DE102005023274A1

DE102005023274A1 - Wälzkörpergewindetrieb

Info

Publication number: DE102005023274A1
Application number: DE200510023274
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Osterlänger; Dieter Dipl.-Ing. Adler (FH); Manfred Dr. Kraus; Ralf Mayer
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2006-11-23
Anticipated expiration: 2025-05-21
Also published as: DE102005023274B4

Abstract

Wälzkörpergewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (2) drehbar angeordneten Spindelmutter (2) und mit an Laufbahnen (5, 6) der Gewindespindel (2) und der Spindelmutter (1) abwälzenden Wälzkörpern (3a) und mit einem auf der Spindelmutter (1) drehfest angeordneten Antriebsteil (12a), wobei die Spindelmutter (1) und das Antriebsteil (12a) jeweils einen Radialflansch (14, 18) aufweisen, die beide mit ihren aneinander zugewandten Stirnseiten ausgebildeten Richtflächen (19, 20) aneinander anliegen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wälzkörpergewindetriebe, die mit einer auf einer Gewindespindel drehbar angeordneten Spindelmutter versehen sind.

Aus DE 103 01 505 A1 beispielsweise ist ein Lenksystem mit Riemenantrieb bekannt geworden, bei dem ein Riemenrad auf einer Spindelmutter eines Kugelgewindetriebes drehfest angeordnet ist. Das Riemenrad weist einen hohlzylindrischen Mantel auf, der an seinem Außenumfang von dem Riemen umschlungen ist. Die Spindelmutter und der Mantel des Riemenrades begrenzen mit ihren einander zugewandten Umfangsflächen einen Ringraum. An den Mantel des Riemenrades schließt einstückig ein Radialflansch an, der in einen einstückig angeformten Nabenabschnitt übergeht, der drehfest am Außenumfang der Spindelmutter aufgenommen ist. Dieser Nabenabschnitt erstreckt sich zur ausreichenden Befestigung des Riemenrades auf der Spindelmutter notweniger Weise über eine Länge, die etwa 40–50 % des Nabendurchmessers beträgt.

Gerade im Automobilbau werden kompaktbauende Einheiten erwartet. Bei elektromechanischen Lenkhilfen, wie sie in der DE 103 10 505 A1 offenbart sind, werden Kippmomente, die das Riemenrad gegenüber der Spindelachse kippen, aufgefangen über den fest auf der Spindelmutter angeordneten Nabenabschnitt des Riemenrades. Ungünstige Hebelverhältnisse erfordern eine entsprechend große axiale Erstreckung dieses Nabenabschnittes des Riemenrades. Ein axial vergrößerter Nabenabschnitt erfordert jedoch eine ebenfalls axial vergrößerte Spindelmutter, was sowohl axialen Bauraum als auch erhöhten Aufwand bei der Herstellung der Spindelmutter zur Folge hat. Eine unzureichende Abstützung des hier als Riemenrad ausgebildeten Antriebsteiles gegenüber der Spindelmutter hat einen unrunden Lauf des gesamten Riementriebes zur Folge, wodurch störende Geräusche und ggf. erhöhter Verschleiß und vorzeitiger Ausfall die Folge sein können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Wälzkörpergewindetrieb nach den Merkmalen des Obergriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem eine zuverlässige Abstützung des Antriebsteiles auf der Spindelmutter für den Wälzkörpergewindetrieb gegeben ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Spindelmutter und das Antriebsteil jeweils einen Radialflansch aufweisen, die beide mit ihren an einander zugewandten Stirnseiten ausgebildeten Richtflächen aneinander anliegen. Während bei dem eingangs genannten Stand der Technik die einwandfreie Ausrichtung des Riemenrades gegenüber der Spindelmutter über den Nabenabschnitt erfolgt, und zwar genauer gesagt über die aneinander anliegenden Umfangsflächen des Nabenabschnittes und der Spindelmutter, nutzt die Erfindung die ohnehin vorhandene radiale Erstreckung des Antriebsteiles, sodass eine verbesserte Kippsicherheit ohne Vergrößerung des Wälzkörpergewindetriebes in axialer Richtung gewährleistet ist. Die Radialflansche können problemlos jeweils an dem Antriebsteil und an der Spindelmutter einstückig ausgebildet sein. Die so ausgebildeten Spindelmutter und Antriebsteil können beispielsweise in einer Wärmebehandlung gehärtet sein, sodass eine hinreichend hohe Steifigkeit sowohl der Spindelmutter als auch des Antriebsteiles gewährleistet ist.

