DE102009016199A1

DE102009016199A1 - Kugelmutter

Info

Publication number: DE102009016199A1
Application number: DE102009016199A
Authority: DE
Inventors: Dieter Adler; Markus Oswald; Markus Stiegler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-04-03
Filing date: 2009-04-03
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-04-04
Also published as: DE102009016199B4; US8291786B2; US20100251845A1

Abstract

Kugelmutter (1) eines Kugelgewindetriebes, bei dem die Kugelmutter (1) auf einer Gewindespindel (2) über Kugeln (3) lagerbar ist, wobei die Kugelmutter (1) an ihrem Innenumfang mit einer schraubenförmig um die Kugelmutterachse gewundenen, sich über wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Windungen erstreckende Kugelrille (5) für die Kugeln (3) versehen ist, und wobei auf einer Mantelfläche der Kugelmutter (1) ein Umlenkkörper (9) angeordnet ist, dessen Umlenkenden jeweils in eine Ausnehmung (17) der Kugelmutter (1) eingreifen und an ein Ende und an einen Anfang der Kugelrille (5) anschließen, und wobei der Umlenkkörper (9) in den radialen Richtungen einerseits an der Mantelfläche der Kugelmutter (1) und andererseits an einem die Kugelmutter (1) umgebenden Maschinenteil abstützbar ist, und wobei der Umlenkkörper (9) an seinen axialen Enden einstückig mit Lagern (16) zur radialen Lagerung an dem Maschinenteil verbunden ist, wobei die umfangsseitig vorspringenden Lager (16) an die Ausnehmungen (17) der Kugelmutter (1) eingreifen und mit ihren Lagerflächen (18) etwa bündig mit der äußeren Mantelfläche der Kugelmutter (1) angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelmutter eines Kugelgewindetriebes. Kugelgewindetriebe werden eingesetzt, um eine rotierende Bewegung der Kugelmutter oder der Gewindespindel in eine lineare Bewegung der Gewindespindel oder der Kugelmutter umzuwandeln.
Hintergrund der Erfindung
Aus DE 10 2004 055 423 A1 beispielsweise ist ein Kugelgewindetrieb bekannt geworden, bei dem die Kugelmutter über Kugeln auf der Gewindespindel gelagert ist. Am Innenumfang der Kugelmutter ist eine schraubenförmig um die Kugelmutterachse gewundene, sich über mehrere Windungen erstreckende Kugelrille für die Kugeln vorgesehen. Auf der Mantelfläche der Kugelmutter ist ein Umlenkkörper angeordnet, dessen Umlenkenden jeweils in eine Ausnehmung der Kugelmutter eingreifen. Das eine Umlenkende schließt an einen Anfang der Kugelrille und das andere Umlenkende schließt an ein Ende der Kugelrille zur Begrenzung eines endlosen Kugelkanals an. Der Umlenkköper weist einen Umlenkabschnitt auf, um die Kugeln von einem Anfang zu einem Ende eines von der Kugelrille begrenzten Lastabschnittes umzulenken. In den radialen Richtungen ist der Umlenkkörper einerseits an der Mantelfläche der Kugelmutter abgestützt, und andererseits an einem Maschinenteil, das vorliegend als Riemenrad ausgebildet und auf der Kugelmutter angeordnet ist. Das Riemenrad ist an einer Stirnseite mit einer segmentförmigen Ausnehmung versehen, in die der Umlenkkörper eingreift. Am Außenumfang des Umlenkkörpers sind einstückig angeformte Federelemente ausgebildet, die an der radial außen gelegenen Wandung der segmentförmigen Ausnehmung abgestützt ist. Die umfangsseitig voneinander beabstandet angeordneten Federelemente bilden Lagerflächen, um den Umlenkkörper nach radial außen einwandfrei abzustützen.
Das Riemenrad ist mit einer zentralen Nabenöffnung versehen, wobei die beschriebene segmentförmige Ausnehmung zwischen der Wandung der Nabenöffnung und dem Außenumfang des Riemenrades ausgebildet ist. Die zur einwandfreien Lagerung des Umlenkkörpers erforderliche segmentförmige Ausnehmung ist mit einem erheblichen Fertigungsaufwand verbunden. Insbesondere, wenn der Umlenkkörper sich über mehrere Windungen der Kugelrille erstreckt, kann es sehr aufwändig sein, eine entsprechend gestaltete segmentförmige Ausnehmung an dem Riemenrad auszubilden.
