille gefunden und der Drehgewindering kann daher einen reduzierten Außendurchmesser aufweisen. Da ferner die Umkehrrille im Drehgewindering integral ausgebildet ist, anders als beim Brückentyp, gibt es keinen Absatz, der sich beim gesonderten Montieren eines Glieds in der äußeren peripheren Oberfläche des Drehgewinderings bilden würde, und daher kann der Innenring des Lagers zum drehbaren Haltern des Drehgewinderings positioniert und auf der äußeren peripheren Oberfläche derselben fixiert werden, und somit kann der Rotor des elektrischen Antriebsmotors leicht montiert werden. Aus diesen Gründen kann die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung als ganzes in kompakter Größe zusammengebaut werden. Da auch die Umkehrrille integral im Drehgewindering ausgebildet ist, gibt es auch keine Stoßstelle auf einer inneren peripheren Fläche des Drehgewinderings, und daher kann nicht nur die Kugel frei zirkulieren, sonder auch die Schmiermittelschicht, die sich auf der Oberfläche jeder Kugel abgesetzt hat, wird nicht abgekratzt und ermöglicht damit dem Kugelumlaufspindelmechanismus eine längere Lebensdauer.
In der Praxis der vorliegenden Erfindung kann die äußere schraubenförmige Rille des Kugelumlaufspindelmechanismus eine Rillenfläche aufweisen, die mit einer abgeschreckten, gehärteten Schicht in allgemein gleichmäßiger Tiefe ausgebildet ist, die mittels eines Hochfrequenz-Härtungsprozesses gebildet wird. Gemäß dieser strukturellen Konstruktion wird die Tiefe der abgeschreckten ausgehärteten Schicht, die auf der Rillenfläche der schraubenförmigen äußeren Rille des Kugelumlaufspindelmechanismus ausgebildet ist, entlang der Krümmung der schraubenförmigen äußeren Rille gleichmäßig auf dem vorbestimmten Wert gehalten, und damit kann die Rollenlebensdauer der schraubenförmigen äußeren Rille gesichert werden, und dadurch, daß die gehärtete Schicht mit keiner mehr als nötigen Tiefe ausgebildet wird, läßt sich die Lenkwelle mit ausgezeichneter Festigkeit und mit einer ausgezeichneten Geradlinigkeit erzielen.
Vorzugsweise kann die abgeschreckte, ausgehärtete Schicht vorteilhafterweise eine Rockwellhärte im Bereich 55 bis 62 HRC aufweisen, und zusätzlich oder unabhängig davon hat die abgeschreckte ausgehärtete Schicht eine Dicke im Bereich von 0,20 bis 1,10 mm.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Auf jeden Fall wird die vorliegende Erfindung leichter verständlich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen anhand der begleitenden Zeichnungen. Die Ausführungsformen und die Zeichnungen werden jedoch nur für Zwecke der Darstellung und Erklärung gegeben und können nicht als Einschränkung des Umfangs der vorliegenden Erfindung angesehen werden; dieser Umfang wird bestimmt in den beiliegenden Ansprüchen. In den begleitenden Zeichnungen werden in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszahlen zur Kennzeichnung jeweils gleicher Teile benutzt, und:
1 ist eine Längsseitenansicht eines Kugelumlaufspindelmechanismus mit einem weggebrochenen Teil, zur Verwendung zusammen mit einer elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Längsschnittansicht des Kugelumlaufspindelmechanismus im vergrößerten Maßstab gemäß 1;
3 ist eine fragmentarische Längsseitenansicht des Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß 2 und zeigt einen darin verwendeten Drehgewindering;
4 ist eine Längsschnittansicht, die den Drehgewindering gemäß 3 darstellt;
5 ist eine perspektivische Ansicht einer Endkappe, die einen Teil des Drehgewinderings gemäß 3 bildet;
6 ist eine Seitenansicht, die eine Spritzgießmaschine zeigt, die zum Bilden des Drehgewinderings eingesetzt wird;
7A ist eine Längsschnittansicht mit einem aus einem Teil einer Lenkwelle ausgeschnittenen Teil, der eine schraubenförmig gewundene Rillenführungsfläche aufweist, die gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung hochfrequenzabgeschreckt wurde;
7B ist eine Längsschnittansicht mit einem aus einem entsprechenden Teil einer Lenkwelle auf dem Stand der Technik ausgeschnittenen Teil, der eine schraubenförmig gewundene Rillenführungsfläche aufweist, die gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung hochfrequenz-abgeschreckt wurde;
8 ist eine Längsseitenansicht eines auf einem Lager montierten Kugelumlaufspindelmechanismus mit einem weggebrochenen Teil, zur Verwendung zusammen mit einer elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Längsschnittansicht des lagermontierten Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß 8, die den Kugelumlaufspindelmechanismus zeigt;
10 ist eine Längsschnittansicht eines Drehgewinderings, der in dem lagermontierten Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß 8 verwendet wird;
11 ist eine Längsseitenansicht des Kugelumlaufspindelmechanismus mit einem weggebrochenen Teil, zur Verwendung zusammen mit einer elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine fragmentarische Längsseitenansicht des Kugelumlaufspindelmechanismus und zeigt den darauf montierten Drehgewindering;
13 ist eine Längsschnittansicht eines Drehgewinderings, der in dem lagermontierten Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
14A und 14B sind perspektivische Ansichten des Drehgewinderings gemäß 13, entsprechend gesehen aus verschiedenen Richtungen;
15 ist eine Längsseitenansicht eines Kugelumlaufspindelmechanismus mit einem weggebrochenen Teil, zur Verwendung zusammen mit einer elektrisch angetriebenen Lenkeinrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
16A ist eine Längsseitenansicht des Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß 15 und zeigt den darin benutzten Drehgewindering;
16B ist eine Endansicht des Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß 16A;
17A ist eine fragmentarische Seitenansicht der Endkappe im vergrößerten Maßstab und zeigt einen darin definierten Stirnsenker;
17B und 17C sind fragmentarische Schnittansichten und zeigen den Stirnsenker entsprechend vor und nach dem Einpressen eines Vorsprungs, nachdem eine Schraube eingeschraubt wurde;
18A ist eine Endansicht der Endkappe, von innen gesehen;
18B ist eine Seitenschnittansicht der Endkappe im vergrößerten Maßstab, und zeigt einen darin definierten Umkehrdurchgang;
18C ist eine Endansicht des Drehgewinderings und zeigt den darin definierten Umkehrdurchgang in Verbindung mit einem Durchgangsloch;
18D ist eine Schnittansicht des Drehgewinderings im vergrößerten Maßstab, und zeigt die Verbindung zwischen dem Durchgangsloch und dem im Drehgewindering definierten Umkehrdurchgang;
19A ist eine schematische Schnittansicht und zeigt eine Form, die in einem Spritzgießprozeß zum Formen des Drehgewinderings benutzt wird;
19B ist eine schematische Schnittansicht und zeigt eine Form, die in einem Spritzgießprozeß zum Formen der Endkappe benutzt wird;
20 ist eine Längsseitenansicht des Kugelumlaufspindelmechanismus mit einem weggebrochenen Teil, zur Verwendung zusammen mit einer elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
21 ist eine Schnittansicht des Drehgewinderings, der im Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß 20 benutzt wird;
22 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Kugelumlaufspindelmechanismus gemäß 20;
23A bis 23C sind schematische Längsschnittansichten, die verschiedene Kugelumlaufspindelmechanismen auf dem Stand der Technik zeigen; und
24 ist eine fragmentarische Längsseitenansicht des Kugelumlaufspindelmechanismus auf dem Stand der Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nehmen wir zunächst Bezug auf 1; ein im allgemeinen zylindrisches Gehäuse 25 hat einen Halter (nicht dargestellt), durch den das Gehäuse 25 mit einem Kfz-Chassis oder einer Karosseriestruktur fest verbunden ist. In diesem Gehäuse befindet sich eine Lenkwelle 21, die sich drehbar durch das Gehäuse 25 erstreckt und an seinen einander gegenüberliegenden Enden mit entsprechenden Verbindungs stangen T und T antreibend verbunden ist, die ihrerseits mit einem Lenkmechanismus (nicht gezeigt) zum Lenken z. B. der vorderen Antriebsräder antreibend verbunden sind.
Eine Lenkstange 9 erstreckt sich von einem Endteil des zylindrischen Gehäuses 25 aus diagonal nach oben und ist mit ihrem oberen Ende mit einem Lenkrad (nicht gezeigt) fest verbunden. Die Lenkstange 9 ist drehbar gehaltert und wenn das Lenkrad im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn um die Längsachse der Lenkstange 9 gedreht wird, wird die Drehung der Lenkstange 9 über einen Bewegungsübertragungsmechanismus 22, der am unteren Ende der Lenkstange 9 angebracht ist, auf die Lenkwelle 21 übertragen, so daß die Lenkwelle 21 im zylindrischen Gehäuse 25 axial bewegt werden kann. Der Bewegungsübertragungsmechanismus 22 beinhaltet eine Zahnstange 8, die Teil eines länglichen Teils der Lenkwelle 21 sein kann oder auch auf andere Weise auf dieser ausgebildet sein kann, sowie ein Ritzel (nicht dargestellt), das fest am unteren Ende der Lenkstange 9 befestigt ist und in die Zahnstange 8 im zylindrischen Gehäuse 25 eingreift. Obwohl nicht gezeigt, ist ein Lenkdrehmomentdetektor in Zusammenwirken mit der Lenkstange 9 zum Erfassen des Lenkdrehmoments vorgesehen, mit dem die Lenkstange 9 gedreht wird.