Die beiden Radialflansche sind an ihren aneinander anliegenden Stirnseiten mit den erfindungsgemäß vorgesehenen Richtflächen versehen. Die Richtfläche des Radialflansches der Spindelmutter kann einwandfrei rechtwinkelig zur Drehachse der Spindelmutter ausgebildet sein. Die Richtfläche des Radialflansches des Antriebsteiles kann einwandfrei rechtwinkelig zu der äußeren Mantelfläche des Antriebsteiles ausgebildet sein, wobei diese äußere Mantelfläche beispielsweise von einem Riemen umschlungen ist. Die so in Verbindung stehenden Richtflächen gewährleisten, dass das Antriebsteil gegenüber der Spindelmutter einwandfrei ausgerichtet ist und demzufolge ein runder Lauf des erfindungsgemäßen Wälzkörpergewindetriebes gewährleistet ist.

Die beiden Radialflansche können mittels bekannter Verbindungselemente miteinander verbunden sein und die Richtflächen gegeneinander andrücken. Als Verbindungselemente kommen beispielsweise Nieten oder Schrauben in Frage. Die aufgebrachten Kräfte zum Halten der einwandfreien Verbindung zwischen dem Antriebsteil und Spindelmutter werden erfindungsgemäß lediglich in den Radialflanschen aufgebracht. Bei bekannten Wälzkörpergewindetrieben kann es üblich sein, dass das Riemenrad mit seinem Nabenabschnitt auf die Spindelmutter aufgepreßt wird. Das Aufpressen kann ein ungewollte Einschnürung der Spindelmutter zur Folge haben, wodurch der ungestörte Kugelumlauf im Kugelgewindetrieb gestört sein kann. Derartige Störungen vermeidet die Erfindung dadurch, dass die Haltekräfte nur zwischen den beiden Radialflanschen wirken.

Während über die Richtflächen eine einwandfreie Kippsicherheit und somit ein runder Lauf gewährleist ist, kann eine einwandfreie Zentrierung des Antriebsteiles gegenüber der Spindelmutter dadurch gewährleistet sein, dass der Radialflansch der Spindelmutter an seinem Außenumfang mit einer Zentrierfläche versehen, wobei das Antriebsteil an seinem Innenumfang ebenfalls mit einer Zentrierfläche versehen ist, wobei die beiden Zentrierflächen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Wenn das Antriebsteil auf die Spindelmutter aufgesetzt wird, erfolgt eine einwandfreie Zentrierung des Antriebsrades gegenüber der Spindelmutter über die erfindungsgemäß vorgesehenen Zentrierflächen. Ohne weitere Maßnahmen ist somit eine einwandfreie Zentrierung gewährleistet. Diese Zentrierung kann ohne Aufbringen von Zusatzkräften erfolgen.

Vorzugsweise ist das Antriebsteil in bekannter Weise als Riemenrad ausgebildet, das einstückig mit dem Radialflansch ausgebildet ist. Dieses Riemenrad kann in bekannter Weise einen hohlzylindrischen Mantel aufweisen, dessen Außenumfang von einem Riemen umschlungen ist, wobei an diesen hohlzylindrischen Mantel der Radialflansch anschließt und wobei der Mantel und die Spindelmutter mit ihren einander zugewandten Umfangsflächen einen Ringraum begrenzen.

Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung sind die beiden Radialflansche jeweils an einem axialen Ende der Spindelmutter und des Antriebsteiles angeordnet. Der auf diese Weise entstandene Ringraum kann bei Wälzkörpergewindetrieben mit so genannter Außenumlenkung als Aufnahme für das Umlenkstück dienen.

