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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, mit einer
auf einer Gewindespindel angeordneten Spindelmutter. Derartige Kugelgewindetriebe
werden eingesetzt um eine relative Drehbewegung zwischen der Gewindespindel
und der Spindelmutter in eine translatorische Relativbewegung umzuwandeln.
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Aus
DE 198 60 643 A1 beispielsweise
ist ein Wälzkörpergewindetrieb
und Verfahren zu dessen Montage bekannt geworden. Die Gewindespindel weist
eine Spindelachse auf, und eine auf der Gewindespindel laufende
Doppelmutter mit zwei Einzelmuttern und einem zwischen den beiden
Einzelmuttern angeordneten Zwischenelement. Die beiden Einzelmuttern
können
zur Einstellung eines gewünschten Spiels
bzw. einer gewünschten
Vorspannung bezüglich
der Gewindespindel kontinuierlich relativ zueinander um die Spindelachse
verdreht und in einer beliebigen dem gewünschten Spiel bzw. der gewünschten
Vorspannung entsprechenden Position festgelegt werden. Dieses Zwischenelement
ist mit einer der beiden Einzelmuttern verschweißt oder mit einem Umfangsabschnitt
in eine zugehörige
Ausnehmung der Einzelmutter eingedrückt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kugelgewindetrieb nach
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, der einfach
herstellbar ist. Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch den im Anspruch 1 angegebenen Kugelgewindetrieb gelöst.
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Anstelle
der aus dem Stand der Technik bekannten beiden Einzelmuttern, die über separate Verbindungselemente
durch Schweißen
oder Eindrücken
miteinander verbunden werden, sieht die vorliegende Erfindung eine
einzige Spindelmutter vor, die einen ersten Mutterabschnitt und
einen von dem ersten Mutterabschnitt axial beabstandet angeordneten zweiten
Mutterabschnitt aufweist. Der Verbindungsabschnitt ist vorzugsweise
dadurch gebildet, dass Material von der Spindelmutter abgetragen
wird, bis nur noch soviel Material übrig bleibt, der den Verbindungsabschnitt
ausgebildet. Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb
ist demzufolge einfach herstellbar. Außerdem entfällt ein separates Verbindungselement,
dass in einem zusätzlichen
Arbeitsgang beispielsweise mit einem der beiden Einzelmuttern verschweißt werden
müsste.
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Die
Kugelkanäle
weisen in bekannter Weise jeweils einen Lastabschnitt mit Last übertragenden Kugeln
auf, wobei in dem ersten Mutterabschnitt eine Mehrzahl von Last übertragenden
Kugeln und in dem zweiten Mutterabschnitt eine Minderzahl von Last übertragenden
Kugeln untergebracht sind. Die Lastkanäle in dem ersten und in dem
zweiten Mutterabschnitt sind so zueinander angeordnet, dass sie
Kugeln im Lastkanal unter leichter Vorspannung zwischen der Spindelmutter
und der Gewindespindel stehen. Diese Vorspannung wird als Federkraft über den
vorzugsweise federelastisch ausgebildeten Verbindungsabschnitt zwischen
den beiden Mutterabschnitten übertragen.
Auf diese Weise ist sichergestellt, dass Klappergeräusche bei
lastfreiem Kugelgewindetrieb vermieden sind.
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Es
wurde bereits erwähnt,
dass in dem ersten Mutterabschnitt eine Mehrzahl und in dem zweiten
Mutterabschnitt eine Minderzahl von Last übertragenden Kugeln vorzugsweise
untergebracht sind. In diesem Fall kann der erste Mutterabschnitt
beispielsweise mit einem Antriebsritzel verbunden sein, um die Spindelmutter
rotativ anzutreiben. Wenn die Gewindespindel unter der Drehung der
Spindelmutter entlang ihrer Spindelachse gegenüber der Spindelmutter verschiebt,
werden axial wirksame Kraftkomponenten zwischen der Spindelmutter
und der Gewindespindel übertragen.
Oberhalb eines definierten Betrages dieser axialen Kraftkomponente
gibt der federelastisch ausgebildete Verbindungsabschnitt soweit
nach, dass keine weitere Belastung der Kugeln im zweiten Mutterabschnitt
auftreten kann. Demzufolge bildet der zweite Mutterabschnitt gemeinsam
mit der Gewindespindel eine Art Hilfskugelgewindetrieb, dessen Sinn
und Zweck vorzugsweise darin besteht, bei lastfreiem Kugelgewindetrieb
Klappergeräusche
zu unterbinden, die aufgrund eines Spiels der Kugeln in ihren Kugelkanälen auftreten könnte. Bei
höheren
Betriebslasten läuft
dieser Hilfskugelgewindetrieb mehr oder weniger lastfrei mit; dies
ist dadurch sichergestellt, dass aufgrund des federelastisch ausgebildeten
Verbindungsabschnittes eine nur begrenzte Last über diesen Hilfskugelgewindetrieb übertragen
werden kann.
