DE102005021213A1

DE102005021213A1 - Wälzkörpergewindetrieb mit Umlenkelement

Info

Publication number: DE102005021213A1
Application number: DE102005021213A
Authority: DE
Inventors: Michael Scholz
Original assignee: Bosch Rexroth Mechatronics GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2005-05-07
Filing date: 2005-05-07
Publication date: 2006-11-09
Also published as: DE202005021641U1; US20060248974A1

Abstract

Bei einem Wälzkörpergewindetrieb (10) mit Umlenkelementen (36) verlaufen die Ecken (80) der Mutternut (24) im Umlenkelement (36), um einen absatz- und knickfreien Übergang des endlosen Umlaufkanals (34) für die Wälzkörper zwischen Umlenkelement (36) und Mutterhauptkörper (72) zu gewährleisten.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzkörpergewindetrieb mit einem Umlenkelement gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Derartige Wälzkörpergewindetriebe sind beispielsweise aus der FR 1.436.798 bekannt. Dort ist in den 1 bis 4 ein Wälzkörpergewindetrieb gezeigt der eine Spindel 4 mit einer nicht dargestellten Längsachse und eine Mutter 1 umfasst. An der Innenumfangsfläche Mutter 1 ist eine schraubenförmige Mutternut vorgesehen, die zusammen mit einer Spindelnut 3 an der Außenumfangsfläche der Spindel einen Gewindekanal definiert. Der Gewindekanal bildet zusammen mit einem Rückführkanal 6 einen endlosen Umlaufkanal, in dem eine Vielzahl von Wälzkörpern 2 aufgenommen ist. Weiter ist ein Umlenkelement 5 vorgesehen, in dem der endlose Umlaufkanal abschnittsweise verläuft.

Bei Wälzkörpergewindetrieben dieser Art weist die schraubenförmige Mutternut üblicherweise einen konstanten Schraubendurchmesser auf, d.h. das gleichbleibende Nutprofil, das beispielsweise als gotischer Spitzbogen ausgeführt sein kann, wird entlang einer Schraubenlinie mit konstantem Durchmesser in die Mutter eingearbeitet. Dies wird beispielsweise mittels Schleifen oder Gewindebohren erreicht.

Gemäß der Lehre von FR 1.436.798 soll der endlose Umlaufkanal über seine gesamte Länge knick- und absatzfrei verlaufen, damit die Wälzkörper möglichst geräuscharm und verschleißfrei ablaufen.

Besonderes Augenmerk wird hierbei gemäß Ausführungsform entsprechend den 7 bis 11 auf den Umlenkpunkt zwischen Gewindekanal und Rückführkanal gerichtet. Der Umlenkpunkt ist der Punkt des endlosen Umlaufkanals, an dem die Wälzkörper mit einer Abhebenase an dem Umlenkelement aus der Spindelnut ausgehoben und in den Rückführkanal überführt werden. Aufgrund des unvermeidbaren Spalts zwischen Spindel und Abhebenase ist der tatsächliche Umlenkpunkt nicht ganz exakt festgelegt. Er sei deshalb im Folgenden als der Schnitt- bzw. Berührpunkt zwischen der Mittellinie des Gewindekanals und der Mittellinie des Rückführkanals definiert.

Gemäß der 3 von FR 1 436 798 liegt dieser Umlenkpunkt genau in der Ebene der Stirnfläche 7b des Umlenkelementes 5. Deshalb kann der Rückführkanal in Anschluss an den Umlenkpunkt einfach kreiszylindrisch ausgeführt werden, um tangential und somit knick- und absatzfrei in den Gewindekanal überzugehen.

