DE102008014995A1

DE102008014995A1 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102008014995A1
Application number: DE200810014995
Authority: DE
Inventors: Stefanie Bärthlein; Florin Dobre; Horst Münck; Jürgen OSTERLÄNGER
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-03-05
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2009-09-10

Abstract

Kugelgewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (2) angeordneten Spindelmutter (1), die über Kugeln (21) auf der Gewindespindel (2) gelagert ist, wobei ein Anschlag (4) für eine Endlage der Spindelmutter (1) gegenüber der Gewindespindel (2) vorgesehen ist, wobei der Anschlag (4) ein stirnseitiges erstes Sägezahnprofil (7) mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Spindelachse herum verteilt angeordneten Sägezähnen (8), und ein stirnseitiges Eingriffsprofil (11) zum Eingriff in das erste Sägezahnprofil (7) für einen Formschluss in einem der beiden relativen Drehsinne zwischen der Spindelmutter (1) und der Gewindespindel (2) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel angeordneten Spindelmutter. Derartige Kugelgewindetriebe werden eingesetzt um eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung umzusetzen. Eine relative Verdrehung der Spindelmutter und der Gewindespindel zueinander bewirkt eine relative lineare Verschiebung dieser beiden Elemente zueinander.
Die vorliegende Erfindung betrifft sowohl Kugelgewindetriebe mit Kugelrückführung als auch ohne Kugelrückführung.
Gemäß der ersten Alternative kann in bekannter Weise die Spindelmutter mit einem Umlenkstück oder einem Umlenkrohr versehen sein. In dem Umlenkstück oder in dem Umlenkrohr werden die Kugeln von einem Ende zu einem Anfang eines endlosen Kugelkanals umgelenkt. Zu diesem Zweck werden die Kugeln aus der Kugelrille der Spindel herausgehoben.
Gemäß der zweiten Alternative ist der Kugelkanal begrenzt; d. h., die Enden des Kugelkanals sind durch die Enden der am Innenumfang der Spindelmutter ausgebildeten Kugelrille gebildet. Derartige Kugelgewindetriebe finden beispielsweise Verwendung in Parkbremsen oder Nachstellvorrichtungen von Bremsen von Kraftfahrzeugen. In diesen Fällen kann eine geringe Relativdrehung zwischen Gewindespindel und Spindelmutter genügen. Für derartige Verwendungen ist die Erfindung besonders geeignet.
Eine relative lineare Verschiebung der Gewindespindel und der Spindelmutter zueinander kann bei bekannten Kugelgewindetrieben mittels eines Anschlages für die Spindelmutter begrenzt werden. Wenn beispielsweise die Spindelmutter rotiert, kann ein Anschlag vorgesehen sein, gegen den die Spindellmutter anschlägt. Auf diese Weise ist eine relative Endlage von Gewindespindel und Spindelmutter zueinander festgelegt. Wenn die Spindelmutter gegen den Anschlag anschlägt, kann das Problem eines sich Festziehens der Spindelmutter an dem Anschlag auftreten. Ursache dieses Festsetzens kann die geringe Steigung der Gewindespindel sein, wobei in der Anschlagsituation in unerwünschter Weise große axiale Kräfte zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel über die Kugeln übertragen werden.
Aus DE 29 03 630 C2 beispielsweise ist ein Kugelgewindetrieb bekannt geworden, bei dem ein schädlicher Aufprall der Gewindemutter auf einen Anschlag dadurch verhindert wird, dass ein zylindrischer Abschnitt der Gewindespindel als Entkopplungsabschnitt einer Wegbegrenzungsvorrichtung ausgebildet und mindestens so lang ist, dass er alle Kugeln der Gewindemutter aufnehmen kann. Demzufolge läuft die Gewindemutter aus dem Spindelgewinde heraus, so dass die Gewindespindel leer auslaufen kann, ehe die Spindelmutter durch den Anschlag gestoppt wird. Ein Festsetzen der Spindelmutter ist somit ausgeschlossen.
Nachteilig kann bei derartigen Kugelgewindetrieben sein, dass ein Zurückdrehen der Spindelmutter auf die Gewindespindel dadurch erschwert sein kann, dass zunächst ein neues Einfädeln der Kugeln in die Kugelrille der Gewindespindel bewerkstelligt werden muss. Ferner wird ein erheblich vergrößerter axialer Bauraumbedarf bereitzustellen sein, um auf der Spindel diesen Entkopplungsabschnitt vorzusehen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, einen Kugelgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem diese Nachteile behoben sind. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch, dass der Anschlag ein stirnseitiges erstes Sägezahnprofil mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Spindelachse herum verteilt angeordneten Sägezähnen aufweist und dadurch, dass ein stirnseitiges Eingriffsprofil zum Eingriff in das erste Sägezahnprofil für einen Formschluss in einem der beiden relativen Drehsinne zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel vorgesehen ist, ist ein unerwünschter Kraftschluss zwischen der Spindelmutter und dem Anschlag vermieden. Es werden keine axialen Kräfte zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel über die Kugeln übertragen. Eine Drehbewegung der Spindelmutter wird durch den umfangsseitigen Formschluss zwischen der Spindelmutter und dem Anschlag gestoppt, ohne dass es zu einer axialen Verspannung zwischen Anschlag und Spindelmutter kommt. Ein in axialer Richtung wirksamer Kraft- oder Formschluss unterbleibt, um axiale Verspannungen zu vermeiden.
