DE102009040606B4

DE102009040606B4 - Planetenwälzgetriebe

Info

Publication number: DE102009040606B4
Application number: DE102009040606.9A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Rudy
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-09-08
Filing date: 2009-09-08
Publication date: 2015-08-13
Anticipated expiration: 2029-09-09
Also published as: DE102009040606A1

Abstract

Planetenwälzgetriebe, mit einer eine Außenprofilierung (14) mit Steigung aufweisenden Gewindespindel (2), einer eine aus Mutterstegen (5) gebildeten Innenprofilierung (6) ohne Steigung aufweisenden Spindelmutter (3), sowie zwischen der eine mechanische Funktion erfüllenden Außenprofilierung (14.) und der Innenprofilierung (6) angeordneten, Muttersteglaufrillen (9) aufweisenden Rollkörpern (4), welche mit der Innenprofilierung (6) der Spindelmutter (3) zusammenwirken sowie eine Profilierung (13) aufweisen, die mit der Außenprofilierung (14) der Gewindespindel (2) zusammenwirkt, wobei ein Sensor (16, 25) in Zusammenwirkung mit der als Maßverkörperung fungierenden Außenprofilierung (14) ein Längenmesssystem (17) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16, 25) fest mit der Spindelmutter (3) verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Planetenwälzgetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Ein gattungsgemäßes, zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung vorgesehenes Planetenwälzgetriebe ist beispielsweise aus der DE 37 39 059 A1 bekannt. Dieses Planetenwälzgetriebe arbeitet mit Wälz- oder Rollkörpern, die zwei unterschiedliche Profilierungen aufweisen, von welchen die eine einen axialen Kraftschluss mit einer Profilierung auf einer Spindel und die andere einen axialen Kraftschluss zur Profilierung auf der Innenseite einer zugehörigen Spindelmutter herstellt.
Ein Planetenwälzgetriebe, dessen mechanischer Aufbau grundsätzlich der aus der DE 37 39 059 A1 bekannten Vorrichtung entspricht, welches zusätzlich eine Messeinrichtung aufweist, ist aus der EP 1 908 990 A2 bekannt. Die Messeinrichtung ist zur Messung einer Differenzdrehbewegung zwischen einem eine Anzahl Wälz- oder Rollkörper führenden Käfig und einer Gewindespindel als Maß für die Axialbewegung zwischen der Gewindespindel und einer die Wälz- oder Rollkörper umgebenden Mutter vorgesehen.
Des Weiteren wird in der DE 196 23 742 A1 eine Einrichtung zur Erfassung des Verschiebeweges und/oder der Verschiebeposition eines verdrehungsfrei bewegten Verschiebeteils eines aus einer Spindel und einer Spindelmutter bestehenden Spindeltriebs offenbart. Die Einrichtung ist dazu als Magnetfeldsensor innerhalb eines von dem Verschiebeteil beeinflussten Magnetfeldes ausgebildet.
In der JP 02-062 454 A ist ein Kugelgewindetrieb offenbart, beidem ein Sensor fest mit einer Spindelmutter verbunden ist.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes, eine Gewindespindel sowie eine mit dieser über eine Anzahl Wälz- oder Rollkörper zusammenwirkende Spindelmutter aufweisendes Planetenwälzgetriebe, welches eine Messeinrichtung aufweist, anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Planetenwälzgetriebe mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das Planetenwälzgetriebe umfasst eine eine Außenprofilierung aufweisende Gewindespindel, eine eine Innenprofilierung aufweisende Spindelmutter, eine Anzahl zwischen der Außenprofilierung und der Innenprofilierung angeordneter Rollkörper, sowie einen fest mit der Spindelmutter verbundenen Sensor, welcher in Zusammenwirkung mit der Außenprofilierung ein Längenmessystem bildet, wobei die Außenprofilierung als Maßverkörperung des Längenmessystems fungiert.