Ferner bilden diese als Federelemente ausgebildeten Lagerflächen exponierte Stellen, die bei einem Transport der Kugelmutter ohne das Maschinenteil leicht beschädigt werden können. Selbst bei der Montage des Maschinenteils kann es zu einem unerwünschten Verhakeln zwischen dem Maschinenteil und den Federelementen des Umlenkkörpers kommen, so dass eine Beschädigung nicht auszuschließen ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, eine Kugelmutter nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei der die Lagerung des Umlenkkörpers an dem Maschinenteil vereinfacht und montagefreundlich ausgebildet ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Kugelmutter gemäß Anspruch 1 gelöst. Dadurch, dass der Umlenkkörper an seinen axialen Enden einstückig mit den Lagern zur radialen Lagerung an dem Maschinenteil verbunden ist, und dadurch, dass die umfangsseitig vorspringenden Lager in die Ausnehmungen der Kugelmutter eingreifen und mit ihren Lagerflächen etwa bündig mit der äußeren Mantelfläche der Kugelmutter abschließen, ist eine Beschädigung der Lagerstellen durch einen Transport der Kugelmutter ausgeschlossen. Auch eine Montage des Maschinenteils auf die Kugelmutter ist vereinfacht, weil die in erfindungsgemäßer Weise bündig angeordneten Lagerflächen nicht mit dem Maschinenteil in unerwünschter Weise verhaken können.
Die etwa bündig mit der Mantelfläche abschließende Anordnung der Lager beinhaltet auch Anordnungen, in denen die Lagerflächen mit geringem radialen Abstand zur Mantelfläche der Kugelmutter angeordnet sind, bspw. 1/10 bis 2/10 mm. Die Lagerflächen können demzufolge etwas überstehen, oder auch noch radial innerhalb der Mantelfläche angeordnet sein. Wenn die Lagerung an dem Maschinenteil unter radialer Vorspannung erfolgen soll, mag es zweckmäßig sein, wenn die Lagerflächen erhaben von der Mantefläche der Kugelmutter vorstehen. Wenn Wärmedehnungen des vorzugsweise aus Kunststoff hergestellten Umlenkkörpers in der Lagerung kompensiert werden sollen, mag es zweckmäßig sein, wenn die Lagerflächen radial innerhalb und mit Abstand zu der Mantelfläche der Kugelmutter in den Ausnehmungen positioniert sind.
Die Kugeln laufen in einem endlosen Umlaufkanal um, der einen Lastabschnitt und einen Umlenkabschnitt aufweist. Der Lastabschnitt ist begrenzt durch die am Innenumfang der Kugelmutter ausgebildete Kugelrille. Der Umlenkabschnitt ist an dem Umlenkkörper ausgebildet, wobei der Umlenkabschnitt einen Anfang mit einem Ende des Lastabschnitts endlos verbindet.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung kann darin gesehen werden, dass eine Geräuschbildung der Kugelmutter reduziert ist. Die in dem endlosen Kugelkanal umlaufenden Kugeln können in dem Umlenkkörper durch Stoßkontakte mit Wandungen des endlosen Kugelkanals Schwingungen hervorrufen, die jedoch nicht als Körperschall übertragen werden, da ein Kontakt des Umlenkkörpers mit weiteren Maschinenteilen aufgrund der abstehend angeordneten Lager erheblich reduziert ist. Lediglich die Lager können im Kontakt mit dem Maschinenteil Körperschall übertragen, wobei die vorspringenden Lager mit ihren flächenmäßig kleinen Lagerflächen einer Körperschallübertragung entgegenwirken.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht schließlich darin, dass auch das Maschinenteil einfacher ausgebildet werden kann, an dem der Umlenkkörper radial gelagert ist. Denn bei der erfindungsgemäßen Kugelmutter genügt es, wenn das Maschinenteil eine fertigungstechnisch einfach herzustellende zylindrische Nabenöffnung aufweist, wobei die Wandungen der zylindrischen Nabenöffnung zugleich Widerlager für die Lagerflächen der Lager bilden. Eine einfach herzustellende Axialnut an diesen Maschinenteilen genügt, um den Umlenkkörper aufzunehmen, der jedoch mit seiner Umfangsfläche vorzugsweise beabstandet von der Wandung der Axialnut bleiben kann.