Ein Sägezahnprofil im Sinn der Erfindung weist Sägezähne auf, deren eine Zahnflanke geeignet ist, Drehmomente um die Spindelachse herum zu übertragen; diese Zahnflanke ist ausgebildet, um mit dem Eingriffsprofil für die Übertragung des Drehmoments zusammenzuarbeiten. Die andere Zahnflanke des Sägezahns ist so konzipiert, dass sie nicht in Eingriff mit dem Eingriffsprofil kommt, um axiale Verspannungen zwischen dem Eingriffsprofil und dem ersten Sägezahnprofils zu vermeiden. Die Drehmomente übertragende Zahnflanke kann vorzugsweise als kurze und steile Zahnflanke ausgebildet sein und die andere Zahnflanke kann vorzugsweise als lange und flache Zahnflanke ausgebildet sein.
Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung kann beispielsweise das Eingriffsprofil als zweites Sägezahnprofil ausgebildet sein, dass an der dem Anschlag zugewandten Stirnseite der Spindelmutter vorgesehen ist. Wenn nun eine relative Verschiebung zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel erfolgt, nähern sich die beiden Sägezahnprofile einander an. Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb sind die Zähne des Sägezahnprofils und das Eingriffsprofil bzw. die Zähne des zweiten Sägezahnprofils so aufeinander abgestimmt, dass lediglich die umfangsseitig einander zugewandten Flanken der beiden Sägezahnprofile miteinander in Kontakt kommen und einen Formschluss in Verdrehrichtung zwischen dem Anschlag und der Spindelmutter bewirken. Die kurzen steilen Zahnflanken kommen demzufolge in Kontakt, bevor die flachen, zur Spindelachse eher quer liegend angeordneten Zahnflanken miteinander in Kontakt kommen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass keine axialen Kräfte zwischen der Spindelmutter und dem Anschlag und somit auch keine Kräfte zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel über die Kugeln übertragen werden.
Die erläuterten erfindungsgemäßen Vorteile lassen sich bevorzugt erreichen, wenn die Zahnhöhe der Sägezähne größer ist als der Quotient aus der Steigung der Gewindespindel dividiert durch die Anzahl der Sägezähne. Wenn beispielsweise eine Gewindespindel mit einer Steigung von 4 mm vorgesehen ist und eine relativ geringe Anzahl von 4 Sägezähnen vorgesehen ist, wäre eine ausreichende Zahnhöhe der Sägezähne größer als 1 mm. Diese Bemessungsregel ermöglicht einen umfangsseitigen formschlüssigen Eingriff der Sägezähne miteinander, ohne dass ein Formschluss oder Reibschluss in axialer Richtung greift.
Bei einem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb werden die flachen langen Zahnflanken unter einem Rampenwinkel angeordnet, der wie folgt definiert werden kann: Das erste Sägezahnprofil ist auf einer die Spindelachse quer schneidenden gedachten Querebene angeordnet; Zwischen dieser Querebene und einer dieser Querebene schneidenden Verbindungslinie wird dieser Rampenwinkel gemessen, der gleich oder größer als ein Steigungswinkel der Gewindespindel ist, wobei sich diese Verbindungslinie zwischen einem Zahnfuß eines Sägezahns und einem Zahnkopf eines in Umfangsrichtung nachfolgenden Sägezahns erstreckt und durch den Sägezahn hindurch gemessen ist. Die Verbindungslinie kann auf der Zahnkontur der Zahnflanke aufliegen; die Zahnkontur kann aber auch konkav gewölbt sein und innerhalb dieser Verbindungslinie angeordnet sein.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung kann demzufolge darin gesehen werden, dass der Rampenwinkel zumindest gleich, vorzugsweise jedoch größer ist als ein Steigungswinkel der Gewindespindel. Der vorteilhafte Effekt kann an dem nachfolgenden Beispiel verdeutlicht werden. Wenn die Spindelmutter an ihrer dem Anschlag zugewandten Seite mit dem bereits erwähnten zweiten Sägezahnprofil versehen ist, greifen bei einer entsprechenden Verdrehung zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel die Sägezähne des zweiten Sägezahnprofils gegebenenfalls mit ihren Zahnspitzen in Zahnlücken des ersten Zahnprofils ein. Dadurch, dass der Steigungswinkel mit der Gewindespindel kleiner als der Rampenwinkel des ersten Sägezahnprofils ausgebildet ist, kann ein Zahn des zweiten Sägezahnprofils oder des Eingriffsprofils in eine Zahnlücke des ersten Sägezahnprofils unter gleichzeitiger Relativdrehung und axialen Vorschub eintauchen, ohne dass es zu einem unerwünschten Kraft- oder Formschluss mit der flachen langen Zahnflanke des ersten Sägezahnprofils kommt.
