DE102009049936B4

DE102009049936B4 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102009049936B4
Application number: DE102009049936.9A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Frey Siegfried
Original assignee: Universitaet Stuttgart
Current assignee: Universitaet Stuttgart
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2015-03-12
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: DE102009049936A1

Abstract

Kugelgewindetrieb (1, 1a) mit einer Gewindespindel mit einer ersten gewindeförmigen Laufbahn, mit einer Vielzahl an dieser abwälzenden Kugeln, einer Doppelmutter (4) mit zwei axial benachbart auf der Gewindespindel angeordneten Muttern (2, 2a, 3, 3a) mit jeweils zweiten, zu der ersten Laufbahn komplementären Laufbahnen (26, 27) zur Aufnahme der Kugeln, wobei die beiden Muttern (2, 2a, 3, 3a) gegeneinander unter Bildung einer Axialpressung der Kugeln gegenüber den Laufbahnen axial mittels einer Vorspannkraft (Fpr) vorgespannt und drehfest miteinander verbunden sind und abhängig von einer Betriebsrichtung der Doppelmutter (4) auf der Gewindespindel eine Mutter (2, 2a, 3a, 3b) mit einer zu der Vorspannkraft (Fpr) zusätzlichen Belastung beaufschlagt und die andere Mutter (3, 3a, 2, 2a) entlastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Muttern (2, 2a, 3, 3a) bei fehlender zusätzlicher Belastung axial gegeneinander auf Block vorgespannt sind und während eines Betriebs die von der Belastung nicht belastete Mutter (3, 3a, 2, 2a) mittels einer der Belastung entgegenwirkenden, betragsmäßig geringeren Abstützkraft (Fa) gegenüber der belasteten Mutter (2, 2a, 3, 3a) verspannt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb mit einer Gewindespindel mit einer ersten gewindeförmigen Laufbahn, mit einer Vielzahl an dieser abwälzenden Kugeln, einer Doppelmutter mit zwei axial benachbart auf der Gewindespindel angeordneten Muttern mit jeweils zweiten, zu der ersten Laufbahn komplementären Laufbahnen zur Aufnahme der Kugeln, wobei die beiden Muttern gegeneinander unter Bildung einer Axialpressung der Kugeln gegenüber den Laufbahnen axial mittels einer Vorspannkraft vorgespannt und drehfest miteinander verbunden sind und abhängig von einer Betriebsrichtung der Doppelmutter auf der Gewindespindel eine Mutter mit einer zu der Vorspannkraft zusätzlichen Belastung beaufschlagt und die andere Mutter entlastet wird.
Aus der Veröffentlichung Bögelsack, G.: „Kugelrückführung und Gewindereduzierung in Kugelschraubgelenken”, in DE-Z. Feinwerktechnik, 71. Jg., 1967, Heft 7, S. 335–339 ist ein Kugelschraubgelenk mit zwei aufeinander zentrierten Muttern offenbart, die gegeneinander mittels eines axial wirksamen Energiespeichers verspannt sind und dadurch mittels Kugeln axial gegenüber einer Gewindespindel verspannt sind.
Aus der DE 44 03 724 C2 ist eine Schraubvorrichtung bekannt, bei dem die Muttern einer Doppelmutter mit Spiel gegeneinander angeordnet sind und mittels einer Beaufschlagung von Druck axial gegeneinander und dabei gegenüber einer Getriebespindel unter Verwendung von Kugeln verspannt werden.
Kugelgewindetriebe mit axial hoher Steifigkeit werden insbesondere zur Wandlung eines Drehantriebs in einen axialen Vorschub in Werkzeug- und Produktionsmaschinen eingesetzt. Aus der DE 32 04 919 C1 ist ein gattungsgemäßer Kugelgewindetrieb mit einer Doppelmutter mit zwei geteilten Muttern bekannt, bei dem zur Erzeugung der Vorspannung die beiden Muttern auf der Gewindespindel derart zueinander verdreht werden, dass die Muttern mit ihren Stirnflächen axial auf Block gegeneinander verspannt sind. Auf diese Weise wird an den Kugeln beziehungsweise den Laufbahnen ein Zweipunktkontakt zwischen diesen und den Abstützflächen der Gewindespindel und der Mutter erzeugt, der auch bei hohen Vorspannungen ein gutes Abwälzverhalten vorsieht. Dabei wird je nach Belastungsrichtung des Kugelgewindetriebs die Betriebskraft zwischen einer der beiden Muttern über den dieser zugeordneten Kreislauf der Kugeln auf die Gewindespindel übertragen.
