CN115867737A - 滚珠丝杠驱动器及用于操作滚珠丝杠驱动器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种滚珠丝杠驱动器(1)，特别是用于驻车制动器的滚珠丝杠驱动器，该滚珠丝杠驱动器包括螺纹主轴(2)、主轴螺母(3)以及滚动体(5)、即滚珠，该滚珠布置在螺纹主轴(2)与主轴螺母(3)之间的螺纹匝(4)中，其中，此外，在螺母侧止挡件(6，7)之间的螺纹匝(4)中布置有弹簧元件(8，9)。存在螺纹主轴(2)和主轴螺母(3)的至少一种设定，在所述至少一种设定中，滚珠(5)和弹簧元件(8，9)布置在带有齿隙的螺纹匝(4)中。

Description

滚珠丝杠驱动器及用于操作滚珠丝杠驱动器的方法
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的适于在机电致动器中使用的滚珠丝杠驱动器。此外，本发明涉及用于操作滚珠丝杠驱动器的方法。
背景技术
例如，从EP 2 207 982 B1中已知一种旨在用于在机动车辆的可机电致动的驻车制动器中进行操作的通用的滚珠丝杠驱动器。已知的滚珠丝杠驱动器具有作为滚动体的滚珠，该滚珠布置在滚珠丝杠驱动器的螺纹匝中，使得滚珠可以在一定程度上移动。在此，在止挡件与滚动体之间布置有呈螺旋弹簧形式的弹簧元件。此外，设置有至少一个中间弹簧元件，所述至少一个中间弹簧元件布置在滚动体之间并且设计为螺旋压缩弹簧或弹性体弹簧。如果存在若干个中间弹簧元件，则它们均匀地分布在滚动体之间以减小滚动体之间的摩擦力。
在DE 10 2014 223 021 A1中描述了另一种具有根据权利要求1的前序部分的特征的滚珠丝杠驱动器。与根据引用的专利说明书EP 2 207 982 B1的滚珠丝杠驱动器相比，在这种情况下，所述另一滚珠丝杠驱动器还涉及浮动卡钳型盘式制动器，设置有刚性分隔体而不是中间弹簧元件。借助于分隔体来使滚珠丝杠驱动器的滚珠之间的摩擦力减小。DE10 2014 223 021A1提及了作为可以生产分隔体的材料的非弹性塑料。分隔体可以是直径小于用作滚动体的滚珠的直径的分隔滚珠。
在DE 10 2017 127 404 B4中也描述了一种具有弹簧元件的滚珠丝杠驱动器，该弹簧元件插入到螺纹匝中并对丝杠驱动器的滚珠施加力。在这种情况下，用于弹簧元件的止挡件由连接至滚珠丝杠驱动器的螺纹螺母的模制部分形成。
发明内容
本发明基于下述目的：与提及的现有技术相比，除了其他方面以外，将适用于机动车辆的驻车制动器的滚珠丝杠驱动器进一步开发成使得在生产成本、所需安装空间与在滚珠丝杠驱动器的操作期间产生的摩擦之间存在特别有利的比率。
根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征的滚珠丝杠驱动器来实现。该目的还通过根据权利要求10的用于操作滚珠丝杠驱动器的方法来实现。下面关于操作方法说明的本发明的实施方式和优势也适用于装置、即滚珠丝杠驱动器，并且关于装置、即滚珠丝杠驱动器说明的本发明的实施方式和优势也适用于操作方法。
在本身已知的基本结构中，滚珠丝杠驱动器包括螺纹主轴、主轴螺母以及滚动体、即滚珠，该滚珠布置在螺纹主轴与主轴螺母之间的螺纹匝中，其中，此外，在螺母侧上的止挡件之间的螺纹匝中布置有弹簧元件。具有用于两个弹簧元件的止挡件或者牢固地连接至这种止挡件的螺纹主轴或主轴螺母可以被设置为滚珠丝杠驱动器的旋转驱动元件，而丝杠驱动器的另一部件、即主轴螺母或螺纹主轴用作滚珠丝杠驱动器的被紧固以防止扭转的可移动输出元件。