Die beiden Radialflansche können mit Löchern zur Durchführung von Nieten versehen sein, um die beiden Radialflansche fest miteinander zu verbinden. Alternativ zu Nieten können auch Schrauben vorgesehen sein, wobei der eine Radialflansch mit Löchern zur Durchführung der Schrauben und der andere Radialbord mit Gewindebohrungen versehen sein kann.

Wenn die Radialflansche in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet sind, kann es zweckmäßig sein, zur Vermeidung von Spannungsspitzen im Gewinde ein separates Gewindeteil in ein vorbereitetes Loch des Radialflansches einzusetzen, wobei das Gewindeteil dann die Gewindebohrung für die Schrauben aufweist.

Solche Gewindeteile können Hülsen sein, die an ihrem Innenumfang die Gewindebohrung aufweisen, und die in den Löchern des Radialflansches verdrehsicher gehalten sind.

Eine einfache Maßnahme zur Gewährleistung der Verdrehsicherheit dieser Gewindeteile kann darin bestehen, mehrere über den Umfang des Radial flansches verteilt angeordnete Gewindeteile durch einen Ring einstückig miteinander zu verbinden. Der so gebildete Gewindeteilträger braucht lediglich an den Radialflansch angesetzt zu werden, wodurch eine Vielzahl von einzelnen Teilen und ein Vielzahl von einzelnen Komplettierungsschritten vermieden ist.

Die eingangs erwähnten Richtflächen können als bearbeitete Planflächen ausgebildet sein. Wenn beispielsweise die beiden Radialflansche in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet sind, mag es zweckmäßig sein, die beiden Radialflansche an ihren beiden einander zugewandten Stirnflächen spangebend zu bearbeiten, um eine einwandfreie Ausrichtung der Richtflächen zu gewährleisten.