Demzufolge ist es vorteilhaft, wenn ein Sägezahn des Sägezahnprofils eine kurze Zahnflanke und eine lange Zahnflanke aufweist, wobei die kurze Zahnflanke als Anschlagfläche des Anschlags ausgebildet ist.
In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die kurze Zahnflanke unter einem durch den Sägezahn hindurch gemessenen Anschlagwinkel γ zu der oben bereits erwähnten Querebene angeordnet ist, wobei vom Betrag her die Summe dieses Anschlagwinkels γ und des Steigungswinkels β größer ist als ein Selbsthemmungswinkel β zwischen der kurzen Zahnflanke und einer mit der kurzen Zahnflanke zusammen wirkenden Eingriffsflanke des Eingriffsprofils. Vorzugsweise sind für die Summe der Winkel γ und β Beträge zwischen 90° plus/minus 70° einschließlich dieser Werte vorgesehen. Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Weiterbildung sollen anhand des nachstehendem Beispieles erläutert werden: Wenn das Eingriffsprofil als zweites Sägezahnprofil ausgebildet ist, kommen die kurzen Zahnflanken der beiden Sägezahnprofile in Kontakt miteinander. Als Materialien für die Sägezahnprofile kommt vorzugsweise Stahl in Betracht. In diesem Kontakt soll eine Selbsthemmung vermieden werden. Eine Selbsthemmung beschreibt in der Mechanik den durch Reibung verursachten Widerstand gegen ein Verrutschen oder ein Verdrehen zweier aneinander liegender Körper. Sobald die Haftreibung zwischen diesen beiden Körpern überschritten ist, sind die Körper nicht mehr selbsthemmend. Um vorliegend eine Selbsthemmung zu vermeiden, wird der resultierende Winkel größer als der Arcustangens der Haftreibungszahl ausgeführt. Die Haftreibungszahl für Stahl auf Stahl (trocken) beträgt 0,15; das bedeutet einen Selbsthemmungswinkel von ca. 8,5°. Bei erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieben ist demzufolge vorzugsweise die Summe der Winkel γ und β deutlich größer als diese 8,5°, nämlich vorzugsweise zwischen 90° plus/minus 70°.
Die Sägezähne können variabel gestaltet sein. Insbesondere ist es nicht erforderlich, dass die beiden Flanken eines Sägezahns geradlinig geformt sind. Bei einfach herzustellenden erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieben bietet es sich jedoch an, Sägezähne mit ebenen Flächen als Zahnflanken auszubilden.
Der Anschlag kann ein an der Gewindespindel befestigtes Anschlagteil aufweisen, dessen Flansch an seiner der Spindelmutter zugewandten Stirnseite mit dem ersten Sägezahnprofil versehen ist. Dieses Sägezahnprofil kann vorzugsweise spanlos an dem Anschlagteil hergestellt sein.
Die Sägezähne des vorzugsweise als zweites Sägezahnprofil ausgebildeten Eingriffsprofils sowie die Sägezähne des ersten Sägezahnprofils sind vorzugsweise fächerförmig um die Spindelachse der Gewindespindel herum angeordnet. Die kurzen Zahnflanken können beispielsweise mit ihren gedachten Verlängerungen die Spindelachse schneiden.