原则上，也可以通过所提及的部件中的一者的线性位移来驱动滚珠丝杠驱动器，其中，在这种情况下、即在形成线性旋转传动的情况下，丝杠驱动器的输出元件是旋转元件。无论滚珠丝杠的哪个部件是驱动部件，滚珠丝杠的螺纹原则上都可以设计为单头螺纹或多头螺纹。
根据权利要求1，存在滚珠丝杠的至少一种设定，即主轴螺母相对于螺纹主轴的定位，在所述至少一种设定中，滚动体和弹簧元件布置在带有齿隙的螺纹匝中。在滚珠丝杠的不同元件之间，特别是在各个滚动体之间以及/或者在弹簧元件与滚动体之间可以产生齿隙。同时，形成在两个止挡件之间的滚珠-弹簧股内的一个、两个或更多个点处可以存在齿隙，滚珠-弹簧股也被称为滚珠-弹簧包，或者为简化起见，也被称为球链。
滚珠丝杠驱动器可以以下述方式操作：从其中两个弹簧元件中的正好一者被张紧、即被压缩的第一位置开始，首先使滚珠丝杠驱动器进入到中心位置，在该中心位置中，两个弹簧均是松弛的，并且相应地，滚珠布置在带有齿隙的螺纹匝中。术语“中心位置”并不一定是指该位置正好在两个止挡位置之间的中心。相反，中心位置也可以偏心地定位在两个止挡位置之间。在任何情况下，滚珠丝杠驱动器都可以从中心位置进入到第二设定，与第一设定相比，在该第二设定中，第二弹簧元件被张紧，并且第一弹簧元件是松弛的。
由于滚珠在螺纹匝中的易产生齿隙的布置，滚珠可能在滚珠丝杠的调节范围的中心部段发生滑移，这是可以接受的。另一方面，朝向调整范围的端部，随着力的增加，滚珠以几乎没有滑移的方式滚动。不存在通过环形闭合的滚珠通道使滚珠返回。因此，滚珠丝杠驱动器设计成用于调节路径较短的应用、比如通常用于机电驻车制动器。在这种应用中，根据操作状态而被弹簧加载的滚珠在夹紧和松开制动器时均在螺纹匝中滚动，由此可以同时存在液压预加载。
滚珠丝杠驱动器的滚动体可以组合成若干组，其中，在各个组之间各自布置有一个间隔元件。比滚珠丝杠驱动器的滚动体、即轴承滚珠小的滚珠、即分隔滚珠特别适于作为间隔元件。例如，每个分隔滚珠、即间隔滚珠的直径为丝杠驱动器的每个轴承滚珠的直径的至少80％且至多95％。
就材料的选择而言，间隔元件可以由与滚动体相同的材料制成，或者可以由不同的材料制成，例如由具有不同成分以及/或者已经以不同方式热处理的金属材料制成，或者甚至由塑料材料制成。在典型应用中，滚珠丝杠驱动器的滚动体是金属滚动体。原则上，也可以考虑使用陶瓷滚动体。
例如，无论制造滚动体和间隔元件的材料如何，各自由至少两个且至多四个滚动体形成的滚动体的组各自由空间元件、特别是间隔滚珠彼此隔开。
例如，与第一弹簧元件相邻的滚动体的组包括正好三个滚动体，而与第二弹簧元件相邻的滚动体的组包括正好两个滚动体，其中，在这些最外侧的滚动体的组之间布置有至少一个间隔元件，通常布置有多个间隔元件，特别是多个分隔滚珠。第一弹簧元件也被称为调节弹簧，而第二弹簧元件也被称为预压缩弹簧。两个弹簧元件通常设计为螺旋压缩弹簧。根据可能的实施方式，第一弹簧元件——在螺纹匝的延伸方向上测量时——比第二弹簧元件长。
总共至少十二组且至多30组滚动体布置在预压缩弹簧与重新调节弹簧之间，其中，这些滚动体的组中的每组滚动体包括不超过四个轴承滚珠。
在螺纹匝的延伸方向上测量的且不一定只在一个点处形成的自由空间——相当于滚珠-弹簧组件中存在的齿隙——的总长度在弹簧元件处于松弛时例如为螺纹匝在螺母侧上的两个止挡件之间测量的总长度的至少0.2％且至多5％。