Das zylindrische Gehäuse 25 ist von einer im allgemeinen dreiteiligen Konstruktion, einschließlich eines in der Mitte liegenden zylindrischen Körpers 25a und der im allgemeinen röhrenförmigen Glieder 25b und 25c, die auf den entsprechenden, einander gegenüberliegenden Enden des dazwischenliegenden zylindrischen Körpers 25a aufgesetzt sind. Ein im allgemeinen zylindrischer Stator 24b eines elektrischen Antriebsmotors 24 ist koaxial in dem dazwischenliegenden zylindrischen Körper 25a des Gehäuses 25 angeordnet und im wesentlichen in der Mitte der Länge des Gehäuses 25 positioniert. Dieser zylindrische Stator 24b besteht aus einem Spulenkern und einer Statorspule. Ein zylindrischer Rotor 24a des elektrischen Antriebsmotors 24 ist in dem zylindrischen Stator 24b untergebracht und weist eine äußere periphere Fläche auf, die mit einem kurzen Abstand radial nach innen von einer inneren peripheren Fläche des Stators 24b beabstandet ist, um zwischen ihnen einen Spalt zu definieren. Der zylindrische Rotor 24a besteht aus einem Magneten oder aus magnetischem Material, und ist auf einer Muffe 27 gemeinsam rotierend mit derselben montiert. Die obengenannte Lenkwelle 21 erstreckt sich innerhalb der Muffe 27 zur Bewegung in axialer Richtung. Der elektrische Antriebsmotor 24 wird durch eine Motorantriebsschaltung (nicht gezeigt) gemäß dem Drehmoment gesteuert, das vom Lenkdrehmomentdetektor erfaßt wird.
Eines der einander gegenüberliegenden Enden der Muffe 27, anliegend an z. B. der Lenkstange 9, wie gezeigt, wird innerhalb des Gehäuses 25 mittels eines Wälzlagers 26b drehbar gehaltert. Das Wälzlager 26b kann ein einzelnes Lager oder eine Kombination einer Vielzahl von Lagern sein und ist von einem Typ, der in der Lage ist, nicht nur eine Radialbelastung sondern auch eine Axialbelastung aufzunehmen.
Die Drehung des elektrischen Antriebsmotors 24 kann über einen Kugelumlaufspindelmechanismus 23 auf die Lenkwelle 21 übertragen werden, um die Lenkwelle 21 innerhalb des Gehäuses 25 axial zu bewegen. Der Kugelumlaufspindelmechanismus 23 umfaßt eine Kugelumlaufspindelwelle 10, die von einem axialen Teil der Lenkwelle 21 dargestellt wird. Mit anderen Worten, in der illustrierten Ausführungsform wird der axiale Teil der Lenkwelle 21 mit einer äußeren schraubenförmigen Gewinderille ausgebildet, um die Kugelumlaufspindelwelle 10 zu definieren.
Der Kugelumlaufspindelmechanismus 23 beinhaltet auch einen Drehgewindering 11, die innerhalb des Gehäuses 25 durch ein Wälzlager 26a drehbar gelagert wird, das außen auf dem Drehgewindering 11 montiert ist und dessen ein Ende in den zylindrischen Rotor 24a des elektrischen Antriebsmotors 24 eingepreßt ist. Ein Ende des zylindrischen Rotors 24a, anliegend an den Drehgewindering 11, steht von der Muffe 27 axial nach außen vor, so daß es den Drehgewindering 11 unter Preßpassung aufnimmt.
Das Wälzlager 26a kann ein einzelnes Lager oder eine Kombination einer Vielzahl von Lagern sein und ist von einem Typ, der in der Lage ist, nicht nur eine Radialbelastung sondern auch eine Axialbelastung aufzunehmen. In der illustrierten Ausführungsform ist das Wälzlager 26a in der Form von z. B. einem Schrägkugellager oder dergl. ausgeführt und ist von einer Konstruktion, die innere und äußere Laufringe mit einer Gruppe von Rollelementen beinhaltet, die zwischen die inneren und die äußeren Ringe eingelegt sind.
Jetzt werden die Einzelheiten des Kugelumlaufspindelmechanismus 23 unter besonderem Hinweis auf 2 bis 5 beschrieben. Dieser Kugelumlaufspindelmechanismus 23 beinhaltet eine Kugelumlaufspindelwelle 10, den Drehgewindering 11 und eine Gruppe von Drehmomentübertragungskugeln 13, die treibend zwischen die Kugelumlaufspindelwelle 10 und den Drehgewindering 11 eingelegt sind.
Dieser Kugelumlaufspindelmechanismus 23 ist vom sogenannten "Endkappentyp", in dem der Drehgewindering 11 aus einem Gewinderingkörper 11a und zwei Endkappen 14a und 14b besteht, die mit den entsprechenden, einander gegenüberliegenden Enden des Gewinderingkörpers 11a verbunden sind.
Der Gewinderingkörper 11a weist eine innere, schraubenförmige Gewinderille 51 auf (genannt eine "Innere Gewinderille"), die einen inneren schraubenförmigen Kugellaufring, einen Umlauftunnel 15a und eine Vielzahl von Schraubenlöchern 53 aufweist. Die innere schraubenförmige Gewinderille 51 des Gewinderingkörpers 11a liegt einer äußeren schraubenförmigen Gewinderille 50 (bezeichnet "Äußere Gewinderille") auf der Kugelumlaufspindelwelle 10, die einen äußeren schraubenförmigen Kugellaufring definiert, gegenüber und ist damit ausgerichtet. Eine Kugelrollführung 12 für die Kugeln 13 ist zwischen der äußeren schraubenförmigen Gewinderille 50 und der inneren schraubenförmigen Gewinderille 51 definiert. Der umlaufende Tunnel 15a erstreckt sich in den Gewinderingkörper 11a in einer Richtung axial dazu, und seine einander gegenüberliegenden Enden sind mit entsprechenden gegenüber liegender Kugelrollführungen 12 verbunden, die axial zum Gewinderingkörper 11a beabstandet sind, wie nachstehend beschrieben wird.
Die Endkappen 14a und 14b sind mit den einander gegenüberliegenden Enden des Gewinderingkörpers 11a verbunden und werden benutzt, die Kugeln 13 von der äußeren schraubenförmigen Gewinderille 50 zum Umlauftunnel 15a und dann von Umlauftunnel 15a zur äußeren schraubenförmigen Gewinderille 50 zu führen, und haben die Form eines Rings mit einem Innendurchmesser gleich dem des Gewinderingkörpers 11a. Jeder der Endkappen 14a und 14b weist einen Rillenführungsweg 17a und 17b auf, die auf der Oberfläche der entsprechenden Endkappe 14a und 14b definiert sind, die, wenn eine solche Endkappe 14a und 14b mit dem Gewinderingkörper 11a verbunden ist, mit dem Gewinderingkörper 11a in Berührung gebracht werden. Der Rillenführungsweg 17a oder 17b, der in jeder der Endkappen 14a oder 14b definiert ist, besteht aus einem schraubenförmigen Rillensegment, das in einer inneren peripheren Oberfläche der entsprechenden Endkappe 14a oder 14b in Verbindung mit der schraubenförmigen Innenrille 51 definiert ist, und öffnet einen Winkel von nicht über 180° im Hinblick auf die Längsachse des Gewinderingkörpers 11a und ein schräges Rillensegment, das sich fortsetzt und sich radial nach außen schräg vom schraubenförmigen Rillensegment aus erstreckt. Auf diese Weise definieren der umlaufende Tunnel 15a und die Rillenführungswege 17a und 17b eine Kugelumlaufdurchführung 15.
Jede der Endkappen 14a und 14b ist mit Schraubenlöchern 56 an entsprechenden Stellen ausgebildet, die mit den Schraubenlöchern 53 im entsprechenden Ende des Gewinderingkörpers 11a ausrichtbar sind, damit die entsprechenden Schrauben 55 eingesetzt werden können. Jede Endkappe 14a oder 14b weist eine Außenfläche auf, die mit einem darin definierten Stirnsenker in Ausrichtung mit dem entsprechenden Schraubeneinsetzloch 53 ausgeformt ist. Die Endkappen 14a und 14b sind an den entsprechenden Enden des Gewinderingkörpers 11a mittels der Schrauben 55 befestigt, die durch die Schraubeneinsetzlöcher 56 geführt werden und in den entsprechenden Schraubenlöchern 53 festgezogen werden. Jede der Endkappen 14a und 14b weist eine äußere periphere Oberfläche auf, die sich graduell in einer Richtung weg von dem Gewinderingkörper 11a verjüngt, und ein Kantenbereich jeder Endkappe 14a oder 14b, der zwischen der äußeren peripheren Fläche und der Außenfläche derselben begrenzt ist, ist geschrägt, damit sie eine bogenförmig gekrümmte Schnittform darstellt.