Eine derartige Ausgestaltung ist aber bei Wälzkörpergewindetrieben mit besonders großen Wälzkörpern nicht immer möglich, weil nicht genügend Platz für ein Umlenkelement mit einer ausreichend weiten Umlenkkurve vorhanden ist. Das Umlenkelement muss vielmehr etwas über den Umlenkpunkt hinaus vergrößert werden, damit ein Richtungsumkehrabschnitt des Rückführkanals vollständig innerhalb des Umlenkelements Platz findet. Bei einem derartigen Umlenkstück ergibt sich aber ein Absatz zwischen Rücklaufkanal und Mutternut, wenn man den tangentialen kreiszylindrischen Rückführkanalabschnitt über den Umlenkpunkt hinaus einfach verlängert.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung den zuvor beschriebenen Absatz zu vermeiden. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Enden der Mutternut in dem gesonderten Umlenkelement verlaufen. Dadurch kann der Gewindekanal mit gleichbleibender Querschnittsform bis zum Umlenkpunkt geführt werden. Von dieser Stelle aus kann der Kanal in der bekannten tangentialen Art und Weise weitergeführt werden, wodurch die Mutternut absatz- und knickfrei in den Richtungsumkehrabschnitt des Rückführkanals übergeht.

Es versteht sich von selbst, dass bei einem erfindungsgemäßen Wälzkörpergewindetrieb am Übergang zwischen Umlenkelement und Mutterhauptkörper keine Einlaufschräge vorgesehen ist, da sonst wieder eine Stufe entstehen würde. Bei Wälzkörpergewindetrieben wird aber aus Kostengründen ohnehin häufig auf Einlaufschrägen verzichtet.