Bei Anwendungen, in denen die Gewindespindel rotiert, die Spindelmutter dagegen stillsteht, sieht eine erfindungsgemäße Weiterbildung vor, dass der Flansch des Anschlagteils der drehbaren Gewindespindel in einer Büchse angeordnet ist, wobei die Gewindespindel mit axialem Spiel gegenüber der Büchse versehen ist, und wobei an einem Radialbord der Büchse das Eingriffsprofil ausgebildet ist. Unter Relativdrehung zwischen Spindelmutter und Gewindespindel kommt es in der Anschlagsituation zu einem Kontakt zwischen der Spindelmutter und dem Radialbord der Büchse. Die in Kontakt kommenden Flächen der Büchse und der Spindelmutter können im einfachsten Fall als glatte ebene Flächen ausgeführt sein. In der Anschlagssituation greifen nach Überwindung des axialen Spiels das Eingriffsprofil der Büchse mit dem ersten Sägezahnprofil des Anschlagteils ineinander. Die Büchse ist drehfest angeordnet. Bei einer formschlüssigen Verbindung in Umfangsrichtung zwischen dem Flansch und der Büchse ist ein weiteres Rotieren der Spindel in dieser Drehrichtung ausgeschlossen. Demzufolge findet auch keine weitere Relativverschiebung der Spindelmutter gegenüber der Gewindespindel statt. Hier ist ebenfalls gewährleistet, dass keine axialen Kräfte zwischen der Spindelmutter und der Gewindespindel über die Kugeln übertragen werden. Denn ein axialer Vorschub der Spindelmutter ist beendet, sobald die Spindel stillsteht, so dass ein axiales Verspannen zwischen Spindelmutter und Büchse ausgeschlossen ist.
Vorzugsweise ist der Flansch des Anschlagteils über ein Axiallager an einem dem Radialbord gegenüberliegenden Büchsenboden gelagert. Auf diese Weise ist im Betrieb des Kugelgewindetriebes – also außerhalb der Anschlagsituation – eine einwandfreie axiale Lagerung der Gewindespindel gewährleistet.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von drei in insgesamt zwölf Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb in perspektivischer Darstellung,
2 und 3 Einzelteile des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes aus 1,
4 eine schematische Darstellung zur Wirkungsweise des Anschlags des erfindungsgemäßen Kugelge windetriebes,
5 einen Längsschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb,
6 einen Querschnitt durch den Kugelgewindetrieb aus 5 entlang der Linie VI-VI,
7 einen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb entlang der Linie VII-VII in 6,
8 eine Darstellung wie in 7 mit wirksamen An schlag,
9 und 10 ein Einzelteil des Kugelgewindetriebes aus 5 und
11 und 12 ein modifiziertes Einzelteil des Kugelgewindetriebes gemäß 5.
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb in perspektivischer Darstellung. Eine Spindelmutter 1 ist aus einer Gewindespindel 2 über hier nicht abgebildete Kugeln drehbar gelagert. An dieser Stelle sei lediglich erwähnt, dass die Kugeln in endlosen Kugelkanälen angeordnet sind und an einer Kugelrille 3 der Gewindespindel 2 sowie hier nicht abgebildeten Kugelrillen der Spindelmutter 1 abwälzen. In bekannter Weise sind die in der Spindelmutter 1 ausgebildeten endlosen Kugelkanäle unterteilt in Lastabschnitte und Umlenkabschnitte, wobei Kugeln von einem Ende eines Lastabschnitts über die Umlenkabschnitte zu dem Anfang des Lastabschnitts zurückgeführt werden.
Ferner ist ein Anschlag 4 für eine Endlage der Spindelmutter 1 gegenüber der Gewindespindel 2 vorgesehen. Der Anschlag 4 umfasst unter anderem ein Anschlagteil 5, das an ein Ende der Gewindespindel 2 durch Reibschweißen befestigt ist. Das Anschlagteil 5 kann auch einstückig mit der Gewindespindel 2 ausgeführt sein. Das Anschlagteil 5 weist einen Flansch 6 auf, der an seiner der Spindelmutter 1 zugewandten Stirnseite mit einem ersten Sägezahnprofil 7 versehen ist. Das Sägezahnprofil 7 besteht aus einer Vielzahl von um die Spindelachse herum fächerförmig angeordneten Sägezähnen 8, von denen jeder Sägezahn 8 eine kurze Zahnflanke 9 und einen lange Zahnflanke 10 aufweist.
Der Anschlag 4 umfasst ferner ein Eingriffsprofil 11, zum Eingriff in das erste Sägezahnprofil 7 des Anschlagteiles 5.
Das Eingriffsprofil 11 ist vorliegend als zweites Sägezahnprofil 12 ausgebildet.
2 zeigt die Gewindespindel 2 mit dem daran befestigten Anschlagteil 5. Der Abbildung ist zu entnehmen, dass die Sägezähne 8 fächerförmig um den Umfang der Spindelachse herum an einer Stirnseite des Flansches 6 angeordnet sind. Die Ausbildung des Sägezahnprofils 7 ist an dem Fließpressteil mittels des Fließpressens hergestellt.