Die Außenprofilierung der Gewindespindel erfüllt somit eine Doppelfunktion, nämlich eine mechanische Funktion innerhalb des Planetenwälzgetriebes, sowie eine messtechnische Funktion als Längenmaßstab.
Vorzugsweise ist der Sensor in die Spindelmutter integriert. Gemäß einer ersten Variante ist der Sensor in einem eine Komponente der Spindelmutter bildenden Vorsatzgehäuse angeordnet, wobei das Vorsatzgehäuse an einer die Innenprofilierung aufweisenden Mutterhülse der Spindelmutter befestigt und der Mutterhülse in Axialrichtung benachbart ist. Das Vorsatzgehäuse kann zusätzlich eine unabhängig von ihrer geometrischen Gestaltung als Aufnahmeschacht bezeichnete Ausnehmung aufweisen, welche für die Aufnahme einer mit dem Sensor zusammenwirkenden Auswerteelektronik vorgesehenen ist.
Die Angaben „axial” und „radial” beziehen sich stets auf die Längsachse der Gewindespindel, das heißt auf die Vorschubrichtung des Planetenwälzgetriebes. Hierbei spielt es keine Rolle, ob die Gewindespindel oder die Spindelmutter eine Längsbewegung vollzieht.
Gemäß einer zweiten Variante, welche mit der ersten Variante kombinierbar ist, ist der Sensor in einem Dichtungsgehäuse der Spindelmutter angeordnet. Hierbei kann Sensor unmittelbar in einer Dichtscheibe im Dichtungsgehäuse angeordnet sein.
Der Sensor ist beispielsweise zur Ausgabe eines analogen Signals, insbesondere eines 1 V_pp Sinus-Signals, ausgebildet. Ebenso kann der Sensor oder eine diesem nachgeschaltete Signalverarbeitungseinheit zu Ausgabe eines digitalen Signals vorgesehen sein. In jedem Fall gibt der die Außenprofilierung abtastende Sensor ein inkrementelles Signal aus.
Nach einer vorteilhaften Weiterbidung ist der Sensor mit einem die Verdrehung der Spindelmutter relativ zur Gewindespindel erfassenden, vorzugsweise als Absolutwertgeber ausgebildeten Drehgeber verknüpft. In Verbindung mit einem solchen absoluten Drehgeber wird durch Interpolation des inkrementellen Signals des Sensors ein hochauflösendes absolutes Messsystem bereitgestellt. Eine hohe Auflösung des Messsystems wird auch dadurch begünstigt, dass die Außenprofilierung wesentlich feiner als die Innenprofilierung der Spindelmutter strukturiert ist.
Das Planetenwälzgetriebe umfasst in bevorzugter Ausgestaltung zwei Sensoren, welche zur Ausgabe von um 90° versetzten Signalen ausgebildet sind. Beide Sensoren können im selben axialen Bereich eines eine Komponente der Spindelmutter bindenden Gehäuserings eingebaut sein. Die Sensoren können auch entsprechend dem Steigungswinkel der Gewinderillen der Außenprofilierung der Gewindespindel angeordnet sein.
Der Sensor nutzt beispielsweise den Hall-Effekt, den magnetoresistiven Effekt oder den Wirbelstrom-Effekt. Prinzipiell ist auch ein optischer Sensor als Sensor des Planetenwälzgetriebes verwendbar.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen, teils schematisiert:
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ein Planetenwälzgetriebe in geschnittener, pespektivischer Ansicht,
2 einen mittels Planetenwälzgetriebe linear antreibbaren Schlitten,
3 ein Planetenwälzgetriebe in einer Schnittdarstellung,
4 ein zwei Sensoren umfassendes Vorsatzgehäuse einer Spindelmutter eines Planetenwälzgetriebe in perspektivischer Ansicht.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Einander entsprechende oder gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein in 1 vereinfacht dargestelltes Planetenwälzgetriebe 1 weist eine Gewindespindel 2, eine Spindelmutter 3, sowie eine Anzahl Rollkörper 4 auf, hinsichtlich deren mechanischer Zusammenwirkung auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen wird.