Der Drehgewindering 11 weist eine äußere Peripherie einer Form auf, die jetzt beschrieben werden soll. Wie bereits erwähnt, hat der Gewinderingkörper 11a eine zylindrische Form und ist, wie am besten in 3 gezeigt wird, integral mit einem ringförmigen Flansch zum Positionieren des Wälzlagers 26a ausgebildet, so daß er von einem allgemeinen Zwischenteil der äußeren peripheren Fläche des Gewinderingkörpers 11a radial nach außen vorsteht. Der Ringflansch 57 hat eine zylindrische äußere periphere Fläche mit einem Teil ihres Umfangs, der bei 57a für Positionierungszwecke geglättet ist. Entsprechende Teile der äußeren peripheren Fläche des Gewinderingkörpers 11a sind auf entsprechenden Seiten des Ringflansches 57 als ein zylindrischer Oberflächenbereich 58, auf den das Wälzlager 26a preßgepaßt ist, und ein Montagebereich 62, auf dem der zylindrische Rotor 24a des elektrischen Antriebsmotors 24 montiert ist, ausgebildet. Eine äußere periphere Fläche des Endes des Gewinderingkörpers 11a anliegend an den zylindrischen Flächenbereich 58, d. i., ein Teil der äußeren peripheren Fläche des Drehgewinderings 11, begrenzt zwischen dem zylindrischen Oberflächenbereich 58 und dessen Endfläche, ist leicht konvergierend in einer Richtung axial nach außen von dem Drehgewindering 11 in Richtung zur Endkappe 17a, um so eine abgeschrägt zulaufende Oberfläche 59 mit einem bei M geschrägten Kantenbereich zu definieren, so daß er eine bogenförmig gekrümmte Schnittform darstellt, um auf diese Weise ein etwaiges Fressen des Kantenbereichs zu verhindern.
Andererseits ist der Montagebereich 62 leicht konvergierend in einer Richtung axial nach außen in Richtung zur Endkappe 146 von einem zylindrischen Oberflächenbereich zum gegenüberliegenden Ende abgeschrägt, um so eine abgeschrägte Oberfläche 60 zu definieren. Ein gerändelter Oberflächenbereich 61 ist auf dem zylindrichen Bereich der Montagefläche 62 und auf einem Teil der geschrägten Oberfläche 60 definiert, um den zylindrische Rotor 24a gegen das Drehen des Drehgewinderings 11 zu blockieren. Der gerändelte Oberflächenbereich 61 muß nicht immer auf eine Vielzahl paralleler Rillen begrenzt sein, sondern kann auch netzförmige Rillen enthalten. Jede der abgeschrägten Oberflächen 59 und 60 auf den entsprechen den Enden des Gewinderingkörpers 11a ist in einem Winkel von 10° bis 15° geschrägt.
Der Gewinderingkörper 11a und die Endkappen 14a und 14b, die entsprechende Teile der Drehgewindering 11 bilden, sind vorzugsweise aus einer gesinterten Legierung hergestellt. Das Ausbilden dieser Komponenten des Drehgewinderings 11 kann ausgeführt werden durch Benutzen einer bekannten Spritzgießmaschine unter Verwendung eines Metallpulvers, die so eingestellt ist, daß sie eine plastifizierbare Form darstellt.
Jetzt wird ein Beispiel der Herstellung unter Anwendung der Spritzgießmaschine beschrieben. Zunächst wird ein Metallpulver und ein Binder aus einem Gemisch von Kunststoff mit Wachs in einer Knetmaschine geknetet und das entstehende geknetete Produkt wird dann stückig gemacht, um Tabletten herzustellen. Das Metallpulver, das in der Praxis der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann, liegt vorzugsweise in der Form eines metallischen Materials vor, das anschließend carbonisiert und abgeschreckt wird und 0,2% Kohlenstoff (C), 1 bis 2% Nickel (Ni) und den Rest Eisen (Fe) enthalten kann.
Die so gefertigten Tabletten werden in einen Trichter 30 der Spritzgießmaschine 29 gemäß 6 gefüllt und werden nach dem Erwärmen bis zum Schmelzen in der Spritzgießmaschine 29 in eine Form 31 gespritzt. Die in der Praxis der vorliegenden Erfindung benutzte Spritzgießmaschine 29 ist ähnlich den im allgemeinen zusammen mit Kunststofformen benutzten Geräten und umfaßt einen Zylinder 32 mit einer Düse 32a, die im Formausgang der Maschine 29 sitzt, einen Schneckenaufgeber 35, der in den Zylinder 32 eingepaßt ist und von einem Hydraulikmotor 34 durch einen hydraulischen Zylinder 33 angetrieben wird, und eine Heizvorrichtung, die außerhalb des Zylinders 32 zum Erwärmen der Formmasse bestimmt ist, das durch den Schraubenaufgeber 35 in die Form eingespritzt wird.
Eine schraubenförmige Rille, die schließlich die äußere schraubenförmige Rille 50 auf der Kugelumlaufspindelwelle 10 der Lenkwelle 21 bildet, wird durch Anwenden einer Rolltechnik ausgebildet. Wie insbesondere in 7A gezeigt wird, hat die äußere schraubenförmige Rille 50 eine Rillenfläche, die aus einer abgeschreckten gehärteten Schicht 117 durch Auflegen einer schraubenförmigen Heizspule 116 in der Nähe der äußeren schraubenförmigen Rille 50 gebildet wird, mit einem Krümmungsradius, der gleich dem durchschnittlichen Schnittkrümmungsradius der äußeren schraubenförmigen Rille ist, und dann Drehen der Kugelumlaufspindelwelle 10, um sie axial vorzuschieben, wie durch die Pfeile in 7A angezeigt wird, sobald die Lenksäule 21 mit dem Schraubengangwinkel der schraubenförmigen Rille übereinstimmt. Es muß darauf hingewiesen werden, daß auch die schraubenförmige Heizspule 116 eine Vielzahl von Windungen aufweisen kann.
Die abgeschreckte ausgehärtete Schicht 117, die auf diese Weise auf der Rillenfläche der schraubenförmigen äußeren Rille 50 ausgebildet ist, ist wie in 7B gezeigt wird, anders als die ausgehärtete Schicht 112 auf dem Stand der Technik, gleichmäßig während des Hochfrequenz-Abschreckprozesses von der Wärmespule 116 beabstandet und hat daher eine im allgemeinen gleichmäßige vorgegebene Höhe. Ein Oberflächenteil zwischen den benachbarten Windungen der schraubenförmigen äußeren Rille 50 in der Kugelumlaufspindelwelle 10 wird nicht tiefer abgeschreckt als erforderlich. Hier ist zu beachten, daß die abgeschreckte gehärtete Schicht 117 eine Oberflächenhärte von 55 bis 62 HRC Rockwell, und eine effektive Dicke in einem Bereich von 0,20 bis 1,10 mm aufweist.
Jetzt wird die Wirkungsweise und Funktion der oben angegebenen Struktur beschrieben. Angenommen, das Kraftfahrzeug fährt geradeaus, ohne daß das Lenkrad wesentlich gedreht wird, auf diese Weise gibt der der Lenkstange 9 zugeordnete Lenkdrehmomentdetektor (nicht angezeigt) keinen Ausgang ab und damit wird der elektrische Antriebsmotor von den Motorantriebsmitteln (nicht gezeigt) in Leerstellung gehalten. Dementsprechend steht die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung in einer Stellung, in der sie keine Hilfslenkkraft abgibt.
Wenn nun das Lenkrad gedreht wird, gibt der der Lenkstange 9 zugeordnete Lenkdrehmomentdetektor einen Ausgang ab, und unter der Steuerung der Motorsteuerschaltung dreht der elektrische Antriebsmotor 24 den Rotor 24a. Durch das Drehen des Rotors 24a wird der Drehgewindering 11 des Kugelumlaufspindelmechanismus 23 zusammen mit dem Rotor 24a gedreht und bewirkt, daß die Lenkwelle 21, die ein integraler Teil der Kugelumlaufspindelwelle 10 ist, sich axial bewegt und somit eine unterstützte Lenkkraft erzeugt.
Zu diesem Zeitpunkt bewegen sich die Kugeln 13 des Kugelumlaufspindelmechanismus 23 rollend innerhalb der Kugelführungsbahn, die zwischen den schraubenförmig inneren und äußeren Rillen 50 und 51 definiert ist, und zirkulieren von der Kugelrollführungsbahn zurück zu der Kugelrollführungsbahn durch die Führungsbahn 17a in der Endkappe 14a, dann durch den Umlauftunnel 15a und schließlich durch die Führungsbahn 17b in der Endkappe 14b.
Auf diese Weise kann die Lenkkraft des Lenkrads durch den elektrischen Antriebsmotor 24 unterstützt werden.
Da in der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung der oben beschriebenen Struktur der Gewinderingkörper 11a des Drehgewinderings 11 mit der abgeschrägten Oberfläche 59 auf der peripheren Außenfläche ausgeformt ist, an deren Ende das Wälzlager 26a aufgepreßt ist, kann das Preßpassen des Wälzlagers 26a zusammen mit einer erhöhten Bearbeitbarkeit leicht erzielt werden, ohne Zulassen einer Fehlausrichtung des Wälzlagers 26a mit dem Drehgewindering 11. Andererseits, da die Außenperipherie des Endes des Gewinderingkörpers 11a, auf dem der Rotor 24a montiert ist, in die abgeschrägte Oberfläche 60 ausgebildet ist, kann das Führen des Rotors 24a während des Zusammenbaus des Rotors 24a leicht erreicht werden. Da die abgeschrägte Oberfläche 60 auch teilweise mit dem gerändelten Oberflächenbereich 61 zum Sperren des Motors 24a ausgebildet ist, kann die gerändelte Oberfläche 61 effektiv eine größere Breite haben, die eine stärkere Wirkung zum Sperren des Rotors 24a gegen seine Drehung ermöglicht.