Vorzugsweise ist der sich über mehrere Windungen der Kugelrille erstreckende Umlenkkörper im Wesentlichen parallel zur Kugelmutterachse angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine einfache Ausbildung einer Aufnahme für den Umlenkkörper an dem Maschinenteil, insbesondere dann, wenn der Umlenkkörper im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
Eine einfache Lagerung für den Umlenkkörper sieht vor, dass das die Lager an diagonal gegenüberliegenden Enden des Umlenkkörpers angeordnet sind. Diese Anordnung ist auch deswegen günstig, weil die an dem Umlenkkörper vorzusehenden Kugeleinläufe in diese Lager integriert werden können. Diese Kugeleinläufe greifen in die Kugelrille der Gewindespindel ein, um die Kugeln aus der Kugelrille der Gewindespindel heraus- und in den Umlenkabschnitt des endlosen Kugelkanals hinein zu heben.
Bei einem mit einer erfindungsgemäßen Kugelmutter versehenen Kugelgewindetrieb ist in bekannter Weise ein Kugelkanal für die Kugeln durch Kugelrillen an der Spindelmutter und an der Gewindespindel gebildet. Ferner ist bei diesem Kugelgewindetrieb das Maschinenteil als Antriebsrad, insbesondere als Riemenrad ausgebildet, wobei dieses Antriebsrad mit einer konzentrischen Nabenöffnung versehen ist, in der die Spindelmutter angeordnet ist.
Derartige Kugelgewindetriebe eignen sich in günstiger Weise zur Verwendung in einer elektromechanisch unterstützten Lenkung, bei der eine Lenkbetätigung durch den elektromotorisch angetriebenen Kugelgewindetrieb mechanisch unterstützt wird.
In günstiger Weise kann bei derartigen Kugelgewindetrieben die Wandung der konzentrischen Nabenöffnung als Widerlager für die Lagerflächen der Lager verwendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt fünf Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Kugelgewindetrieb mit einer erfindungsgemäßen Kugelmutter in perspektivischer Darstellung,
2 den Kugelgewindetrieb aus 1 in einem teilweisen Längsschnitt,
3 einen Querschnitt durch den Kugelgewindetrieb,
4 die erfindungsgemäße Kugelmutter in perspektivischer Darstellung und
5 einen Längsschnitt durch den Kugelgewindetrieb mit der erfindungsgemäßen Kugelmutter.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die 1, 2 und 5 zeigen einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb im Längsschnitt und in perspektivischer Darstellung, bei dem eine Kugelmutter 1 auf einer Gewindespindel 2 unter Zwischenschaltung von Kugeln 3 drehbar gelagert ist. Die Kugeln 3 wälzen in einem endlosen Kugelkanal 4 endlos um.
Dieser endlose Kugelkanal 4 weist einen durch Kugelrillen 5, 6 gebildeten Lastabschnitt 7 auf, wobei die Kugelrillen 5, 6 an der Kugelmutter 1 und an der Gewindespindel 2 ausgebildet sind. Diese Kugelrillen 5, 6 winden sich schraubenförmig um die Längsachse der Gewindespindel 2, wobei diese Längsachse mit der Kugelmutterachse der Kugelmutter 1 zusammenfällt. In diesem Lastabschnitt 7 können die Kugeln 3 unter Last an den Kugelrillen 5, 6 abwälzen. Der endlose Kugelkanal 4 weist ferner einen Umlenkabschnitt 8 (5) auf, in dem die Kugeln 3 von einem Anfang zu einem Ende des durch die Kugelrillen 5, 6 gebildeten Lastabschnittes 7 umgelenkt werden. Der Umlenkabschnitt 8 ist an einem Umlenkkörper 9 ausgebildet, der auf der Mantelfläche der Kugelmutter 1 angeordnet ist.
Die Kugelmutter 1 ist über ein Rillenkugellager 10 an einem hier nicht weiter abgebildeten Gehäuse gelagert.
Ferner ist ein Riemenrad 11 vorgesehen, dass auf der Kugelmutter 1 drehfest aufgenommen ist (5), wobei die 1 und 2 aus Gründen der besseren Übersicht axial neben der Kugelmutter 1 angeordnet ist. Das Riemenrad 11 ist an seinem Außenumfang mit einer Verzahnung 12 für den Eingriff mit einem hier nicht abgebildeten Zahnriemen versehen. Das Riemenrad 11 ist an seinem in der 2 rechts gelegenen axialen Ende mit einem Lagerring 13 versehen, der auf die Mantelfläche der Kugelmutter 1 beispielsweise aufgepresst sein kann, jedenfalls aber für eine einwandfreie Halterung des Riemenrades 11 auf der Kugelmutter 1 sorgt.