特别地，本发明的优势在于下述事实：与在滚珠-弹簧股中具有预加载的常规丝杠驱动器相比，在由于滚珠-弹簧包中存在齿隙而没有滚珠返回的滚珠丝杠驱动器中，可以在没有额外的设备成本的情况下实现特别高的效率，其中，这不会产生实际相关的缺点、比如不会产生磨损行为或声学行为方面的缺点。
附图说明
在下文中，借助于附图对本发明的示例性实施方式进行更详细的说明。在附图中：
图1以截面表示示出了滚珠丝杠驱动器，
图2以抽象表示示出了根据图1的滚珠丝杠的部件。
具体实施方式
总体上由附图标记1指示的滚珠丝杠驱动器旨在用作机动车辆的驻车制动器中的旋转线性传动装置，并且包括螺纹主轴2和螺纹螺母3。滚珠丝杠驱动器1的螺纹匝由附图标记4指示。在螺纹主轴2与螺纹螺母3之间，滚珠作为滚动体5在螺纹匝4中滚动。关于滚珠丝杠驱动器1的主要功能，参考开头引用的现有技术。机动车辆的驻车制动器以本身已知的方式与液压盘式制动器相结合。
在也被称为主轴螺母的螺纹螺母3中存在第一螺母侧止挡件6和第二螺母侧止挡件7。不提供滚动体返回，例如不提供呈外部偏转形式的滚动体返回。因此，将滚珠丝杠1用于行进距离长的应用是不可能的。
在螺纹匝4中存在可以撞击第一止挡件6的第一弹簧元件8和可以支承在第二止挡件7上的第二弹簧元件9。两个弹簧元件8、9均设计为螺旋弹簧。
除了滚动体5、即轴承滚珠之外，在螺纹匝4中还存在若干个间隔元件10。间隔元件10是直径比滚动体5小的滚珠。关于各个滚珠5、10在螺纹匝4中的布置，参照根据图2的符号化表示。紧接在明显比预压缩弹簧9长的第一弹簧元件8、即调节弹簧之后，所示的布置中存在滚珠布置结构11，该滚珠布置结构由滚动体5的组和间隔元件10以限定的方式构成：三个滚动体5的组和单个间隔元件10交替地插入到螺纹匝4中。总体上，仅部分示出的滚珠布置结构11由19组每三个滚动体5——也就是说总共57个滚动体5——和另外的19个间隔滚珠10构成。该滚珠布置结构11之后是结束滚珠布置结构12，该结束滚珠布置结构仅由两个滚动体5形成。在示例性实施方式中，滚珠布置结构11和结束滚珠布置结构12两者的滚动体5的直径均为2.778mm，并且间隔元件10的直径为2.5mm。滚动体5与间隔滚珠10之间的尺寸差异在两幅图中均被放大。与仅具有相同尺寸滚珠的丝杠驱动器相比，间隔滚珠10的目的是减少滚珠丝杠驱动器1内的摩擦。
如从两幅图中可以看出的，在螺纹匝4中形成自由空间FR作为减少摩擦并且因此提高效率的进一步措施。这相当于下述事实：即使在两个弹簧元件8、9均完全松弛的状态下，滚动体5和间隔元件10也布置在带有齿隙的螺纹匝4中，其中，该齿隙与螺纹匝4延伸的方向有关。自由空间FR在指定方向上测量的总长度为螺纹匝4的总长度的至少0.2％且至多5％，该自由空间可以划分成多个部段、即呈单个自由部段的形式。一旦两个弹簧元件8、9中的一者被张紧，而另一个弹簧元件9、8保持完全伸展，则自由空间FR增大。
在根据图2的布置结构中，示出的结束滚珠布置结构12与预压缩弹簧9之间的自由空间FR未按比例绘制。如果从这种布置结构开始，将螺纹螺母3相对于螺纹主轴2向左调节，则这意味着图2中所指示的自由空间FR变小，而两个弹簧元件8、9均为松弛的，并且在第一弹簧元件8之间以及/或者在滚珠布置结构11内——如图1中所指示的——产生另外的自由空间FR。因此，在这种状态下，滚动体8不处于弹簧预加载下。在无负载或低负载状态下，这可能导致滚动体5滑移。另一方面，如果滚动体5抵靠弹簧元件8、9中的一者移位，滚珠丝杠驱动器1内的力增大，其中，第一弹簧元件8接触滚珠布置结构11或者第二弹簧元件9压靠结束滚珠布置结构12，则产生的包括弹簧力的力确保滚动体5进行在运动学上几乎理想的滚动。因此，在高负载的情况下，滚珠丝杠驱动器1的行为几乎不会偏离带有永久弹簧预加载的滚动体的常规滚珠丝杠驱动器的行为，然而，特别是在中心调节范围内，滚珠丝杠1可以进行低摩擦调节，并且因此总体上实现了特别高的效率。