Soweit der Gewinderingkörper 11a aus einer gesinterten Legierung gefertigt ist, kann der Gewinderingkörper 11a durch Anwenden der Spritzgußtechnik kombiniert mit Sintern auf Massenproduktionsbasis gefertigt werden, um damit die Anwendung eines Metallbearbeitungsprozesses, wie Drehen und Schleifen, auszuschließen. Die Technik, in der die Spritzgußtechnik und die Sintertechnik zusammen benutzt werden, und die hochgenau ist, wurde entwickelt und kann daher zum Herstellen des Drehgewinderings 11 mit hoher Präzision benutzt werden. Auch da der gerändelte Oberflächenbereich 61 ebenfalls während des Spritzgußprozesses geformt werden kann, kann auf die ringförmige Rille, die nur für den Rollprozeß bestimmt war, vorteilhafterweise verzichtet werden durch Zulassen, daß der gerändelte Oberflächenbereich 61 in einer Position anliegend an den Ringflansch 57 ausgebildet wird. Zu diesem Zweck kann der gerändelte Oberflächenbereich 61 ferner die Breite effektiv sichern.
Ferner kann infolge der eindeutigen Formen des Gewinderingkörpers 11a und der Endkappen 14a und 14b der Zusammenbau weiter erleichtert werden, zusammen mit einer verbesserten Bearbeitbarkeit.
Ferner wird die Tiefe der abgeschreckten ausgehärteten Schicht, die auf der Rillenfläche der schraubenförmigen äußeren Rille 50 der Kugelumlaufspindelwelle 10 entlang der Krümmung der schraubenförmigen äußeren Rille gleichmäßig auf dem vorgegebenen Wert gehalten, und deshalb kann die Roll-Lebensdauer der schraubenförmigen äußeren Rille 50 gesichert werden, und durch Ermöglichen, daß die gehärtete Schicht nicht auf eine Tiefe gebildet wird, die größer als notwendig ist, läßt sich die Lenkwelle 21 mit ausgezeichneter Festigkeit und ausgezeichneter Geradheit erzielen.
Jetzt wird eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die elektrisch betriebene Lenkvorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im wesentlichen ähnlich der ersten bevorzugten Ausführungsform, indem das Wälzlager 26a und der Kugelumlaufspindelmechanismus 23A zusammen einen auf das Lager montierten Kugelumlaufspindelmechanismus 90 bilden.
Wie in 8 gezeigt wird, ist der auf das Lager aufgebaute Kugelumlaufspindelmechanismus 90 von einer Konstruktion, in der eine äußere periphere Oberfläche des Drehgewinderings 11A des Kugelumlaufspindelmechanismus 23A mit einem Innenlaufring 95 für das Wälzlager 26a integral ausgebildet ist, so daß das Wälzlager 26a und der Kugelumlaufspindelmechanismus 23A zusammen in einer einzigen Komponente integriert sind.
Das Wälzlager 26a benutzt den Drehgewindering 11A des Kugelumlaufspindelmechanismus 23A als Innenlaufring und beinhaltet, zusätzlich zu dem Drehgewindering 11A, einen Außenlaufring 92, eine Vielzahl von Rollerelementen 93, die treibend zwischen den entsprechenden Laufringen 95 und 97 der inneren und äußeren Laufbahnen eingelegt sind, und einen Käfig 94 zum Halten der Rollerelemente 93. Die Rollerelemente 93 werden in der Form von Kugeln, wie z. B. Stahlkugeln, angewandt und jeder der Innenlaufringe 95 und der Außenlaufringe 97 ist in der Form einer Rille eines im wesentlichen bogenförmigen Querschnitts vorhanden. Dieses Wälzlager 26a ist von einem Typ, der in der Lage ist, die Radial- und Schubbelastungen aufzunehmen und die Beziehungen zwischen den Rollerelementen 93 und den spezifischen Laufringen 97 und 97 der inneren und äußeren Laufbahnen ist ähnlich der in einem Tiefrillenkugellager oder einem Schrägkugellager.
Wie in 9 und 10 gezeigt wird, ist der Kugelumlaufspindelmechanismus 23a im wesentlichen ähnlich dem, der in der ersten bevorzugten Ausführungsform angewandt wird, abgesehen davon, daß die äußere periphere Oberfläche des Drehgewinderings 11A mit zusammen dem inneren Laufring 95 für das Wälzlager 26a ausgeformt ist. Deshalb werden die Einzelheiten des Kugelumlaufspindelmechanismus 23A zwecks Kürze hier nicht noch einmal erklärt.
Da in dieser elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung der auf das Lager montierte Kugelumlaufspindelmechanismus 90 von einer Struktur ist, in der der innere Laufring 95 für das Wälzlager 26a direkt auf die äußere periphere Fläche des Drehgewinderings 11A des Kugelumlaufspindelmechanismus 23A ausgebildet ist, kann der Lageraußendurchmesser D um eine Größe entsprechend der Wanddicke des inneren Laufrings kleiner sein, der bei einem Lager auf dem Stand der Technik gemäß 8 verwendet wird. Unter der Annahme, daß der Lageraußendurchmesser D gleich dem des Lagers auf dem Stand der Technik ist, kann der Außendurchmesser d des Drehgewinderings 11A um eine Größe entsprechend der Wanddicke des inneren Laufrings im Lager auf dem Stand der Technik vergrößert werden, und dafür kann die Haltbarkeit des Kugelumlaufspindelmechanismus 23A vorteilhafterweise erhöht werden. Da auch der Laufring 95 für das Wälzlager 26a auf der äußeren peripheren Oberfläche des Drehgewinderings 11A ausgebildet ist, läßt sich die Anzahl der erforderlichen Komponenten reduzieren, was zur Verbesserung der Zusammenbaubarkeit führt.
Nachstehend wird die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Diese elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform ist im wesentlichen ähnlich der gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, abgesehen davon, daß sich der angewandte Kugelumlaufspindelmechanismus 23B von dem Kugelumlaufspindelmechanismus 23 unterscheidet. Spezifisch wird im Kugelumlaufspindelmechanismus 23B, der in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird, die Endkappe 14a weggelassen.
Jetzt wird der Kugelumlaufspindelmechanismus 23B unter besonderem Hinweis auf 11 bis 14 beschrieben. Der gezeigte Kugelumlaufspindelmechanismus 23B beinhaltet die Kugelumlaufspindelwelle 10, den Drehgewindering 10B und die Kugelgruppe 13, die zwischen der Kugelumlaufspindelwelle 10 und dem Drehgewindering 11B liegt.
Der Kugelumlaufspindelmechanismus 23B ist von einem Typ, in dem eine der Endkappen integral mit dem Gewinderingkörper ausgeführt ist und daher ein integraler Teil des Drehgewinderings ist. Spezifisch beinhaltet der Drehgewindering 11B den Gewinderingkörper 11Ba und die Endkappe 14b, die fest mit einem Ende des Gewinderingkörpers 11Ba verbunden ist. Die Endkappe 14b ist in der Form eines Rings mit einem Innendurchmesser gleich dem des Gewinderingkörpers 11Ba.
Der Drehgewindering 11Ba definiert in seinem Inneren die schraubenförmige Innenrille 51, die der schraubenförmigen Außenrille 50 auf der Kugelumlaufspindelwelle 10 gegenüberliegt und mit ihr ausgerichtet ist, und dem Kugelumlaufdurchgang 15B, der sich bis zu den einander gegenüberliegenden Enden der schraubenförmigen Innenrille 51 fortsetzt. Der Kugelumlaufdurchgang 15B besteht aus dem Umlauftunnel 15Ba, der sich axial zum Gewinderingkörpers 11Ba erstreckt, und den Umlaufdurchgängen 15Bb und 15Bc, die sich von den einander gegenüberliegenden Enden des Umlauftunnels 15Ba bis zu den entsprechenden einander gegenüberliegenden Enden der schraubenförmigen Innenrille 51 fortsetzt.
Der Gewinderingkörper 11Ba weist die schraubenförmige Innenrille 51, den Umlauftunnel 15Ba des Kugelumlaufdurchgangs 15B und einen der Rillenende-Umlaufdurchgänge 15Bb auf, wohingegen der andere der Rillenende-Umlaufdurchgänge 15Bc in der Endkappe 14b definiert ist.
Der Rillenende-Umlaufdurchgang 15Bb im Gewinderingkörper 11Ba ist, wie in 14A gezeigt wird, ausgebildet als Bohrung, die sich vom anliegenden Ende der schraubenförmigen Innenrille 51 aus in Richtung zur äußeren Peripherie des Gewinderingkörpers 11Ba erstreckt. Der Rillenende-Umlaufdurchgang 15Bc, der in der Endkappe 14b definiert ist, besteht, wie in 14B gezeigt wird, aus einem schraubenförmigen Rillensegment, definiert in einer inneren peripheren Fläche der Endkappe 14b in Verbindung mit der schraubenförmigen Innenrille 51 und erstreckt sich über einen Winkel von höchstens 180° gesehen von der Längsachse des Gewinderingkörpers 11Ba aus, und weist ein fortgesetztes geschrägtes Rillensegment auf und erstreckt sich radial nach außen, und schräg vom schraubenförmigen Rillensegment aus.