Das als Riemenrad ausgebildete Antriebsteil kann eine erhöhte Steifigkeit erhalten, wenn dieses an seinem einen axialen Ende mit seinem nach innen gerichteten Radialflansch und an seinem anderen axialen Ende mit einem nach außen gerichteten Radialbord versehen ist. Eine derartige erfindungsgemäße Weiterbildung kann zweckmäßig sein, wenn das Riemenrad beispielsweise aus Blech in einem spanlosen Umformverfahren, oder aber auch als Sinterteil hergestellt ist. Der Radialbord dient zugleich als Steinführung für den Riemen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt zwei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Wälzkörpergewindetrieb und
2 ein Einzelteil des erfindungsgemäßen Wälzkörpergewindetriebes aus 1.
1 zeigt im Längsschnitt einen Wälzkörpergewindetrieb, der vorliegend als Kugelgewindetrieb ausgeführt ist. Eine Spindelmutter 1 ist auf einer Gewindespindel 2 drehbar angeordnet. Als Kugeln 3 ausgebildete Wälzkörper 3a wälzen an durch Kugelrillen 5a, 6a gebildete Laufbahnen 5, 6 in einem endlosen Wälzkörperkanal 7 ab. Die Kugeln 3 – von denen hier der Anschauung halber lediglich eine abgebildet ist – laufen in dem endlosen Kugelkanal 7 endlos um, wobei dieser endlose Kugelkanal 7 einen Lastabschnitt 8 aufweist, der von den Kugelrillen 5a, 6a der Spindelmutter 1 und der Gewindespindel 2 gebildet ist. Der Kugelkanal 7 umfaßt ferner einen Rücklaufabschnitt 9, in dem die Kugeln 3 von einem Anfang zu einem Ende des entlang von den schraubenförmigen Laufbahnen 5, 6 gebildeten Lastabschnittes 8 umgelenkt werden. Der Rücklaufabschnitt 9 ist an einem aus Kunststoff hergestellten Umlenkelement 10 ausgebildet.
Die Spindelmutter 1 ist über ein Rillenkugellager 11 an einem hier nicht weiter abgebildeten gestellfesten Teil drehbar gelagert.
Auf der Spindelmutter 1 ist ein als Riemenrad 12 ausgebildetes Antriebsteil 12a drehfest angeordnet. Das Riemenrad 12 weist einen hohlzylindrischen Mantel 13 auf, an dessen einem axialen Ende ein Radialflansch 14 einstückig angeformt ist. Der Radialflansch 14 ist radial einwärts gerichtet. An seinem anderen axialen Ende weist der Mantel 13 einen radial auswärts gerichteten Radialbord 15 auf, der dem Riemenrad 12 eine erhöhte Steifigkeit verleiht und zudem als Steinführung für den Riemen dient. Der Außenumfang des Riemenrades 12 ist mit einer Lauffläche 16 eines hier nicht abgebildeten Riemens versehen, wobei der Riemen das Riemenrad 12 antreibt. Zwischen dem Mantel 13 des Riemenrades 12 und der Spindelmutter 1 ist ein Ringraum 17 ausgebildet, in dem das Umlenkelement 10 angeordnet und gehalten ist.
Die Spindelmutter 1 ist an ihrem dem Radialflansch 14 des Riemenrades 12 zugewandten Ende mit einem nach radial außen gerichteten Radialflansch 18 versehen. Der Radialflansch 18 ist einstückig mit der Spindelmutter 1 gebildet. Die beiden Radialflansche 14, 18 der Spindelmutter 1 und des Rie menrades 12 überlappen in radialer Richtung einander. An ihren einander zugewandten Stirnseiten sind die beiden Radialflansche 14, 18 jeweils mit einer Richtfläche 19, 20 versehen, wobei die Richtfläche 19 an der einen Stirnseite des Radialbordes 14 des Riemenrades 12 ausgebildet ist, und wobei die Richtfläche 19 an der einen Stirnseite des Radialflansches 18 der Spindelmutter 1 ausgebildet ist. Die beiden Radialflansche 14, 18 liegen mit ihren Richtflächen 19, 20 aneinander an. Die Richtfläche 19 der Spindelmutter 1 ist einwandfrei rechtwinkelig zur Rotationsachse der Spindelmutter 1 ausgebildet. Die Richtfläche 20 ist einwandfrei rechtwinkelig zu der Lauffläche 16 des Riemenrades 12 angeordnet.
Das Riemenrad 12 ist über Verbindungselemente 21 lösbar oder unlösbar mit der Spindelmutter 1 fest verbunden. Vorliegend sind die Verbindungselemente durch Senkschrauben 22 gebildet. Der Radialflansch 14 ist mit mehreren über den Umfang verteilt angeordneten Senkbohrungen 23 und der Radialflansch 18 mit entsprechenden, über den Umfang verteilt angeordneten Gewindebohrungen 24 für die Senkschrauben 22 versehen. Durch Festziehen der Senkschrauben 22 ist eine feste Verbindung zwischen dem Riemenrad 12 und der Spindelmutter 1 gewährleistet, wobei die gegeneinander angedrückten Richtflächen 19, 20 einwandfrei gewährleisten, dass das Riemenrad 12 rund zur Drehachse 12 der Spindelmutter 1 läuft.
Die mehreren Gewindebohrungen 24 sind jeweils an einem Gewindeteil 25 ausgebildet, wobei diese mehreren Gewindeteil 25 jeweils in eine Bohrung 26 im Radialflansch 18 eingesetzt sind. Derartige Gewindeteile 25 sind vorteilhaft. Denn die Spindelmutter 1 ist in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet. Wenn die Gewindebohrungen unmittelbar an dem Radialflansch der Spindelmutter ausgebildet wären, könnten unerwünschte Spannungsspitzen in der Gewindebohrung die Folge sein.
2 zeigt deutlich, dass die mehreren Gewindeteile 25 mittels eines Ringes 27 einstückig miteinander verbunden sind und einen Gewindeteilträger 28 bilden.
Der Radialflansch 18 der Spindelmutter 1 ist an seinem Außenumfang mit einer Zentrierfläche 29 versehen. Gegenüberliegend ist das Riemenrad 12 an seinem der Zentrierfläche 29 gegenüberliegenden Seite ebenfalls mit einer Zentrierfläche 30 versehen. Die beiden Zentrierflächen 29, 30 des Riemenrades 12 und der Spindelmutter 1 sind aufeinander abgestimmt, sodass nach Aufsetzten des Riemenrades 12 auf die Spindelmutter 1 eine einwandfreie Zentrierung gewährleistet ist.
Wenn die Spindelmutter 1 und das Riemenrad 12 in einem Wärmebehandlungsverfahren gehärtet sind, kann es zweckmäßig sein, wenn die Richtflächen 19, 20 im Anschluß an diese Wärmebehandlung bearbeitet, beispielsweise geschliffen werden, um einwandfrei ausgerichtet zu sein.