Das Riemenrad 11 ist ferner mit einer zu der Gewindespindel 2 konzentrisch angeordneten, zylindrisch ausgebildeten Nabenöffnung 14 versehen, so dass die Kugelmutter 1 in diese Nabenöffnung 14 eingeführt werden kann. Das Riemenrad 11 ist ferner mit einer stirnseitig geöffneten axialen Nut 15 versehen, in die der Umlenkkörper 9 bei montiertem Riemenrad 11 eingreift (5).
3 zeigt den Kugelgewindetrieb mit dem auf die Kugelmutter 1 aufgesetzten Riemenrad 11. Zur Reduzierung einer Körperschallübertragung kann es zweckmäßig sein, wenn der Umlenkkörper von der Wandung der Axialnut 15 beabstandet angeordnet ist.
1 zeigt ferner, dass der Umlenkkörper 9 parallel zur Längsachse der Gewindespindel 2 angeordnet ist, und sich über mehrere Windungen der Kugelrille 5, 6 erstreckt. Der Umlenkkörper 9 ist im wesentlichen quaderförmig ausgebildet. An seinen axialen Enden ist der Umlenkkörper 9 an diagonal gegenüberliegenden Seiten mit umfangsseitig vorspringenden Lagern 16 versehen, von denen in der 1 lediglich das eine zu erkennen ist. Diese Lager 16 greifen in Ausnehmungen 17 ein, die an der Kugelmutter 1 ausgebildet sind. Die Lager 16 schließen mit ihren umfangsseitig äußeren Lagerflächen 18 bündig mit der zylindrischen Mantelfläche der Kugelmutter 1 ab.
Wenn das Riemenrad 11 – wie in der 5 im Längsschnitt abgebildet – auf die Kugelmutter 1 montiert ist, sind die Lager 16 mit ihren Lagerflächen 18 an der zylindrischen Wandung der Nabenöffnung 14 nach radial außen abgestützt. Die zylindrische Nabenöffnung 14 dient demzufolge als Widerlager für die Lager 16.
Der Umlenkkörper 9 ist andererseits an der zylindrischen Mantelfläche der Kugelmutter 1 radial einwärts abgestützt. In den Umfangsrichtungen ist der Umlenkkörper 9 durch die Lager 16 einwandfrei positioniert und gestützt; denn diese Lager 16 sind durch die Ausnehmungen 17 einwandfrei positioniert.
4 zeigt in perspektivischer Darstellung die Kugelmutter 1 und den Umlenkkörper 9. Die 4 zeigt deutlich die für die Lager 16 vorgesehenen Ausnehmungen 17 in der Mantelfläche der Kugelmutter 1. Ferner sind die am Innenumfang der Kugelmutter 1 schraubenförmig um die Kugelmutterachse gewundene Kugelrille 5 und eine am Außenumfang der Kugelmutter 1 ausgebildete Kugelrille 19 des eingangs erwähnten Rillenkugellagers 10 erkennbar.
Die 4 und 5 lassen deutlich erkennen, dass an dem Umlenkkörper 9 vorgesehene Kugeleinläufe 20 in die Ausnehmungen 17 der Kugelmutter 1 eingreifen. Diese Kugeleinläufe 20 sind regelmäßig bei Kugelgewindetrieben mit Außenumlenkung vorgesehen. Diese Kugeleinläufe 20 greifen in die Kugelrille 6 der Gewindespindel 2 ein, um die Kugeln 3 aus der Kugelrille 6 herauszuheben, so dass die Kugeln 3 in den Umlenkabschnitt 8 des Umlenkkörpers 9 gelangen. Am Ende des Umlenkabschnittes 8 gelangen die Kugeln 3 schließlich wieder über den anderen Kugeleinlauf 20 in die Kugelrille 6 der Gewindespindel 2, so dass die Kugeln 3 in dem endlosen Kugelkanal 4 endlos umwälzen können.
Die erfindungsgemäßen Lager 16 an dem Umlenkkörper 9 sind integral mit den Kugeleinläufen 20 ausgebildet. Auf diese Art und Weise ist eine Lagerung für die Umlenkkörper 9 bereitgestellt, die platzsparend ist, und die ferner eine unerwünschte Körperschallübertragung auf ein Minimum reduziert, da der quaderförmige Umlenkkörper 9 vorzugsweise erhaben aus der Mantelfläche der Kugelmutter 1 vorsteht und auch nicht an dem Riemenrad 11 anliegt.
Der in der 5 abgebildete Längsschnitt durch den Kugelgewindetrieb zeigt deutlich, dass das Riemenrad 11 an seinem einen axialen Ende über den Lagerring 13 an der Kugelmutter 1 gehaltert ist.