Der Gewinderingkörper 11Ba und die Endkappe 14b sind mit Schraubeneinsetzlöchern 56 ausgebildet und die darin ausgebildeten Schraubenlöcher 53 sind an entsprechenden Stellen angeordnet, so daß sie miteinander ausrichtbar und in Umfangrichtung beabstandet angebracht sind. Die Endkappe 14b weist eine Außenfläche mit einem darin definierten Stirnsenker auf, ausgerichtet mit dem entsprechenden Schraubeneinsetzloch 53. Die Endkappe 14b ist an dem anliegenden Ende des Gewinderingkörpers 11Ba mittels Schrauben 55 (11) befestigt, die durch die Schraubeneinsetzlöcher 56 eingeschoben und in den entsprechenden Schraubenlöchern 53 festgeschraubt sind. Die Endkappe 14b hat eine periphere Außenfläche, die in einer Richtung weg vom Gewinderingkörper 11Ba geschrägt ist zum definieren der geschrägten Oberfläche 84, und ein Kantenbereich 83 der Endkappe 14b, begrenzt zwischen der peripheren Außenfläche und der äußeren Oberfläche, ist gefast, damit die Möglichkeit besteht, bogenförmig gekrümmte Querschnittformen darzustellen.
Jeder Gewinderingkörper 11Ba und die Endkappe 14b, die entsprechende Teile des Drehgewinderings 11B bildet, sind vorzugsweise aus einer gesinterten Legierung hergestellt. Wie schon bei der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, kann die Ausbildung dieser Komponenten des Drehgewinderings 11B ausgeführt werden durch Benutzen einer Spritzgießmaschine, gezeigt in 6, und Anwenden des Metallpulvers, das so eingestellt wird, daß sich eine plastifizierbare Form bildet.
In der elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, da der Drehgewindering 11B des Kugelumlaufspindelmechanismus 23B nur eine Verbindung zwischen dem Gewinderingkörper 11Ba und der Endkappe 14b aufweist, kann die Möglichkeit, daß die Rollbewegung der Kugeln 13 in der schraubenförmigen Innenrille 51 und der Umlauf der Kugeln 13 im Kugelumlaufdurchgang 15B bei offener Verbindung behindert werden, um etwa 50% gegenüber dem, was durch das Vorkommen von zwei Verbindungen entstehen könnte, reduziert werden. Aus diesem Grund kann die rollende Bewegung und Schmierung der Kugeln 13 glatt durchgeführt werden mit einer verringerten Wahrscheinlichkeit, daß der Schmierfilm von den Oberflächen der Kugeln 13 abgezogen wird. Dementsprechend kann der Kugelumlaufspindelmechanismus 23B eine erhöhte Lebensdauer haben. Da auch der Drehgewindering 11B aus dem Gewinderingkörper 11B und der einzigen Endkappe 14b besteht, reduziert sich die Anzahl der Bauteile und führt zu einer exzellenten Zusammenbaubarkeit, so daß die Automatisierung der Fertigung des Kugelumlaufspindelmechanismus 23B erleichtert wird.
Im allgemeinen ist es gängige Praxis, wenn die gesonderte Endkappe auf den Gewinderingkörper aufgeschraubt werden muß, daß in Erwartung einer etwaigen Fehlausrichtung zwischen der Endkappe und dem Gewinderingkörper beim Festziehen dieser beiden die Endkappe mit einem größeren Durchmesser (z. B. mit Φ 0,2) als der des Gewinderingkörpers gewählt wird, und andererseits das Wälzlager mit Überlagerung aufgepreßt wird, so daß die äußere Peripherie der Endkappe nicht von der äußeren Peripherie des Gewinderingkörpers radial nach außen vorstehen kann. Dementsprechend kann, wie es bei dieser Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Fall ist, da wo eine der Endkappen die anliegend an das Wälzlager positioniert wird, mit dem Gewinderingkörper 11Ba integral ausgebildet wird, nicht nur die Arbeit des Befestigens der Endkappe 14B an dem Gewinderingkörper 11Ba um die Hälfte reduziert werden, sondern es wird auch keine Verbindung auf der äußeren peripheren Oberfläche ausgebildet, und daher läßt sich das Wälzlager 26a leicht auf den Gewinderingkörper 11Ba aufpressen.
Weil nur eine der Endkappen, und zwar die Endkappe 14b, nicht integral mit dem Gewinderingkörper 11Ba ausgebildet werden kann und davon getrennt sein muß wegen eines Problems, das mit dem Einführen der Kugeln 13 zu tun hat, wirken aufgrund der Tatsache, daß die äußere Peripherie der Endkappe 14b mit einer zusammengesetzten Form einschließlich der abgeschrägten Oberfläche 84 konstruiert ist, die progressiv von dem anliegenden Ende des Gewinderingkörpers 11Ba und dem bogenförmig gefasten Kantenbereich 83 wegführt, diese als Führungsfläche dient, entlang welcher der Rotor 24a des elektrischen Antriebsmotors 24 beim Montieren desselben auf den Drehgewindering geführt werden kann, was eine weitere Verbesserung der Bearbeitbarkeit bewirkt.
Hier muß darauf hingewiesen werden, daß es, wie in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, möglich ist, den inneren Laufring für das Wälzlager 26a integral auf der äußeren peripheren Oberfläche des Drehgewinderings 11B des Kugelumlaufspindelmechanismus 23B auszubilden.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt den Kugelumlaufspindelmechanismus, der im wesentlichen ähnlich dem einer beliebigen der ersten bis dritten Ausführungsform ist, abgesehen davon, daß der Kugelumlaufspindelmechanismus, der in der Praxis der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird, eine Vielzahl von Kugelumlaufdurchgängen umfaßt und die abgeschrägt zulaufende Oberfläche der äußeren peripheren Oberfläche am Ende des Drehgewinderings entfällt.
Nehmen wir jetzt Bezug auf 15; dort wird eine schematische Schnittansicht des Kugelumlaufspindelmechanismus gezeigt, der in der Praxis der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung benutzt wird. Wie gezeigt, beinhaltet der Kugelumlaufspindelmechanismus 23C die Kugelumlaufspindelwelle 10 mit der schraubenförmigen Außenrille 50, die auf ihrer äußeren peripheren Oberfläche in Form einer schraubenförmigen Mehrfachrille ausgebildet ist (z. B. Doppelschraubengangrille, wie in 15 gezeigt wird), wobei der Drehgewindering 11C die schraubenförmige Innenrille 51 auf der peripheren Innenfläche in der Form einer entsprechenden Mehrfachschraubengangrille ausgebildet hat, und die Gruppe der drehmomentübertragenden Kugeln 13 reihenweise miteinander in der Kugelrollführungsbahn 12 angeordnet sind, die zwischen den schraubenförmigen Außen- und Innenrillen 50 und 51 definiert sind.
Wie in 15 gezeigt wird werden die Kugeln 13 in einer rillenförmigen Umkehrführungsbahn 17a umgewendet, die in der Endkappe 14a beispielsweise am linken Ende des Gewinderingkörpers 11C definiert sind, wie in 15 gezeigt, so daß sie in einem Umlauftunnel 15Ca laufen, der im Gewinderingkörper 11Ca so definiert ist, daß er sich axial dazu erstreckt, und dann nach rechts innerhalb des Umlauftunnels 15C in Richtung zur rechten Endkappe 14b laufen, wie man in 15 sieht. Die Kugeln 13, die sich zur rechten Endkappe 14b bewegen, laufen dann in die Kugelrollführung 12, die zwischen der Kugelumlaufspindelwelle 10 und dem Gewinderingkörper 11Ca definiert ist, durch eine rillenförmige Umkehrführungsbahn 17b, die in der Endkappe 14b definiert ist. Auf diese Weise laufen die Kugeln 13 durch den Kugelumlaufspindelmechanismus 23C. Der Gewinderingkörper 11Ca hat eine ausreichende Wanddicke, so daß der Umlauftunnel 15Ca in einer Anzahl ausgebildet werden kann, die der Anzahl der Mehrfachgewindegänge in der Wand des Gewinderingkörpers 11Ca umfangmäßig beabstandet entspricht. Somit werden in der Praxis der vierten Ausführungsform die rillenförmigen Umkehrführungsgänge 17a und 17b, die als der obere und der untere Umlaufdurchgang 15C dienen, deren jeder mit den einander gegenüberliegenden Enden der Kugelrollführungsbahn 12 in Verbindung stehen, und der Umlauftunnel 15Ca in dem Gewinderingkörper 11Ca definiert, und die Endkappen 14a und 14b sind fest auf den entsprechenden Enden des Gewinderingkörpers 11Ca befestigt.
Die Endkappen 14a und 14b sind an den entsprechenden Enden des Gewinderingkörpers 11Ca, wie in 16A gezeigt wird, mittels Befestigungsschrauben 16, die z. B. mit einer sechseckigen Senkung im Kopf versehen sind, festgezogen. Wie in 17A und 17B gezeigt wird, weist ein Befestigungsloch, das in jeder der Endkappen 14a und 14b zur Aufnahme der entsprechenden Befestigungsschrauben 16 definiert ist, eine Senkung 19 auf, in die der Kopf der Befestigungsschraube 16 vollständig in die Senkung 19 eingedreht werden kann, ohne von der Außenendfläche der zugeordneten Endkappe 14a oder 14b aus nach außen vorzustehen. Zusätzlich hat jede der verschiedenen Senkungen 19 eine geeignete Anzahl, z. B. zwei, wie in 17A gezeigt wird, von Vorsprüngen 19a, die dort definiert sind, so daß nach dem Festziehen der entsprechenden Befestigungsschraube 16 die Vorsprünge 19a durch einen Kerbschlag mit einem geeigneten Kerbwerkzeug (nicht gezeigt) plastisch verformt werden können, um auf diese Weise die entsprechenden Sperrstücke 19a zu bilden, wie in 17C gezeigt wird, was dazu dient, zu verhindern, daß sich die festgezogenen Feststellschrauben 16 wieder lösen.