Mehrere ringförmig umlaufende Mutterstege 5 an der Innenoberfläche der Spindelmutter 3 bilden eine Innenprofilierung 6, die mit einer Anzahl Rollkörper 4 zusammenwirkt. Jeder Rollkörper 4 weist mehrere, im Ausführungsbeispiel nach 1 zwei, Planetensegmente 8 auf. Zwischen den Planetensegmenten 8 ist eine Muttersteglaufrille 9 gebildet. Jeweils eine weitere Muttersteglaufrille 9 ist zwischen einem Planetensegment 8 und einem Gegenflankenring 10 gebildet, welcher in Richtung zur Stirnseite der Spindelmutter 3 an das Planetensegment 8 anschließt. An den Gegenflankenring 10 wiederum schließt sich stirnseitig ebenfalls als integraler Bestandteil des Rollkörpers 4 ein Ansatzstück 11 an, welches in einem Käfig 12 geführt ist.
Im Gegensatz zur sehr groben Innenprofilierung 6 weist der Rollkörper 4 eine feine Profilierung 13 auf, die mit einer ebenso feinen Außenprofilierung 14 der Gewindespindel 2 zusammenwirkt. Im Unterschied zur Innenprofilierung 6 sowie zur Profilierung 13 weist die Außenprofilierung 14 eine Steigung auf.
Beim Abrollen der Rollkörper 4 auf der Innenprofilierung 6 der Spindelmutter 3 sowie auf der Außenprofilierung 14 der Gewindespindel 2 tritt ein Schlupf auf, so dass die Rotation des Käfigs 12 relativ zur Spindelmutter 3 oder zur Gewindespindel 2 keinen exakten Schluss auf den Vorschub der Gewindespindel 2 relativ zur Spindelmutter 3 zulässt.
Zur direkten Messung des Vorschubs der Gewindespindel 2 relativ zur Spindelmutter 3 ist an einer die Innenprofilierung 6 tragenden Mutterhülse 15 der Spindelmutter 3 ein Sensor 16 befestigt, welcher unmittelbar mit der als Maßverkörperung fungierenden Außenprofilierung 14 zusammenwirkt. Die den Sensor 16 und die Außenprofilierung 14 umfassende Anordnung bildet somit ein Längenmesssystem 17.
Ein Beispiel für den Einbau des mit dem Längenmesssystem 17 ausgestatteten Planetenwälzgetriebes 1 ist in 2 wiedergegeben. Die Spindelmutter 3 ist in diesem Fall an einem Schlitten 18 befestigt, der mit Hilfe von zwei Führungsschienen 19 und insgesamt vier Führungswagen 20, welche ebenfalls am Schlitten 18 befestigt sind, längsbeweglich gelagert ist. Die mit der Spindelmutter 3 zusammenwirkende Gewindespindel 2 wird über eine Kupplung 21 von einem Motor 22 angetrieben. Auf der der Gewindespindel 2 abgewandten Seite des Motors 22 befindet sich ein als Absolutwertgeber ausgebildeter Drehgeber 23, welcher die absolute Winkelposition der Gewindespindel 2 anzeigt und datentechnisch mit dem Sensor 16 verknüpft ist.
Eine mögliche Einbausituation des Sensors 16 in der Spindelmutter 3 ist in 3 dargestellt. Der Sensor 16 befindet sich in einem Vorsatzgehäuse 24, welches stirnseitig an der Mutterhülse 15 befestigt ist. Zusätzlich zum ersten Sensor 16 ist in dem Vorsatzgehäuse 24 ein zweiter Sensor 25 angeordnet, wobei die Sensoren 16, 25 ein Sinus- beziehungsweise Cosinus-Signal liefern. Durch die um 90° versetzten Signale, beispielsweise 1 V_pp Signale, der Sensoren 16, 25 ist in an sich bekannter Weise eine 4-Qudranten-Auswertung realisierbar. Die durch die Geometrie der Außenprofilierung 14 gegebene, durch die Sensoren 16, 25 abgetastete Teilungsperiode ist mit P_S bezeichnet und entspricht nicht notwendigerweise der Gewindesteigung, da die Außenprofilierung 14 mehrere Gewindegänge umfassen kann.
In 4 ist ein Vorsatzgehäuse 24 dargestellt, welches für die Anordnung nach 3 verwendbar ist. Zusätzlich zu den Sensoren 16, 25 ist ein Aufnahmeschacht 26 erkennbar, in welchen eine nicht dargestellte, mit den Sensoren 16, 25 zusammenwirkende Auswerteelektronik einsetzbar ist. Die Auswerteelektronik kann in dem Aufnahmeschacht 26 vergossen sein und ist beispielsweise zur Ausgabe digitaler Daten vorgesehen, welche über ein Anschlusskabel 27 ausgelesen werden.
Bezugszeichenliste