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In
bekannter Weise kann jeder endlose Kugelkanal einen schraubenförmig um
die Spindelachse der Gewindespindel gewundenen Lastabschnitt und
einen Umlenkabschnitt aufweisen, wobei der Umlenkabschnitt Anfang
und Ende des Lastabschnittes einer gemeinsamen Windung endlos miteinander verbindet,
wobei in dem ersten Mutterabschnitt wenigstens zwei Kugelkanäle mit umfangsseitig
versetzt angeordneten Umlenkabschnitten angeordnet sind, und wobei
in dem zweiten Mutterabschnitt ein einziger Kugelkanal angeordnet
ist. Auch bei diesem erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel bildet der zweite
Mutterabschnitt gemeinsam mit der Gewindespindel eine Art Hilfskugelgewindetrieb,
dessen Zweck weiter oben beschrieben wurde.
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Die
Spindelmutter ist aus einem Material gebildet, der eine federelastische
Auslenkbarkeit des Verbindungsabschnittes ermöglicht, so dass der Verbindungsabschnitt
axial federnd vorgespannt sein kann, wenn die Spindelmutter auf
der Gewindespindel betriebsbereit angeordnet ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zur Herstellung dieses Kugelgewindetriebes nach Anspruch 1 sieht
vor, dass zwischen den beiden Mutterabschnitten Material der Spindelmutter
spangebend entfernt wird, wobei das zwischen diesen beiden Mutterabschnitten übrig bleibende
Material den fe derelastischen Verbindungsabschnitt bildet. Das Material wird
vorzugsweise sowohl von der inneren Umfangsfläche als auch von der äußeren Umfangsfläche als auch
von der äußeren Umfangsfläche der
Spindelmutter her entfernt. Mit geeigneten Werkzeugen können beispielsweise
in Umfangsrichtung ausgebildete und radial durchgängige Schlitze
vorgesehen werden, alternativ oder zusätzlich kann zudem Material in
den radialen Richtungen beispielsweise mit einem Drehmeißel abgetragen
werden.
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Als
idealer Werkstoff hat sich ein Einsatzstahl herausgestellt, der
einsatzgehärtet
ist, wobei das Material nach dem Einsatzhärten zur Bildung des federelastischen
Verbindungsabschnittes entfernt wird. Der zähe Kern des einsatzgehärteten Bauteils wird
zu dem federelastisch auslenkbaren Verbindungsabschnitt ausgebildet.
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Nachstehend
wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt vier Figuren abgebildeten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
im Längsschnitt,
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2 ein
Einzelteil aus 1 in perspektivischer Darstellung,
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3 ein
Einzelteil eines weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes und
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4 das
Einzelteil aus 3 in perspektivischer Darstellung.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
im Längsschnitt.
Eine Spindelmutter 1 ist auf einer Gewindespindel 2 angeordnet.
Die Spindelmutter 1 ist in der 2 in perspektivischer Darstellung
abgebildet. Zwischen der Gewindespindel 2 und der Spindelmutter 1 sind
Kugeln 3 angeordnet, wobei im Ausführungsbeispiel aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit
lediglich eine Kugel 3 dargestellt ist. Die Kugeln 3 wälzen in bekannter
Weise in endlosen Kugelkanälen 4 um.
Jeder endlose Kugelkanal 4 weist einen Lastabschnitt 5 mit
Last übertragenden
Kugeln 3 auf und einen Umlenkabschnitt 6, der
Anfang und Ende des Lastabschnittes 5 einer gemeinsamen
Windung endlos miteinander verbindet. Der Umlenkabschnitt 6 ist
an einem Einsatzstück 7 ausgebildet,
wobei diese Einsatzstücke 7 in
Ausnehmungen 8 der Spindelmutter 1 eingesetzt
sind.
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Die
Gewindespindel 2 ist mit einer schraubenförmig um
ihre Spindelachse gewundenen Kugelrille 9 versehen. Die
Spindelmutter 1 ist ebenfalls mit einer Kugelrille 10 an
ihrem Innenumfang versehen, wobei diese Kugelrillen 10 durch
die Ausnehmungen 8 unterbrochen sind. Der Lastabschnitt 5 ist
durch die Kugelrillen 9 und 10 der Spindelmutter 1 und
der Gewindespindel 2 gebildet, wobei sich der Lastabschnitt 5 entlang
einer Schraubenlinie in Windungen um die Spindelachse der Gewindespindel 2 erstreckt.
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Die
Spindelmutter 2 ist in einen ersten Mutterabschnitt 11 und
in einen zweiten Mutterabschnitt 12 unterteilt, wobei die
beiden Mutterabschnitte 11, 12 axial beabstandet
zueinander angeordnet sind. Zwischen den beiden Mutterabschnitten 11, 12 ist
ein Verbindungsabschnitt 13 angeordnet, der einstückig an
die beiden Mutterabschitte 11, 12 anschließt. Dieser
Verbindungsabschnitt ist dünnwandig
und im Längsschnitt
durch den erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
gesehen etwa wellenförmig
geformt, sodass dieser Verbindungsabschnitt 13 in Richtung der
Spindelachse federnd ausgebildet ist. Dieser Verbindungsabschnitt 13 ist
dadurch gebildet, dass Material von der Spindelmutter 1 umfangsseitig
sowohl vom Innenumfang als auch vom Außenumfang spangebend entfernt
wurde.