Die rillenförmigen Umkehrführungsbahnen 17a und 17b, die in den entsprechenden Endkappen 14a und 14b definiert sind, sind so ausgebildet, daß sie sich an entsprechenden Endflächen öffnen, wie in 18A und 18B entsprechend gezeigt wird. Diese rillenförmigen Umkehrdurchgänge 17a und 17b entsprechen nach Position und auch nach Anzahl der Position und der Anzahl der Umlauftunnels 15Ca, definiert im Gewinderingkörper 11Ca, und sind allgemein schraubenförmig ausgeführt, um der Schraubenrichtung der Kugelrollführungsbahn 12 zu folgen, um sich bogenförmig oder tangential um die Kugelumlaufspindelwelle 10 herum zu erstrecken, so daß die einander gegenüberliegenden Enden der Umlauftunnels 15Ca glatt mit der Kugelrollführungsbahn 12 in Verbindung gesetzt werden können.
Zusätzlich sind die rillenförmigen Umkehrdurchgänge 17a und 17b, die in den entsprechenden Endkappen 14a und 14b definiert sind, wie in 18A und 18B gezeigt wird, so geformt, daß sie eine Rille mit einem im allgemeinen halbkreisförmigen Querschnitt bilden mit einem Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Außendurchmesser der einzelnen Kugeln 13, deren Tiefe ein Maximum an einer Stelle ist, wo sie mit dem Durchlauftunnel 15Ca in Berührung kommen, und ein Minimum an einer Stelle, wo sie mit der Kugelrollführungsbahn 12 in Berührung kommen. Also hat jeder rillenförmige Umkehrdurchgang 17a und 17b eine Rillentiefe, die sich ständig ändert, um eine im allgemeinen schräge Rille darzustellen.
Die rillenförmigen Umkehrdurchgänge 17a und 17b können in entsprechenden gegenüberliegenden Endflächen des Gewinderingkörpers 11Ca in Verbindung mit dem umlaufenden Tunnel 15Ca ausgebildet sein, wie in 18C und 18D gezeigt wird. Hier muß darauf hingewiesen werden, daß in den 18A bis 18D die rillenförmigen Endflächen 17a und 17b so ausgebildet sind, daß sie die Endflächen des Gewinderingkörpers 11Ca und die Endkappen 14a und 14b überspannen, was jedoch nicht immer darauf begrenzt sein muß, und es kann auch nur einer derselben ausgebildet sein.
Zum Positionieren der rillenförmigen Umkehrdurchgänge 17a und 17b, die in den entsprechenden Endkappen 14a und 14b relativ zu dem Umlauftunnel 15Ca ausgebildet sind, sind vorzugsweise ringförmige Positionierungsvorsprünge 18a und ringförmige Positionierungsaussparungen 18b, die so angepaßt sind, daß sie die ringförmigen Vorsprünge 18a aufnehmen, vorzugsweise an entsprechenden Stellen anliegend an den Umlauftunnel 15C ausgebildet, so daß, wenn die ringförmigen Positionierungsvorsprünge 18a in die zugeordneten ringförmigen Positionierungsaussparungen 18b eingreifen, die rillenförmigen Umkehrdurchgänge 17a und 17b in Ausrichtung mit dem Umlauftunnel 15Ca genau positioniert werden können.
In der äußeren peripheren Oberfläche des Drehgewinderings 11C ist ein Lagermontage-Oberflächenbereich 11Cc definiert (siehe 16), auf dem das Wälzlager 16a zum drehenden Haltern des Drehgewinderings 11C relativ zum Gehäuse 25 montiert ist, gezeigt in 19A, sowie eine Motormontagefläche 11Cd (Siehe 16), auf der der zylindrische Rotor 24a des elektrischen Antriebsmotors 24 befestigt ist. Der Lagermontageflächenbereich 11Cc ist, wie in 16A gezeigt wird, mit einem radial nach außen vorstehenden Flansch 11Ce ausgebildet, der einen Positionsansatz für das Wälzlager 26a bildet, während die Motormontagefläche 11Cd mit einem parallelen gerändelten Oberflächenbereich zum Vermeiden eines etwaigen drehenden Kriechens des Rotors 24a ausgebildet ist. Der ringförmige Flansch 11Ce ist mit einer Vielzahl von Montagelöchern 11Cf (siehe 16A und 16B) zum Montieren des Rotors 24a des elektrischen Antriebsmotors 24 ausgebildet. Der oben beschriebene Flansch 11Be kann die Form eines Rings annehmen, wird aber im Hinblick auf leichtes Gewicht und Kompaktheit bevorzugt, wie in 16B gezeigt, der linke und der rechte Teil des Flansches abgeschnitten ist, um linke und rechte flache Seitenflächen vorzusehen, die mit einem Abstand zwischen ihnen beabstandet angeordnet sind, der im allgemeinen gleich dem Außendurchmesser des Drehgewinderings 11C ist und obere und untere Teile des Flansches sind ebenfalls ausgeschnitten, ohne die entsprechenden Positionen der Montagelöcher 11Cf zu beeinträchtigen, um flache obere und untere Flächen vorzusehen. Hier wird angemerkt, daß, wie es bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Fall ist, die äußere umlaufende Fläche des Drehgewinderings 11C des Kugelumlaufspindelmechanismus 23C mit dem inneren Laufring für das Wälzlager 26a integral ausgebildet sein kann.
Die schraubenförmige äußere Rille 50, die in der Kugelumlaufspindelwelle 10 ausgebildet ist, wird mit Hilfe des Rollprozesses geformt, und die Endkappen 14a und 14b und der Gewinderingkörper 11Ca werden durch die Anwendung des MIM- (Metall Injection Molding-Metallspritzguß)-Verfahren ausgeformt. Das Metallspritzgußverfahren ist so, daß, wie vorstehend beschrieben, das Erzeugnis durch Einstellen des Metallpulvers und mit der Anwendung einer Spritzgießmaschine in einer plastifizierbaren Form gefertigt werden kann, wie in 6 gezeigt wird.
Eine Gußformbaugruppe 33, in die das Material für den Gewinderingkörper 11Ca eingespritzt wird, um den Gewinderingkörper 11Ca auszubilden, besteht aus, wie in 19A gezeigt wird, einer stationären Gußform 33a und einem bewegbaren Gußteil 33b sowie aus einem zylindrischen Kern 39 mit einer Gußhohlform 40 zum Ausbilden des Gewinderingkörpers 11Ca, der zwischen dem stationären und dem bewegbaren Formteil 33a und 33b definiert ist. Ein treibendes Ende des zylindrischen Kerns 39 ist mit einer schraubenförmigen Projektion 39a ausgebildet, die form-komplementär und zum Formen der schraubenförmigen äußeren Kugellaufrille 50 einer Vielfach-Gewinde-Form ist. Nach dem Spritzgießen des Gewinderingkörpers 11Ca wird der zylindrische Kern 39 um seine Längsachse gedreht, damit er aus der Formbaugruppe 33 herausgezogen werden kann. In 19A stellt die Bezugszahl 41 einen Anschnitt, und die Bezugszahl 42 einen Angußverteiler dar.
19B illustriert schematisch eine Formbaugruppe 43, die zum Spritzgießen der Endkappe 14a benutzt wird, die aus einer stationären Gußform 43a und einer bewegbaren Gußform 43b besteht, mit einem Hohlraum, der zum Ausbilden der Endkappen 14a dient, die dazwischen definiert sind. Diese Gußformbaugruppe 43 weist eine interne Oberfläche auf, die dem Gußhohlraum 45 gegenüberliegt, wobei die Oberfläche aus Projektionen und Einschnitten besteht, die der Form nach zum Bilden des rillenförmigen Umkehrdurchlaufs 17a in der Endkappe 14a komplementär sind, die Senker 19 (nicht gezeigt) und die Verkerbungsprojektionen 19a (nicht gezeigt) an entsprechenden vorgegebenen Stellen entsprechend darstellen. In 19B stellt die Bezugszahl 46 einen Anschnitt, und die Bezugszahl 47 einen Angußverteiler dar. Die Endkappe 14b kann spritzgußgeformt werden durch Anwendung einer ähnlichen Gußformbaugruppe, aber die identische Gußformbaugruppe kann benutzt werden zum Ausformen der Endkappen 14a und 14b, wenn die Endkappen 14a und 14a von gegenseitig identischer und von symmetrischer Struktur sind.
Der durch den Spritzgießprozeß unter Verwendung der oben beschriebenen Gußbaugruppe 33 gebildete Gewinderingkörper 11Ca und die durch den Spritzgießprozeß unter Verwendung der oben beschriebenen Gußformbaugruppe 43 gebildete Endkappe 14a werden, nachdem sie aus den entsprechenden Gußformbaugruppen 33 und 43 ausgeformt wurden, in einen Sinterofen (nicht dargestellt) eingebracht, wo sie gesintert werden. Nach dem Sintern wird der Gewinderingkörper 11Ca bearbeitet, um den Umlauftunnel 15Ca und die Schraubenlöcher 16A einzubohren (siehe 18C), und andererseits werden die Senker 19 in die Endkappe 14a eingebohrt, um die entsprechenden Schraubenlöcher 16b vorzusehen (siehe 18A). Anschließend werden sie wahlweise aufgekohlt und gehärtet wie gewünscht. Hier wird darauf hingewiesen, daß die ringförmigen Positionierungsvorsprünge 18a und die zugehörigen Positionierungseinschnitte 18b zur Aufnahme der entsprechenden Positionierungsvorsprünge 18a, wie in 18A bis 18D gezeigt wird, vorzugsweise durch die Anwendung des Spritzgießverfahrens ausgebildet. Es muß ferner angemerkt werden, daß die Schraubenlöcher 16a im Gewinderingkörper 11Ca vorzugsweise in der Form eines Sacklochs ausgebildet sind anstatt ganz durch die Länge des Gewinderingkörpers 11Ca gebohrt zu sein.