附图标记说明
1 滚珠丝杠驱动器
2 螺纹主轴
3 螺纹螺母
4 螺纹主轴的螺纹匝
5滚动体，滚珠
6 第一螺母侧止挡件
7 第一螺母侧止挡件
8 第一弹簧元件
9 第二弹簧元件
10间隔元件，滚珠
11滚珠布置结构
12 结束滚珠布置结构
FR自由空间。

Claims (10)

1.一种滚珠丝杠驱动器(1)，包括螺纹主轴(2)、主轴螺母(3)以及滚动体(5)、即滚珠，所述滚珠布置在所述螺纹主轴(2)与所述主轴螺母(3)之间的螺纹匝(4)中，其中，此外，在螺母侧止挡件(6，7)之间的所述螺纹匝(4)中布置有弹簧元件(8，9)，其特征在于，存在所述螺纹主轴(2)和所述主轴螺母(3)的至少一种设定，在所述至少一种设定中，所述滚珠(5)和所述弹簧元件(8，9)布置在带有齿隙的螺纹匝(4)中。
2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠驱动器(1)，其特征在于，多组所述滚动体(5)之间布置有间隔元件(10)。
3.根据权利要求2所述的滚珠丝杠驱动器(1)，其特征在于，比所述滚动体(5)小的滚珠被设置为所述间隔元件(10)。
4.根据权利要求3所述的滚珠丝杠驱动器(1)，其特征在于，每个所述间隔滚珠(10)的直径是被设置为所述滚动体(5)的每个滚珠的直径的至少80％且至多95％。
5.根据权利要求2至4中的任一项所述的滚珠丝杠驱动器(1)，其特征在于，至少两个且至多四个所述滚动体(5)的组由所述间隔元件(10)各自彼此隔开。
6.根据权利要求5所述的滚珠丝杠驱动器(1)，其特征在于，与第一弹簧元件(8)相邻的所述滚动体(5)的组包括正好三个滚动体(5)，并且与第二弹簧元件(9)相邻的所述滚动体(5)的组包括正好两个滚动体(5)，其中，至少一个所述间隔元件(10)布置在这些最外侧的滚动体的组之间。
7.根据权利要求6所述的滚珠丝杠驱动器(1)，其特征在于，所述第一弹簧元件(8)——在所述螺纹匝(4)的延伸方向上测量时——比所述第二弹簧元件(9)长。
8.根据权利要求2至7中的任一项所述的滚珠丝杠驱动器(1)，其特征在于，总共至少十二组且至多30组滚动体(5)布置在两个弹簧元件(8，9)之间。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的滚珠丝杠驱动器(1)，其特征在于，当所述弹簧元件(8，9)松弛时，自由空间(FR)在所述螺纹匝(4)的延伸方向上测量的总长度为所述螺纹匝(4)在两个所述螺母侧止挡件(6，7)之间测量的总长度的至少0.2％且至多5％。
10.一种用于操作滚珠丝杠驱动器(1)的方法，所述滚珠丝杠驱动器包括：滚珠(5)，所述滚珠布置为螺纹匝(4)中的滚动体，所述螺纹匝形成于螺纹主轴(2)与主轴螺母(3)之间；以及弹簧元件(8，9)，所述弹簧元件布置在所述螺纹匝(4)中，其特征在于，从所述滚珠丝杠驱动器(1)的其中所述弹簧元件(8，9)中的正好一个弹簧元件被张紧的第一设定开始，使所述滚珠丝杠驱动器(1)经由所述螺纹主轴(2)和所述主轴螺母(3)的其中两个所述弹簧元件(8，9)均松弛的中心位置进入到其中第二弹簧元件(9，8)被张紧的第二设定中。
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