3 zeigt die Spindelmutter als Einzelteil. Der Abbildung ist zu entnehmen, dass über den Umfang der Spindelmutter 1 verteilt mehrere Durchbrüche 13 vorgesehen sind, in denen hier nicht abgebildete Umlenkstücke eingesetzt sind. Diese an sich bekannten Umlenkstücke tragen an ihrem Innenumfang Umlenkabschnitte, um die Kugeln von einem Ende des erwähnten Lastabschnitts zu einem Anfang dieses Lastabschnittes zurückzuführen. Der 3 ist ferner zu entnehmen, dass am Innenumfang der Spindelmutter 1 Kugelrillen 14 für die hier nicht dargestellten Kugeln ausgebildet sind. An ihrer dem Flansch 6 zugewandten Stirnseite der Spindelmutter 1 ist das zweite Sägezahnprofil 12 einstückig angeformt. Eine Vielzahl von fächerförmig um die Spindelachse herum verteilt angeordneten Sägezähnen 16 weisen ebenso wie die Sägezähne 8 des ersten Sägezahnprofils 7 kurze Zahnflanken 17 und lange Zahnflanken 18 auf.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Anschlags 4 soll anhand der schematischen Abbildung in 4 näher erläutert werden. Bei dieser schematischen Abbildung ist von der Gewindespindel lediglich deren Spindelachse S angegeben. Ein heraus gebrochener Abschnitt des Flansches 6 mit dem ersten Sägezahnprofil 7 sowie ein heraus gebrochener Abschnitt der Spindelmutter 1 mit dem zweiten Sägezahnprofil 12 sind hier lediglich schematisch angedeutet.
Der Steigungswinkel β der Gewindespindel ist über eine Gerade G eingetragen, wobei diese Gerade G quer zur Spindelachse S angeordnet ist.
Ferner ist ein Winkel ε eingetragen zwischen der Spindelachse S und dem Steigungswinkel β. Der Winkel ε beträgt demzufolge 90° minus β.
Die langen Zahnflanken 10, 18 der beiden Sägezahnprofile 7, 12 schließen mit den Geraden G einen Winkel α_i ein. Die kurzen Zahnflanken 9, 17 der beiden Sägezahnprofile 7, 12 schließen mit den Geraden G einen Winkel γ_i ein. Die Rampenwinkel α der beiden Sägezahnprofile 7, 12 können, müssen jedoch nicht gleichgroß sein. Die Anschlagwinkel γ_i der beiden Sägezahnprofile 7, 12 können, müssen aber nicht gleichgroß sein.
Bei einer Relativdrehung zwischen der Spindelmutter 1 und dem Flansch 6 bewegt sich eine Zahnspitze eines der Sägezähne 16 entlang der Bewegungsrichtung B. Der 4 ist zu entnehmen, dass diese Bewegungsrichtung B einen Winkel mit der Geraden G einschließt, der flacher ist als der Rampenwinkel α. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Zahnspitze des Zahns 16 nicht in unerwünschter Weise in Kontakt gerät mit der langen Zahnflanke 10, sondern vielmehr erst gegen die kurze Zahnflanke 9 anschlägt.
Bei dem erfindungsgemäßen Anschlag sind zwei Bedingungen erfüllt: Erstens ist der Rampenwinkel α_i größer als der Steigungswinkel β. Dadurch wird bewirkt, dass die kurze Zahnflanke des Zahns 16 auf die kurze Zahnflanke 9 des Zahns 8 stößt. Zweitens ist die Summe des Steigungswinkels β und des Anschlagwinkels γ größer als ein Selbsthemmungswinkel der in Kontakt tretenden Zahnflanken. Der Selbsthemmungswinkel ist gegeben durch den Arcustangens der Reibzahl, die durch die gegebene Reibpaarung bestimmt ist. Die Reibzahl oder auch Haftreibungszahl für die trockenen Reibpartner Stahl/Stahl beträgt etwa 0,15. Der Selbsthemmungswinkel liegt demzufolge bei ca. 8,5°. Demzufolge ist die Summe des Steigungswinkels β und des Anschlagwinkels γ größer als 8,5°, da vorliegend für die Ausbildung der Zahnprofile vorzugsweise Stahl als Werkstoff verwendet wird.
Bedingt durch Fertigungsungenauigkeiten können die Zähne der beiden Sägezahnprofile ungleich ausgebildet sein. Dies ist jedoch für die erfindungsgemäße Funktion des Anschlags ohne Bedeutung, solange die hier dargestellten Bedingungen erfüllt sind.
Wenn eine Vielzahl von fächerförmig um die Spindelachse angeordneten Sägezähnen vorgesehen ist, bedarf es keiner Positionierung der Sägezähne zum Gewinde der Spindelmutter 1. Hier kann insbesondere das bereits eingangs erwähne Fließpressen vorteilhaft sein, da bei diesem Verfahren problemlos eine Vielzahl der fächerförmig aufgestellten Sägezähne ausgebildet werden kann. Da die Bedeutung einer genauen Positionierung der Sägezähne zu dem Gewindeverlauf immer geringer wird, je mehr Sägezähne fächerförmig verteilt sind, ergeben sich für die Herstellung von Anschlagsteilen 5 und deren Befestigung an die Gewindespindel vorteilhafte Befestigungsmöglichkeiten wie Reibschweißen, denn dieses Befestigungsverfahren eignet sich nicht, wenn beispielsweise nur ein einzelner Zahn vorgesehen wäre, da dann eine genaue Positionierung dieses einzelnen Zahnes zum Gewinde der Spindelmutter 1 erforderlich wäre, was jedoch fertigungsbedingt nur schwierig oder gar nicht möglich ist.