In der elektrisch angetriebenen Lenkvorrichtung gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird aus nachstehend beschriebenen Gründen vorgeschlagen, mindestens die aus der Gruppe der Endkappen 14a und 14b ausgeformten Endkappen 14a und 14b und den Gewinderingkörper 11Ca durch das MIM-Verfahren herzustellen. Spezifisch, da der Endkappentyp vorteilhaft ist, weil die Struktur des rotierbaren Gewinderings 11C ohne Ausbildung der Vorsprünge auf der äußeren Peripherie des rotierbaren Gewinderings 11C vereinfacht werden kann, wobei die radiale Größe derselben wesentlich reduziert wird, kann die elektrisch betriebene Lenkvorrichtung als ganzes in einer kompakten Größe zusammengebaut werden. Andererseits, da der oben beschriebene Endkappentyp zwar von einfacher Struktur, jedoch so ist, daß die Laufrichtung der Kugelgruppen 13 im allgemeinen rechtwinklig zueinander liegt, ist es erforderlich, die Form und die Dimension der rillenförmigen Umkehrdurchgänge 17a und 17b, die entsprechend in den Endkappen 14a und 14b gebildet werden, genau maßzuschneidern, um eine glatte Umlaufbewegung der Kugeln 13 sicherzustellen. Auch wo die Kugelrollfühungsbahn 12 aus der Mehrfach-Schraubengangkonstruktion ausgebildet wird, tendieren die rillenförmigen Umkehrdurchgänge 17a und 17b in den entsprechenden Endkappen 14a und 14b dazu, eine komplizierte Form anzunehmen, die eine erhöhte Anzahl von Bearbeitungsschritten erfordern, weshalb sie für Massenproduktion nicht geeignet sind. Hinsichtlich der schraubenförmigen Innenrillen 51 im Gewinderingkörper 11Ca, wo er in der Form der Mehrfach-Gewindekonstruktion vorliegt, entstehen ähnliche Probleme.
Zwar kann die Anwendung eines Kunstharzes als Material für die Endkappen 14a und 14b in Erwägung gezogen werden, es kann jedoch möglich werden, daß als Ergebnis des Reibungsverschleißes die Haltbarkeit reduziert wird und die Umlaufbewegung der Kugeln nicht mehr gesichert ist wegen der Veränderung der Größe als Ergebnis der thermischen Schrumpfung und, zusätzlich können die Befestigungsschrauben mit dem richtigen Drehmoment festgezogen werden. Die vorliegende Erfindung benutzt das MIM-Verfahren, das in der Lage ist, die Vorteile dieser beiden Umstände zu nutzen, so daß die Endkappen 14a und 14b und der Gewinderingkörper 11Ca des Kugelumlaufspindelmechanismus, der für die elektrisch betriebene Lenkvorrichtung zur Anwendung im Kraftfahrzeug benutzt wird, genau und preiswert gefertigt werden kann. Zusätzlich läßt sich die Außenperipherie des Drehgewinderings 11C vereinfachen, damit der Rotor 24a des elektrischen Antriebsmotors 24 und das Wälzlager 26a übereinander montiert werden können, was zu einer Verringerung der radialen Größe führt und die Tragfähigkeit erhöht.
Wenn ferner die Endkappen 14a und 14b mit den einander gegenüberliegenden Enden des Gewinderingkörpers 11Ca nur durch Festziehen der Befestigungsschrauben 16 verbunden sind, würde deren Anwendung in der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung für das Kraftfahrzeug zu einer unerwünschten Lockerung einiger oder aller Befestigungsschrauben 16 unter der Einwirkung der Vibrationen führen und die Endkappen 14a und 14b würden letztlich vom Gewinderingkörper l1Ca abfallen. Jedoch, da gemäß der vorliegenden Erfindung die Endkappen 14a und 14b mit Vorsprüngen 19a rund um die entsprechenden Senker 19 versehen sind, so daß nach dem Anziehen der Befestigungsschrauben 16 diese Vorsprünge mit Hilfe eines geeigneten Verstemmwerkzeugs zum Bilden der Sperrstücke 19a' verstemmt werden können, wird damit das Lockern der Befestigungsschrauben 16 mit einer einfachen Struktur verhindert. Damit kann das glatte Umlaufen der Kugeln 13 mit der wesentlich erhöhten Funktionalität und Zuverlässigkeit des Kugelumlaufspindelmechanismus 23C sichergestellt werden.
Jetzt wird eine fünfte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der ersten bis vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung insofern, als die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform den Kugelumlaufspindelmechanismus eines Brückentyps benutzt, jedoch hinsichtlich der übrigen Komponenten den Ausführungsformen eins bis vier im wesentlichen ähnlich ist.
Unter besonderer Bezugnahme auf die 20 bis 22 wird der Kugelumlaufspindelmechanismus 23D in Einzelheiten beschrieben. Dieser Kugelumlaufspindelmechanismus 23D ist ein Kugelumlaufspindelmechanismus vom Brückentyp, in dem ein Brückenglied integral mit dem Drehgewindering ausgeführt ist, wie jetzt beschrieben werden soll. Die Kugelumlaufspindelwelle 10 weist die schraubenförmige Außenrille 50 auf, während der Drehgewindering 11D die schraubenförmige Innenrille 51 aufweist, die der schraubenförmigen Außenrille 50 gegenüberliegt und mit ihr ausgerichtet ist. Die schraubenförmigen Außen- und Innenrillen 50 und 51 definieren einen Laufring, entlang dem die zwischen den schraubenförmigen Außen- und Innenrillen 50 und 51 positionierten Kugeln 13 sich rollend bewegen, wobei der Laufring eine im allgemeinen bogenförmige Schnittform oder ein Schnittform ähnlich der Form eines gotischen Spitzbogens aufweist.
Die innere periphere Fläche des Drehgewinderings 11d ist als schraubenförmige Innenrille 51 und mit einer Umkehrrille 109 ausgebildet, die die anliegenden Windungen 51a und 51a der schraubenförmigen Innenrille 51 verbindet, und die einzelne Windung 51a der schraubenförmigen Innenrille 51 und die Umkehrrille 109 zusammen bilden einen Umlaufkreis 110 für die Kugeln. Mit anderen Worten, einander gegenüberliegende Enden der einzelnen Windungen 51a der schraubenförmigen Innenrille 51 sind verbunden mit der Einzelumkehrrille 109, um den Umlaufkreis 110 einer Länge entsprechend dem Umfang der einzelnen Windung zu definieren, wie durch die eingepunktete Linie in 21 gezeigt wird. Die Umkehrrille 109 hat eine Tiefe, die ausreicht, daß jede Kugel 13, die bewegbar in der schraubenförmigen äußeren Rille 50 auf der Kugelumlaufspindelwelle 10 sitzt, über eine Kante der schraubenförmigen Außenrille 50 hinweglaufen kann. Auch weist diese Umkehrrille 109 ein Seitenteil a auf, das mit der anliegenden Windung 51a der schraubenförmigen Innenrille 51 in Verbindung steht und eine hinreichende Größe aufweist, daß jede Kugel 13 in die anliegende Windung 51a der schraubenförmigen Innenrille 51 eintreten kann, jedoch weist der gegenüberliegende Seitenteil b eine Größe auf, die nicht zuläßt, daß die entsprechende Kugel 13 in die anliegende Windung 51a der schraubenförmigen Innenrille 51 eintreten kann. Mittel, die sicherstellen, daß es unmöglich ist, daß die Kugeln 13 in die anliegende Windung 51a eintreten, können aus einem Glied bestehen, das integral mit einer Seitenkante der Umkehrrille 109 ausgebildet ist oder auch gesondert und daran befestigt ist, und die wirksam sind zum Schließen der Gesamtheit oder eines Teils eines Querschnitts der schraubenförmigen Innenrille 51.
Die Anzahl der Windungen 51a der schraubenförmigen Innenrille 51 in dem Drehgewindering 11D kann jeden geeigneten, willkürlich gewählten Wert annehmen und die Anzahl der Umlaufkreise 110 kann geeignet ausgewählt werden, um der Anzahl der Windungen 51a der schraubenförmigen Innenrille 51 zu entsprechen. Die Position der Umkehrrille 109 auf jedem einzelnen Umlaufkreis 110 kann wunschgemäß geeignet ausgewählt werden, und in der gezeigten Ausführungsform sind sie in einem Winkel von 90° in Umlaufrichtung des Drehgewinderings 11D um die Kugelumlaufspindelwelle 10 positioniert.
Es muß darauf hingewiesen werden, daß auch in der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die äußere periphere Fläche des Drehgewinderings 11D des Kugelumlaufspindelmechanismus 23D integral mit dem inneren Kugellaufring für das Wälzlager 26a ausgebildet ist, wie es der Fall in der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
Der Umlaufgewindering 11D ist in seiner Gesamtheit integral ausgebildet durch Verwenden einer gesinterten Legierung, und dementsprechend werden entsprechende Teile des Drehgewinderings 11D, wo die Umkehrrille 109, die schraubenförmige Innenrille 51 und die äußere periphere Oberfläche ausgebildet sind, zusammen integral geformt. In der gezeigten Ausbildungsform ist der Drehgewindering 11D ein integral geformter Teil einschließlich des ringförmigen Vorsprungs 11Da auf dessen Außenperipherie, aber ein Teil, der ggf. als ringförmiger Vorsprung 11Da ausgebildet ist, kann auch ein Glied sein, das getrennt von dem Drehgewindering 11D ausgebildet wurde und auf einem Glied fest aufmontiert werden kann, das ggf. den Körper des Drehgewinderings 11D bildet. Die Fertigung des Drehgewinderings 11D kann auf eine ähnliche Weise ausgeführt sein wie oben beschrieben wurde, d. i. durch Bestimmen des Metallpulvers zum Plastifizieren und Gießen mittels Anwendung der Spritzgießmaschine, die in 6 gezeigt wird.