1: Planetenwälzgetriebe
2: Gewindespindel
3: Spindelmutter
4: Rollkörper
5: Mutterstege
6: Innenprofilierung
7
8: Planetensegment
9: Muttersteglaufrille
10: Gegenflankenring
11: Ansatzstück
12: Käfig
13: Profilierung
14: Außenprofilierung
15: Mutterhülse
16: Sensor
17: Längenmesssystem
18: Schlitten
19: Führungsschiene
20: Führungswagen
21: Kupplung
22: Motor
23: Drehgeber
24: Vorsatzgehäuse
25: Sensor
26: Aufnahmeschacht
27: Anschlusskabel
P_S: Teilungsperiode

Claims

Planetenwälzgetriebe, mit einer eine Außenprofilierung (14) mit Steigung aufweisenden Gewindespindel (2), einer eine aus Mutterstegen (5) gebildeten Innenprofilierung (6) ohne Steigung aufweisenden Spindelmutter (3), sowie zwischen der eine mechanische Funktion erfüllenden Außenprofilierung (14.) und der Innenprofilierung (6) angeordneten, Muttersteglaufrillen (9) aufweisenden Rollkörpern (4), welche mit der Innenprofilierung (6) der Spindelmutter (3) zusammenwirken sowie eine Profilierung (13) aufweisen, die mit der Außenprofilierung (14) der Gewindespindel (2) zusammenwirkt, wobei ein Sensor (16, 25) in Zusammenwirkung mit der als Maßverkörperung fungierenden Außenprofilierung (14) ein Längenmesssystem (17) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16, 25) fest mit der Spindelmutter (3) verbunden ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16, 25) in die Spindelmutter (3) integriert ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16, 25) in einem Vorsatzgehäuse (24) der Spindelmutter (3) angeordnet ist, wobei das Vorsatzgehäuse (24) einer die Innenprofilierung (6) aufweisenden Mutterhülse (15) der Spindelmutter (3) benachbart ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorsatzgehäuse (24) einen zur Aufnahme einer mit dem Sensor (16, 25) zusammenwirkenden Auswerteelektronik vorgesehenen Aufnahmeschacht (26) aufweist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16, 25) in einem Dichtungsgehäuse der Spindelmutter (3) angeordnet ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16, 25) unmittelbar in einer Dichtscheibe im Dichtungsgehäuse angeordnet ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16, 25) zur Ausgabe eines analogen 1 Vpp Signals ausgebildet ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16, 25) zur Ausgabe eines digitalen Signals ausgebildet ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (16, 25) mit einem die Verdrehung der Spindelmutter (3) relativ zur Gewindespindel (2) erfassenden Drehgeber (23) verknüpft ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere jeweils mit der Außenprofilierung (14) zusammenwirkende Sensoren (16, 25) fest mit der Spindelmutter (3) verbunden sind.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Sensoren (16, 25) zur Ausgabe von um 90° versetzten Signalen ausgebildet sind.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (16, 25) ein Hall-Sensor vorgesehen ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (16, 25) ein magnetoresistiver Sensor vorgesehen ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (16, 25) ein Wirbelstrom-Sensor vorgesehen ist.
Planetenwälzgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Sensor (16, 25) ein optischer Sensor vorgesehen ist.