1: Spindelmutter
2: Gewindespindel
3: Kugeln
3a: Wälzkörper
4
5: Laufbahn
5a: Kugelrille
6: Laufbahn
6a: Kugelrille
7: Kugelkanal
8: Lastabschnitt
9: Rücklaufabschnitt
10: Umlenkelement
11: Rillenkugellager
12: Riemenrad
12a: Antriebsteil
13: Mantel
14: Radialflansch
15: Radialbord
16: Lauffläche
17: Ringraum
18: Radialflansch
19: Richtfläche
20: Richtfläche
21: Verbindungselement
22: Senkschraube
23: Senkbohrung
24: Gewindebohrung
25: Gewindeteil
26: Bohrung
27: Ring
28: Gewindeteilträger
29: Zentrierfläche
30: Zentrierfläche

Claims

Wälzkörpergewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (2) drehbar angeordneten Spindelmutter (2), und mit an Laufbahnen (5, 6) der Gewindespindel (2) und der Spindelmutter (1) abwälzenden Wälzkörpern (3a), und mit einem auf der Spindelmutter (1) drehfest angeordneten Antriebsteil (12a), dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (1) und das Antriebsteil (12a) jeweils einen Radialflansch (14, 18) aufweisen, die beide mit ihren an einander zugewandten Stirnseiten ausgebildeten Richtflächen (19, 20) an einander anliegen.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die beiden Radialflansche (14, 18) mittels Verbindungselementen (21) miteinander verbunden sind, die die Richtflächen (19, 20) gegeneinander andrücken.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem der Radialflansch (18) der Spindelmutter (1) an seinem Außenumfang und das Antriebsteil (12a) an seinem Innenumfang jeweils mit einer Zentrierfläche (29, 30) versehen sind, die einander gegenüberliegend angeordnet sind.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das Antriebsteil (12a) als Riemenrad (12) ausgebildet ist, das einstückig mit seinem Radialflansch (14) ausgebildet ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das Antriebsteil (12a) als Riemenrad ausgebildet ist, an dessen hohlzylindrischen Mantel (13) der Radialflansch (14) anschließt, wobei der Mantel (13) und die Spindelmutter (1) mit ihren einander zugewandten Umfangsflächen einen Ringraum (17) begrenzen.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die Spindelmutter (1) einstückig mit ihrem Radialflansch (18) ausgebildet ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die Spindelmutter (1) an ihrem einen axialen Ende mit ihrem Radialflansch (18) versehen ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das Antriebsteil (12a) an seinem einen axialen Ende mit seinem Radialflansch (14) versehen ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 2, bei dem die Verbindungselemente (21) durch Nieten gebildet sind, wobei die beiden Radialflansche (14, 18) mit Löchern zur Durchführung der Nieten versehen sind.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 2, bei dem die Verbindungselemente (21) durch Schrauben gebildet sind, wobei der eine Radialflansch (14) mit Löchern zur Durchführung der Schrauben und der andere Radialflansch (18) mit Gewindebohrungen (24) versehen sind.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 10, bei dem die Gewindebohrung (24) an einem Gewindeteil (25) vorgesehen ist.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 11, bei dem ein Gewindeteilträger (28) einen Ring (27) aufweist, der die Gewindeteile (25) einstückig miteinander verbindet.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die beiden Richtflächen (19, 20) durch bearbeitete Planflächen gebildet sind.
Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das als Riemenrad (12) ausgebildete Antriebsteil (12a) an seinem einen axialen Ende mit seinem nach innen gerichteten Radialflansch (14) und an seinem anderen axialen Ende mit einem nach außen gerichteten Radialbord (15) versehen ist.