Da in der elektrisch betriebenen Lenkvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Drehgewindering 11D so konstruiert ist, daß die benachbarten Windungen 51a der schraubenförmigen Innenrille 51 durch Mittel wie die Umkehrrille 109 miteinander verbunden sind, wird auf der Außenperipherie des Gewinderings kein Kugelumkehrlaufgang ausgebildet wie bei dem Brückentyp auf dem Stand der Technik, und damit kann der Drehgewindering 11D einen kleineren Außendurchmesser aufweisen. Da ferner die Umkehrrille 109 integral mit dem Drehgewindering 11D ausgeformt ist, wird anders als beim Brückentyp auf der äußeren Peripheriefläche des Drehgewinderings 11D keine Stufe ausgebildet, wenn ein gesondertes Glied auf der äußeren peripheren Oberfläche des Drehgewinderings 11D montiert ist, und somit kann nicht nur der Innenring des Wälzlagers 26a zum Haltern des Drehgewinderings 11D auf der äußeren Peripheriefläche des Drehgewinderings 11D positioniert und befestigt werden, sondern auch der Rotor 24a des elektrisch angetriebenen Motors 24 kann auf der äußeren Peripherie des Drehgewinderings 11D montiert werden. Angesichts dieser Merkmale kann die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung als Ganzes kompakt zusammengesetzt werden. Da auch die Umkehrrille 109 integral mit dem Drehgewindering 11D ausgebildet ist, wird auf der inneren peripheren Oberfläche des Drehgewinderings 11D keine Verbindung gebildet, und daher können nicht nur die Kugeln glatt umlaufen, sondern auch der Kugelumlaufspindelmechanismus 23B kann eine längere Lebens dauer aufweisen ohne Gefahr, daß der Schmierfilm von der Oberfläche der einzelnen Kugeln 13 abgerieben wird. Zusätzlich gibt es keine Notwendigkeit, das Brückenglied innerhalb des Befestigungslochs im Drehgewindering mit Hilfe eines Bindemittels zu befestigen, wie es auf dem Kugelumlaufspindelmechanismus vom Brückentyp auf dem Stand der Technik erforderlich ist, und damit wird nicht nur die Verarbeitbarkeit erhöht, sondern das Problem im Zusammenhang mit dem Durchsickern des Bindematerials kann vorteilhaft ausgeschlossen werden und es fällt kein Arbeitsgang zum Abarbeiten der Ablagerungen des Bindematerials an, und damit erhöht sich die Produktivität.
Da der Drehgewindering 11D aus der gesinterten Legierung besteht, kann er durch die Anwendung des Spritzgießprozesses und der Sintertechnik hergestellt werden, und damit wird die Notwendigkeit zum Durchführen eines Bearbeitungsprozesses wie z. B. Drehen und Schleifen ausgeschlossen, was eine ausgezeichnete Massenproduktivität ergibt. Die hochpräzise Technik, mit der der Spritzgießvorgang und die Sintertechnik kombiniert ausgeführt werden können, wurde entwickelt und kann daher zum Herstellen des Drehgewinderings 11D mit hoher Präzision angewandt werden.

Claims

Eine elektrisch angetriebene Lenkeinrichtung, die umfaßt: Ein Gehäuse (25) ; eine Lenkwelle (21), die antreibend verbunden ist mit einem Lenkmechanismus (9) für Lenkräder und die sich vollständig durch das Gehäuse erstreckt; einen Bewegungsumsetzmechanismus (22) zum Übertragen einer Drehkraft, der eine von einem Lenkrad ausgeübte Drehkraft in eine Kraft umwandelt, die zum Bewegen der Lenkwelle (21) in einer Richtung axial zur Lenkwelle erforderlich ist; ein Kugelumlaufspindelmechanismus (23) einschließlich einer Kugelumlaufspindelwelle (10), der einen Teil der Lenkwelle und einen Drehgewindering (11) bildet; einen elektrischen Antriebsmotor (24), der den Drehgewindering antreibt, wobei der Kugelumlaufspindelmechanismus die Kugelumlaufspindelwelle mit einer um diese herum ausgeformten schraubenförmigen Außenrille (50) umfaßt; der Drehgewindering (11), der mit einer inneren schraubenförmigen Innenrille (51) ausgebildet ist, die der schraubenförmigen Außenrille (50) auf der Kugelumlaufspindelwelle (10) gegenüber liegt und mit dieser ausgerichtet ist; eine Vielzahl drehmomentübertragender Kugeln (13), die innerhalb einer Kugelrollführungsbahn zwischen der schraubenförmigen Außenrille auf der Kugelumlaufspindelwelle und der schraubenförmigen Innenrille im Drehgewindering, und zum Übertragen einer Kraft zwischen dem Drehgewindering und der Lenksäule in Reihen angeordnet sind; ein auf einer äußeren Peripherie des Drehgewinderings (11) montiertes Wälzlager (26a) zum drehbaren Haltern des Drehgewinderings relativ zum Gehäuse (25); dadurch gekennzeichnet, daß ein Kugelumlaufdurchgang (15), der mit der Kugelrollführungsbahn (12) an seinen entsprechenden zwei einander gegenüberliegenden Enden teilweise in einem Gewinderingkörper (11a) des Drehgewinderings (11) und teilweise in mindestens einer an einem Ende des Gewinderingkörpers (11a) befestigten Endkappe ausgebildet ist, daß die Kugelrollführungsbahn (12) an ihren entsprechenden, einander gegenüberliegenden Enden teilweise im Gewinderingkörper (11a) des Drehgewinderings (11) und teilweise in den an den entsprechenden, einander gegenüberliegenden Enden des Gewinderingkörpers positionierten Endkappen ausgebildet ist, daß ein radial nach außen vorstehender Positionierungsflansch (57) zum Positionieren des Wälzlagers (26a) integral an einem im allgemeinen mittigen Teil der äußeren peripheren Oberfläche des Gewinderingkörpers ausgebildet ist, daß Teile der äußeren peripheren Oberfläche des Gewinderingkörpers (11a) auf entsprechenden Seiten des ringförmigen Flansches (57) einerseits als ein zylindrischer Oberflächenberich (58), auf den ein Wälzlager (26a) preßgepaßt ist, und andererseits als ein Montagebereich (62) ausgebildet sind, auf den ein zylindrischer Rotor (24a) des elektrischen Antriebsmotors (24) montiert ist, und daß ein Teil der äußeren peripheren Oberfläche des Gewinderingkörpers (11a), begrenzt zwischen dem zylindrischen Oberflächenbereich (58) und dessen Endfläche, leicht in Richtung des Drehgewinderings axial nach außen in Richtung zur Endkappe (14a) konvergiert, so daß er eine sich verjüngende Fläche (59) definiert.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Endkappen integral mit dem Gewinderingkörper (11a) ausgebildet und ein integraler Teil des Drehgewinderings (11) ist.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Montagebereich (62) axial nach außen in Richtung zur Endkappe (14b) von einer zylindrischen Oberfläche zum gegenüberliegenden Ende leicht konvergiert, um so eine abgeschrägt zulaufende Oberfläche (60) zu definieren.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeschrägt zulaufenden Oberflächen (59, 60) an den entsprechenden Enden des Gewinderingkörpers (11a) in einem Winkel von 10° bis 15° abgeschrägt sind.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein gerändelter Oberflächenbereich (61) auf dem zylindrischen Bereich des Befestigungsbereichs (62), und ein Teil der abgeschrägten Oberfläche (60) zum Verriegeln des zylindrischen Rotors (24a) definiert ist.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gerändelte Oberflächenbereich (61) eine Vielzahl paralleler Rillen oder maskenartiger Rillen enthält.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Laufring (95) des Wälzlagers (26a) als ein integraler Teil auf der äußeren peripheren Oberfläche des Drehgewinderings (11a) ausgebildet ist.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kugelumlaufspindelmechanismus (23c) eine Kugelumlaufspindelwelle (10) mit äußeren Mehrfachschraubengewinderillen (50) und einen Drehgewindering (11c) mit inneren Mehrfachschraubengewinderillen (51) umfaßt.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gewinderingkörper des Drehgewinderings aus einer gesinterten Legierung hergestellt ist.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Endkappen aus einer gesinterten Legierung hergestellt ist.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die schraubenförmige Außenrille des Kugelumlaufspindelmechanismus eine Rillenfläche aufweist, die mit einer abschreckgehärteten Schicht einer im allgemeinen gleichförmigen Tiefe ausgebildet ist, die mittels eines Hochfrequenz-Härtungsprozesses geformt ist.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die abschreckgehärtete Schicht eine Rockwellhärte aufweist, die im Bereich 55 bis 62 HRC liegt.
Die elektrisch angetriebene Lenkvorrichtung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die abschreckgehärtete Schicht eine effektiv gehärtete Schichttiefe im Bereich von 0,20 bis 1,10 mm aufweist.