1: Kugelmutter
2: Gewindespindel
3: Kugel
4: Kugelkanal
5: Kugelrille
6: Kugelrille
7: Lastabschnitt
8: Umlenkabschnitt
9: Umlenkkörper
10: Rillenkugellager
11: Riemenrad
12: Verzahnung
13: Lagerring
14: Nabenöffnung
15: Axialnut
16: Lager
17: Ausnehmung
18: Lagerfläche
19: Kugelrille
20: Kugeleinlauf

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004055423 A1 [0002]

Claims

Kugelmutter (1) eines Kugelgewindetriebes, bei dem die Kugelmutter (1) auf einer Gewindespindel (2) über Kugeln (3) lagerbar ist, wobei die Kugelmutter (1) an ihrem Innenumfang mit einer schraubenförmig um die Kugelmutterachse gewundenen, sich über wenigstens eine, vorzugsweise mehrere Windungen erstreckende Kugelrille (5) für die Kugeln (3) versehen ist, und wobei auf einer Mantelfläche der Kugelmutter (1) ein Umlenkkörper (9) angeordnet ist, dessen Umlenkenden jeweils in eine Ausnehmung (17) der Kugelmutter (1) eingreifen und an ein Ende und an einen Anfang der Kugelrille (5) anschließen, und wobei der Umlenkkörper (9) in den radialen Richtungen einerseits an der Mantelfläche der Kugelmutter (1) und andererseits an einem die Kugelmutter (1) umgebenden Maschinenteil abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkkörper (9) an seinen axialen Enden einstückig mit Lagern (16) zur radialen Lagerung an dem Maschinenteil verbunden ist, wobei die umfangsseitig vorspringenden Lager (16) in die Ausnehmungen (17) der Kugelmutter (1) eingreifen und mit ihren Lagerflächen (18) etwa bündig mit der äußeren Mantelfläche der Kugelmutter (1) angeordnet sind.
Kugelmutter (1) eines Kugelgewindetriebes nach Anspruch 1, bei der der über mehrere Windungen der Kugelrille (5) sich erstreckende Umlenkkörper (9) im wesentlichen parallel zur Kugelmutterachse angeordnet ist.
Kugelmutter (1) eines Kugelgewindetriebes nach Anspruch 2, bei der der Umlenkkörper (9) im wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist.
Kugelmutter (1) eines Kugelgewindetriebes nach Anspruch 1, bei der die Lager (16) an diagonal gegenüberliegenden Enden des Umlenkkörpers (9) angeordnet sind.
Kugelgewindetrieb mit einer Kugelmutter (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Gewindespindel (2) gemeinsam mit der Kugelmutter (1) einen endlosen Kugelkanal (4) zum endlosen Umlaufen der Kugeln (3) bildet, und wobei das Maschinenteil als Antriebsrad, insbesondere als Riemenrad (11) ausgebildet ist, wobei das Antriebsrad mit einer konzentrischen Nabenöffnung (14) versehen ist, in der die Spindelmutter (1) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 5, bei dem die Lager (16) mit ihren Lagerflächen (18) an einer Wandung der Nabenöffnung (14) abgestützt sind.