Wenn – ausgehend von der 4 – der Sägezahn 16 mit seiner kurzen Zahnflanke 17 gegen die kurze Zahnflanke 9 des ersten Sägezahnprofils 8 anschlägt, ist ein Formschluss in einem der beiden relativen Drehsinne zwischen der Spindelmutter 1 und der Gewindespindel 2 hergestellt. Axiale Kräfte treten nicht auf, weil erstens die langen Zahnflanken der beiden Sägezahnpro file nicht in Kontakt miteinander treten und weil zweites die Summe aus dem Steigungswinkel β und dem Anschlagwinkel γ deutlich größer als der Reibungswinkel ist.
In der 4 ist ferner die Zahnhöhe H eines Sägezahns 16 angegeben, die zwischen einem Zahnkopf 16a und einem Zahnfuß 16b gemessen wird. Diese Zahnhöhe H der Sägezähne ist größer als der Quotient, der aus der Steigung der Gewindespindel 1 dividiert durch die Anzahl der Sägezähne gebildet ist. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass ein Eintauchen der Zähne 16 in die Zahnlücken des ersten Sägezahnprofils 7 möglich ist, ohne dass es zu einem unerwünschten axialem Anschlagen am Zahnfuß des ersten Sägezahnprofils 7 kommen kann.
Die Zahnflanken müssen nicht eben ausgebildet sein, wie es bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel umgesetzt wurde. Vielmehr können diese Zahnflanken beispielsweise konkav gewölbt sein, so dass immer noch diese weiter oben erwähnten Bedingungen erfüllt sind, die einen einwandfreien Anschlag ohne Übertragung von Axialkräften auf die Spindelmutter 1 möglich machen.
5 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb, der sich von dem Kugelgewindetrieb gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel durch einen modifizierten Anschlag auszeichnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind auch die in die Durchbrüche 13 der Spindelmutter 1 eingesetzten Umlenkstücke 19 mit den Rückführungsabschnitten 20 und die Kugeln 21 abgebildet. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ist die Spindelmutter bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb nach 5 an deren dem Anschlagteil 5 zugewandten Stirnseite glatt und eben ausgebildet.
Bei dem nachstehend beschriebenen Anschlag 22 werden neue Positionsziffern lediglich bei Bauteilen verwendet, die nicht schon bei dem Anschlag des ersten Ausführungsbeispieles bezeichnet waren. Beim nachstehend beschrie benen Kugelgewindetrieb rotiert die Spindel 2, während die Spindelmutter 1 stillsteht, aber axial verschieblich angeordnet ist. Die Spindel 2 ist dagegen axial gelagert, jedoch mit geringem axialem Spiel behaftet, was nachstehend weiter ausgeführt wird.
Der Flansch 6 des Anschlagteiles 5 ist in einer drehfest angeordneten Büchse 23 angeordnet. An seiner von dem ersten Sägezahnprofil 7 abgewandten Stirnseite ist der Flansch 6 über ein Axialnadellager 24 an einem Büchsenboden 25 der Büchse 23 axial gelagert. Die Büchse 23 ist an ihrem von dem Büchsenboden 25 abgewandten Ende mit einem umlaufenden Radialbord 26 versehen. Die Büchse 23 ist in den 9 und 10 in perspektivischen Darstellungen abgebildet. So zeigt 9 in perspektivischer Darstellung einen gebrochenen Teil der Büchse 23. Der Radialbord 26 ist an seiner Innenseite – also an seiner dem Flansch 6 des Anschlagteiles 5 zugewandten Seite – mit einem zweiten Sägezahnprofil 27 versehen. Dieses zweite Sägezahnprofil 27 weist eine Vielzahl von um die Spindelachse herum fächerförmig angeordneten Sägezähne 28 auf, die jeweils eine lange Zahnflanke 29 und eine kurze Zahnflanke 30 aufweisen. Die Ausgestaltung dieses zweiten Sägezahnprofils 27 entspricht dem zweiten Sägezahnprofil 12 zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel, so dass eine weitergehende Beschreibung an dieser Stelle nicht erforderlich ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb nach 5 wird bei Erreichen eines Endanschlages der Spindelmutter 1 eine weitere Drehbewegung der Gewindespindel 2 dadurch gestoppt, dass das zweite Sägezahnprofil 27 in formschlüssigen Eingriff des ersten Sägezahnprofil 7 des Anschlagteiles 5 kommt.