Die Mutternut kann in einen geraden Abschnitt des Richtungsumkehrabschnitts des Rückführkanals übergehen, damit die Wälzkörper im Bereich der Abhebnase nicht auf eine gekrümmte Bahn gezwungen werden müssen. Dadurch können die Ablaufgeräusche des Wälzkörpergewindetriebs vermindert werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Richtungsumkehrabschnitt des Rückführkanals zwei Abschnitte mit entgegengesetzter Krümmungsrichtung aufweist. Durch diese Ausgestaltung kann bei einem Umlenkelement mit vorgegebener Größe ein größerer Umlenkradius realisiert werden, wodurch die Ablaufgeräusche des Wälzkörpergewindetriebs ebenfalls abnehmen. Zu diesem Zweck weist ein erster schwach gekrümmter Rückführkanalabschnitt eine Krümmungsrichtung auf, welche die Wälzkörper näher zur Stirnfläche der Mutter führt. Somit steht für den in Wälzkörperlaufrichtung folgenden, stark entgegengesetzt gekrümmten Rückführkanalabschnitt mehr Raum in axialer Richtung zur Verführung. Dieser zweite Abschnitt führt die Wälzkörper nunmehr auf eine Bahn parallel zur Längsachse der Spindel.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Wälzkörpergewindetriebs;
2 eine erste Teilschnittansicht des Wälzkörpergewindetriebs gemäß 1, wobei die Schnittebene die Mittellinie des Rückführkanals enthält; und
3 eine zweite Teilschnittansicht des Wälzkörpergewindetriebs gemäß 2, wobei die Schnittebene senkrecht zur Längsachse der Spindel verläuft und den Umlenkpunkt enthält.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Wälzkörpergewindetrieb ganz allgemein mit 10 gekennzeichnet. Er besteht aus einer Mutter 20, die eine Spindel 12 mit einer Längsachse 14 umgreift. An der Innenumfangsfläche 22 der Mutter ist eine schraubenförmige Mutternut 24 angebracht. Die Mutternut weist, im achsenthaltenden Querschnitt betrachtet, ein spitzbogenförmiges Profil auf, das entlang einer Schraubenlinie mit konstantem Durchmesser um die Längsachse 14 in die Mutter 20 eingearbeitet ist. Die Spindel 12 weist an ihrer Außenumfangsfläche 16 eine Spindelnut 18 mit ebenfalls spitzbogenförmigen Profil auf, die zusammen mit der Mutternut 24 einen Gewindekanal 26 definiert. Weiter ist gemäß 2 ein Rückführkanal 30 vorgesehen, der zusammen mit dem Gewindekanal 26 einen endlosen Umlaufkanal 34 bildet. In dem endlosen Umlaufkanal 34 ist eine Vielzahl von nicht dargestellten Wälzkörpern in Form von Kugeln abwälzbar aufgenommen, welche die Antriebskräfte zwischen Spindel und Mutter übertragen. Die Kugeln sind im Gewindekanal 26 mit Vorspannung eingesetzt, damit der Wälzköpergewindetrieb spielfrei arbeitet. Im Rückführkanal 30 laufen die Kugeln mit Spiel.
Der Rückführkanal 30 umfasst zwei Richtungsumkehrabschnitte 44 und eine gerade Rückführbohrung 46 in der Mutter, die sich parallel zur Längsachse 14 der Spindel erstreckt. Die beiden Richtungsumkehrabschnitte 44 sind vollständig in je einem gesonderten Umlenkelement 36 angeordnet, welches in Umlenkelementausnehmungen 38 des Mutterhauptkörpers 72 angeordnet ist. Die Umlenkelementausnehmungen 38 sind mit einem Schaftfräser hergestellt und besitzen die Form einer Passfedernut.
Der Gewindekanal 26 und der Rückführkanal 30 weisen je eine Mittellinie 28 bzw. 32 auf, die sich im Umlenkpunkt 40 absatz- und knickfrei berühren. Aufgrund der Form der Umlenkelementausnehmung 38, die sich besonders kostengünstig herstellen lässt, in Verbindung mit einem relativ großen Wälzkörperdurchmesser ist es notwenig, den Umlenkpunkt 40 innerhalb des Umlenkelements anzuordnen, damit der Richtungsumkehrabschnitt 44 des Rückführkanals vollständig in das Umlenkelement passt. Andernfalls müsste man den Außendurchmesser der Mutter 20 vergrößern, um genügend Platz für das Umlenkelement 36 zu schaffen. Der Umlenkpunkt 40 ist der theoretische Punkt, an dem die Wälzkörper aus der Spindelnut 18 herausgehoben werden und in den Rückführkanal überführt werden. Hierfür ist gemäß 3 am Umlenkelement eine Abhebenase 42 vorgesehen, die in die Spindelnut 18 eingreift. Zwischen Abhebenase 42 und Spindelnut 18 ist ein kleiner Spalt 60 vorgesehen, der dazu führt, dass der tatsächliche Umlenkpunkt vom theoretischen Umlenkpunkt 40 abweichen kann und zwar zur Abhebenase 42 hin. Der Spalt 60 ist notwendig, damit die feinbearbeitete Spindelnut 18 durch die Abhebenase 42 nicht beschädigt wird.
Der Teil des Rückführkanals 30, der in den Umlenkelementen 36 verläuft, besteht aus fünf Abschnitten, die alle absatz- und knickfrei ineinander übergehen. Ein erster Abschnitt 62 ist als schraubenförmige Fortsetzung der Mutternut 24 bis zum Umlenkpunkt 40 ausgebildet. Er stellt somit das Ende 80 der Mutternut 24 dar. Der Übergang der Mutternut 24 zwischen Mutterhauptkörper 72 und Umlenkelement 36 erfolgt bis auf unvermeidbare Montagefehler absatz- und knickfrei. An den ersten Abschnitt 62 schließt sich ein zweiter Abschnitt 64 an, der als Kreiszylinder ausgebildet ist. Der dritte Abschnitt 66 ist kreisringförmig mit einer geringen Ringkrümmung ausgeführt, um mehr Raum für die den vierten Abschnitt 68 mit stark entgegengesetzter Kreisringkrümmung zu schaffen. Im vierten Abschnitt findet die eigentliche Richtungsumkehrung der Bahn der Wälzkörper in Richtung der Rückführbohrung 46 statt. Der oben genannte Richtungsumkehrabschnitt 44 des Rückführkanals wird von dem zweiten 64, dem dritten 66 und dem vierten Abschnitt 68 des Rückführkanals 30 im Umlenkelement 36 gebildet.
Der fünfte Abschnitt 70 des Rückführkanals 30 im Umlenkelement 36 stellt die Verlängerung der Rückführbohrung 46 dar und ist kreiszylindrisch ausgebildet. Damit der fünfte Abschnitt exakt mit der Rückführbohrung fluchtet, ist an dieser eine Senkbohrung 58 vorgesehen, in die ein Zentrierfortsatz 56 des Umlenkelements eingreift, der konzentrisch mit dem fünften Abschnitt 70 ausgebildet ist. Des Weiteren ist am Mutterhauptkörper 72 und am Umlenkelement 36 je eine koaxiale Zentrierbohrung 74 vorgesehen, die gemeinsam von einer nicht dargestellten Passschraube durchsetzt werden, um den ersten Abschnitt 62 exakt fluchtend zur Mutternut 24 auszurichten.
Der gesamte Rückführkanal 30 innerhalb des Umlenkelements 36 aus Kunststoff wird mit Hilfe eines Kugelfräsers hergestellt. Hierfür weist das Umlenkelement 36 an der Anlagefläche 76 zum Mutterhauptkörper 72 einen schmalen Schlitz 78 für den Schaft des Kugelfräsers auf.