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In
beiden Mutterabschnitten 11, 12 sind endlose Kugelkanäle 4 mit
Kugeln 3 angeordnet. In dem ersten Mutterabschnitt 11 sind
mehrere endlose Kugelkanäle 4 angeordnet;
in dem zweiten Mutterabschnitt 12 ist lediglich ein endloser
Kugelkanal 4 angeordnet und auf diese Weise sind in den
Lastabschnitten 5 des ersten Mutterabschnittes 11 mehr Last übertragende
Kugeln 3 angeordnet als in dem einzigen Lastabschnitt 5 des
zweiten Mutterab schnitts 12.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
sind die beiden Mutterabschnitte 11, 12 axial
gegeneinander vorgespannt, so dass die Kugeln 3 in den
Lastabschnitten 5 der beiden Mutterabschnitte 11, 12 spielfrei
an den Kugelrillen 9, 10 anliegen.
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Bei
diesem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
ist der erste Mutterabschnitt 11 der Spindelmutter 1 über ein
zweireihiges Schrägkugellager 14 in
einem nicht abgebildeten Gehäuse
gelagert. Ferner ist ein Antriebsritzel 15 drehfest auf
dem ersten Mutterabschnitt 11 angeordnet. Über dieses
Antriebsritzel 15 kann die Spindelmutter 1 angetrieben werden.
Während
einer Leistungsübertragung
wirken zwischen der Spindelmutter 1 und der Gewindespindel 2 axiale
Kräfte,
die über
die Kugeln 3 übertragen werden,
wobei diese axialen Kräfte
nur bis zu einem gewissen Betrag in den zweiten Mutterabschnitt 12 übertragen
werden können.
Nach Überschreitung dieses
Betrages gibt der federnde Verbindungsabschnitt 13 nach,
so dass keine weitere axiale Belastung auf den zweiten Mutterabschnitt 12 wirken
kann.
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Der 2 ist
zu entnehmen, dass aufeinander folgende Umlenkabschnitte 6 in
axialer und in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.
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Der
in den 3 und 4 abgebildete modifizierte erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb
unterscheidet sich von dem aus den 1 und 2 im
Wesentlichen durch einen modifizierten Verbindungsabschnitt 16,
der ebenfalls einstückig
an die beiden Mutterabschnitte 11, 12 anschließt. 3 zeigt
aus Gründen
der Übersichtlichkeit
lediglich die Spindelmutter 1 als Einzelteil.
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Den 3 und 4 ist
zu entnehmen, dass der Verbindungsabschnitt 16 mehrere
in Umfangsrichtung ausgebildete Stege 17 aufweist, die
axial ausfedern können,
wobei diese Stege 17 durch Schlitze 18 begrenzt
sind, die die Spindelmutter 1 radial durchdringen. Auch
bei diesem erfindungsgemä ßen Ausführungsbeispiel
ist sichergestellt, dass axiale Kräfte nur bis zu einem bestimmten
Betrag in den zweiten Mutterabschnitt 12 übertragen
werden.
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In
den Ausführungsbeispielen
ist die Spindelmutter 1 aus einem Einsatzstahl hergestellt,
wobei die gehärtete
Mantelfläche
der Spindelmutter 1 sowohl vom Außenumfang her als auch vom
Innenumfang her herausgearbeitet ist. Im Abstand zu den Mantelflächen – also den
Oberflächen – der Spindelmutter
liegt der federnd auslenkbare Bereich, der den Verbindungsabschnitt
bildet. Die für
die erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebe
einstückig
angeformten Verbindungsabschnitte können sowohl auf Zug als auch
auf Druck axial vorgespannt sein.
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Zur
Ausbildung der Verbindungsabschnitte mag es in vielen Fällen zweckmäßig sein,
spangebend Material von der Spindelmutter abzutragen, bis lediglich
nur noch das Material übrig
bleibt, das später
den Verbindungsabschnitt bildet. Die Erfindung ist jedoch nicht
auf Stahl als Werkstoff beschränkt.
Es können
auch Mehrkomponentenwerkstoffe zum Einsatz kommen, wobei beispielsweise
die eine Komponente zur Bildung der Mutterabschnitte und die andere
Komponente zur Bildung des Verbindungsabschnittes verwendet wird,
wobei auch in diesem Fall eine einstückige Verbindung zwischen den
Verbindungsabschnitten mit den Mutterabschnitten gewährleistet
ist.
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- 1
- Spindelmutter
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Kugel
- 4
- Kugelkanal
- 5
- Lastabschnitt
- 6
- Umlenkabschnitt
- 7
- Einsatzstück
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Kugelrille
- 10
- Kugelrille
- 11
- erster
Mutterabschnitt
- 12
- zweiter
Mutterabschnitt
- 13
- Verbindungsabschnitt
- 14
- doppelreihiges
Rillenkugellager
- 15
- Antriebsritzel
- 16
- Verbindungsabschnitt
- 17
- Steg
- 18
- Schlitz