In der 6 ist ein Querschnitt durch den Kugelgewindetrieb entlang der Linie VI-VI abgebildet, wobei hier deutlich das Sägezahnprofil 7 des Anschlagteiles 5 erkennbar ist, sowie der Mantel der Büchse 23.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise dieses erfindungsgemäßen Ausführungsbeispieles zeigen die 7 und 8 jeweils einen Schnitt entlang der Linie VII-VII durch den Kugelgewindetrieb, bevor der Anschlag wirksam ist (7), sowie die Situation bei wirksamen Anschlag (8).
Bei rotierender Gewindespindel 2 nähert sich die Spindelmutter 1 zunehmend dem Anschlag 22 an, jedoch ist das am Radialbord 26 ausgebildete zweite Sägezahnprofil 27 noch nicht im Eingriff mit dem ersten Sägezahnprofil 7 des Flansches 6. Bei weiterer Rotation der Gewindespindel 2 schlägt die Spindelmutter 1 mit ihrer Stirnseite gegen den Radialbord 26 der Büchse 23 an, sodass unter Ausnutzung des axialen Spiels der Gewindespindel 2 eine kleine relative Verschiebung zwischen der Gewindespindel 2 und der Büchse 23 einsetzt. Diese Situation ist in 8 abgebildet. Der Figur ist zu entnehmen, dass aufgrund der relativen Verschiebung zwischen der Büchse 23 und der Gewindespindel 2 auch eine entsprechende Verlagerung des Flansches 6 in Richtung auf das zweite Sägezahnprofil 27 hin einsetzt. Diese Verschiebung ist beendet, wenn die beiden Sägezahnprofile 7, 27 formschlüssig in Umfangsrichtung ineinandergreifen, wobei hier eine weitergehende Rotation der Gewindespindel 2 dadurch verhindert ist, dass die kurzen Zahnflanken 30, 9 der beiden Sägezahnprofile aneinander anschlagen. Die Rotation der Gewindespindel 2 und somit ein axialer Vorschub der Spindelmutter 1 sind somit beendet, bevor nennenswerte axiale Kräfte zwischen der Büchse 23 und der Spindelmutter 1 hervorgerufen werden können. Demzufolge werden auch keine unerwünschten Kräfte zwischen der Spindelmutter 1 und der Gewindespindel 2 über die Kugeln 21 übertragen.
Die Auslegung und Wirkungsweise der Sägezahnprofile von den beiden hier beschriebenen Ausführungsbeispielen können übereinstimmen Anstelle einer geschlossenen Büchse wie sie gerade zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 beschrieben wurde kann auch eine alternative Büchse 31 verwendet werden, wie sie in den 11 und 12 abgebildet ist. Diese Büchse 31 unterscheidet sich von der Büchse 23 im Wesentlichen durch den Wegfall des Radialbordes. Stattdessen sind vier über den Umfang der Büchse 31 verteilt angeordnete radial einwärts springende Nasen 32 vorgesehen, an deren dem Büchsenboden 33 zugewandten Seite jeweils ein Sägezahn 34 als Eingriffsprofil ausgebildet ist. Auch diese Sägezähne weisen eine lange Zahnflanke 35 sowie eine kurze Zahnflanke 36 auf, die in etwa der Dicke der Nase 32 in axialer Richtung entspricht. Die Funktionsweise eines Kugelgewindetriebes mit einer derartigen Büchse 31 entspricht voll und ganz der Funktionsweise, wie sie zu dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel erläutert wurde.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden den Sägezähnen lange und kurze Zahnflanken zugeordnet. Selbstverständlich können die Zahnflanken bei erfindungsgemäßen Sägezähnen gleichlang sein. Auch ist es möglich, dass der umfangsseitige formschlüssige Eingriff von langen Zahnflanken übernommen wird, während die kurzen Zahnflanken zur Vermeidung von axialen Verspannungen zwischen Spindelmutter und Gewindespindel außer Eingriff bleiben.