10: Wälzkörpergewindetrieb
12: Spindel
14: Längsachse der Spindel
16: Außenumfangsfläche der Spindel
18: Spindelnut
20: Mutter
22: Innenumfangsfläche der Mutter
24: Mutternut
26: Gewindekanal
28: Mittellinie des Gewindekanals
30: Rückführkanal
32: Mittellinie des Rückführkanals
34: endloser Umlaufkanal
36: Umlenkelement
38: Umlenkelementausnehmung
40: Umlenkpunkt
42: Abhebenase
44: Richtungsumkehrabschnitt
46: Rückführbohrung
48: Mutternutabschnitt im Umlenkelement
50: gerader Abschnitt des Richtungsumkehrabschnitts
52: schwach gekrümmter Abschnitt
54: stark gekrümmter Abschnitt
56: Zentrierfortsatz
58: Senkbohrung
60: Spalt
62: erster Abschnitt des Rückführkanals im Umlenkelement
64: zweiter Abschnitt des Rückführkanals im Umlenkelement
66: dritter Abschnitt des Rückführkanals im Umlenkelement
68: vierter Abschnitt des Rückführkanals im Umlenkelement
70: fünfter Abschnitt des Rückführkanals im Umlenkelement
72: Mutterhauptkörper
74: Zentrierbohrung
76: Anlagefläche
78: Schlitz
80: Ende der Mutternut

Claims

Wälzkörpergewindetrieb (10), umfassend eine Spindel (12) mit einer Längsachse (14) und einer Mutter (20) an deren Innenumfangsfläche (22) wenigstens eine schraubenförmige Mutternut (24) mit konstantem Schraubendurchmesser vorgesehen ist, die zusammen mit einer Spindelnut (18) an der Außenumfangsfläche (16) der Spindel (12) einen Gewindekanal (26) definiert, wobei der Gewindekanal (26) zusammen mit einem Rückführkanal (30) in der Mutter (20) einen endlosen Umlaufkanal (34) bildet, in dem eine Vielzahl von Wälzkörpern aufgenommen ist, und der abschnittsweise in wenigstens einem gesonderten Umlenkelement (36) verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (80) der Mutternut (24) in dem gesonderten Umlenkelement (36) verlaufen.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutternut (24) in dem Umlenkelement (36) absatz- und knickfrei in einen Richtungsumkehrabschnitt (44) des Rückführkanals (30) übergeht.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutternut (24) in einen geraden Abschnitt (62) des Richtungsumkehrabschnitts (44) des Rückführkanals (30) übergeht.
Wälzkörpergewindetrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Richtungsumkehrabschnitt (44) des Rückführkanals zwei Abschnitte (66; 68) mit entgegengesetzter Krümmungsrichtung aufweist.