1: Spindelmutter
2: Gewindespindel
3: Kugelrille
4: Anschlag
5: Anschlagteil
6: Flansch
7: erstes Sägezahnprofil
8: Sägezahn
9: kurze Zahnflanke
10: lange Zahnflanke
11: Eingriffsprofil
12: zweites Sägezahnprofil
13: Durchbruch
14: Kugelrille
15
16: Sägezahn
16a: Zahnkopf
16b: Zahnfuß
17: kurze Zahnflanke
18: lange Zahnflanke
19: Umlenkstück
20: Rückführungsabschnitt
21: Kugel
22: Anschlag
23: Büchse
24: Axialnadellager
25: Büchsenboden
26: Radialbord
27: zweites Sägezahnprofil
28: Sägezahn
29: lange Zahnflanke
30: kurze Zahnflanke
31: Büchse
32: Nase
33: Büchsenboden
34: Sägezahn
35: lange Zahnflanke
36: kurze Zahnflanke
S: Spindelachse
G: Gerade
B: Bewegungsrichtung
H: Zahnhöhe
β: Steigungswinkel
γ: Anschlagwinkel
α: Rampenwinkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2903630 C2 [0006]

Claims

Kugelgewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (2) angeordneten Spindelmutter (1), die über Kugeln (21) auf der Gewindespindel (2) gelagert ist, wobei ein Anschlag (4) für eine Endlage der Spindelmutter (1) gegenüber der Gewindespindel (2) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (4) ein stirnseitiges erstes Sägezahnprofil (7) mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung um die Spindelachse herum verteilt angeordneten Sägezähnen (8), und ein stirnseitiges Eingriffsprofil (11) zum Eingriff in das erste Sägezahnprofil (7) für einen Formschluss in einem der beiden relativen Drehsinne zwischen der Spindelmutter (1) und der Gewindespindel (2) aufweist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die Zahnhöhe (H) der Sägezähne (8) größer ist als der Quotient aus der Steigung der Gewindespindel (2) dividiert durch Anzahl der Sägezähne (8).
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das erste Sägezahnprofil (7) auf einer die Spindelachse quer schneidenden Querebene angeordnet ist, und wobei ein zwischen dieser Querebene und einer diese Querebene schneidenden Verbindungslinie gemessener Rampenwinkel (αi) gleich oder größer als ein Steigungswinkel (β) der Gewindespindel ist, und wobei sich diese Verbindungslinie zwischen einem Zahnfuß (16b) eines Sägezahns (8, 16, 28) und einem Zahnkopf (16a) eines in Umfangsrichtung nachfolgenden Sägezahns (8, 16, 28) erstreckt und durch den Sägezahn (8, 16, 28) hindurch gemessen ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 3, bei dem der Sägezahn (8, 16, 28) eine kurze Zahnflanke (9, 17, 30) und eine lange Zahnflanke (10, 18, 29) aufweist, wobei die kurze Zahnflanke (9, 17, 30) als Anschlagfläche des Anschlags (4) ausgebildet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 3, bei dem die kurze Zahnflanke (9, 17, 30) unter einem durch den Sägezahn (8, 16, 34) hindurch gemessenen Anschlagwinkel (γ) zu der Querebene angeordnet ist, wobei vom Betrag her die Summe dieses Anschlagwinkels (γ) und des Steigungswinkels (β) größer als ein Selbsthemmungswinkel zwischen der kurzen Zahnflanke (9) und einer mit der kurzen Zahnflanke (9) zusammenwirkenden Eingriffsflanke des Eingriffsprofils (11) ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 5, bei dem die Summe des Anschlagwinkels (γ) und des Steigungswinkels (β) zwischen 90 Grad plus/minus 70 Grad einschließlich dieser Werte beträgt.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 4, bei dem die Verbindungslinie auf der langen Zahnflanke (10, 18, 29) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, mit einem an der Gewindespindel (2) befestigten Anschlagteil (5), dessen Flansch (6) an seiner der Spindelmutter (1) zugewandten Stirnseite mit dem ersten Sägezahnprofil (7) versehen ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das erste Sägezahnprofil (7) spanlos an dem Anschlagteil (5) hergestellt ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die Spindelmutter (1) an ihrer einen Stirnseite mit dem vorzugsweise als zweites Sägezahnprofil (12) ausgebildeten Eingriffsprofil versehen ist.
Kugelgewindetrieb nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, bei dem das erste und/oder das zweite Sägezahnprofil (7, 12, 27) fächerförmig um die Spindelachse herum angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 8, bei dem der Flansch (6) der drehbaren Gewindespindel (2) in einer Büchse (31, 23) angeordnet ist, wobei die Gewindespindel (2) mit axialem Spiel gegenüber der Büchse (23, 31) versehen ist, wobei an einem Radialbord (25) der Büchse das Eingriffsprofil ausgebildet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 8, bei dem der Flansch (6) der drehbaren Gewindespindel (2) in einer Büchse (31) angeordnet ist, wobei die Gewindespindel (2) mit axialem Spiel gegenüber der Büchse (31) versehen ist, wobei an mehreren über den Umfang der Büchse (31) verteilt angeordneten Nasen (31) das Eingriffsprofil ausgebildet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 8, bei dem der Flansch (6) über ein Axiallager (24) an einem Büchsenboden (25, 33) gelagert ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die Kugeln (21) in wenigstens einem endlosen Kugelkanal endlos umlaufen, der von der Spindelmutter (1) und der Gewindespindel (2) gebildet ist.