Dabei ist die Steifigkeit des Kugelgewindetriebs für dessen Funktionsfähigkeit von entscheidender Bedeutung. Zur Vermeidung von Spiel beziehungsweise Verlust des Zweipunktkontaktes der Kugeln zu den Wälzflächen wird hierzu die Doppelmutter vorgespannt, das heißt, die beiden Muttern werden axial gegeneinander vorgespannt. Dabei muss die Vorspannung entsprechend der DIN-ISO 3408-4 (Entwurf November 2008) um den Faktor 2,83 größer sein als die axiale Belastung der Doppelmutter in axialer Richtung. Überschreitet die Belastung diese Grenze, so wird infolge der axial begrenzten Steifigkeit zwischen der belasteten Mutter und der Gewindespindel, insbesondere infolge der Elastizität der belasteten Kugeln des Kugelkreislaufs der belasteten Mutter und der Laufbahnen, die zweite Mutter gegenüber den Kugeln des dieser zugeordneten Kugelkreislaufs entlastet, so dass diese den Zweipunktkontakt verlieren und es zu einer Veränderung der Kontaktverhältnisse zwischen Kugeln und Laufbahnen kommt. Dies führt wiederum zu einem übermäßigen Gleitreibungsanteil der Kugeln, zu einem Abriss des Schmierfilms und damit letztlich zu einem erhöhten Verschleiß. Um dies zu vermeiden, werden die Vorspannungen entsprechend den zu erwartenden Anforderungen gewählt und mit einem Sicherheitsaufschlag versehen. Durch diese erhöhte Vorspannung die auch im unbelasteten Zustand wirksam ist, steigt in unerwünschter Weise die Reibung des Kugelgewindetriebs, die thermische Belastung nimmt zu und der Wirkungsgrad der Komponente sinkt. Langfristig führt die erhöhte Reibung zu einem Verschleiß der Kugeln und Laufbahnen, so dass die Vorspannung in der Doppelmutter stetig abnimmt, bis die Gebrauchsdauer der Komponente beim Auftreten eines Axialspiels erreicht ist.
Aufgabe der Erfindung ist daher, einen Kugelgewindetrieb mit einer bei vorgegebener Betriebskraft verminderter Vorspannung und damit höherem Wirkungsgrad und geringerem Verschleiß vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird durch einen Kugelgewindetrieb mit einer Gewindespindel mit einer ersten gewindeförmigen Laufbahn, mit einer Vielzahl an dieser abwälzenden Kugeln, einer Doppelmutter mit zwei axial benachbart auf der Gewindespindel angeordneten Muttern mit jeweils zweiten, zu der ersten Laufbahn komplementären Laufbahnen zur Aufnahme der Kugeln gelöst, wobei die beiden Muttern gegeneinander unter Bildung einer Axialpressung der Kugeln gegenüber den Laufbahnen axial mittels einer Vorspannkraft vorgespannt und drehfest miteinander verbunden sind und abhängig von einer Betriebsrichtung der Doppelmutter auf der Gewindespindel eine Mutter mit einer zu der Vorspannkraft zusätzlichen axialen Belastung beaufschlagt und die andere Mutter entlastet wird sowie die Muttern bei fehlender zusätzlicher Belastung axial gegeneinander auf Block vorgespannt sind und während eines Betriebs die von der Belastung nicht belastete Mutter mittels einer der Belastung entgegenwirkenden, betragsmäßig geringeren Abstützkraft gegenüber der belasteten Mutter verspannt wird.
Mit dieser Anordnung wird erzielt, dass vergleichsweise geringe und von der auftretenden maximalen Belastung im Betrieb des Kugelgewindetriebs im Wesentlichen unabhängige Vorspannungen eingestellt werden können. Hierbei wird bei einer Belastung wie Vorschubkraft eine Entlastung der nicht belasteten Mutter gegenüber den Kugeln und damit gegenüber der Gewindespindel vermieden, indem die nicht belastete Mutter mit der der Belastung entgegen gerichteten Abstützkraft belastet wird, so dass der Zweipunktkontakt der Kugeln zur Gewindespindel einerseits und zu der nicht belasteten Mutter andererseits bleibt. Dies wird erfindungsgemäß erzielt, indem nicht die Vorspannung zwischen den Muttern erhöht wird sondern bei für die Betriebskräfte idealer Vorspannung die nicht belastete Mutter durch die Abstützkraft daran gehindert wird, den Kontakt zu den Kugeln zu verlieren. Dabei wird mittels der Abstützkraft lediglich die nicht belastete Mutter entgegen der Belastung über die Kugeln gegen die Gewindespindel verspannt. Auf diese Weise kann eine konstante, niedrige Vorspannung der Muttern gegeneinander in der Doppelmutter unabhängig von der im Betrieb gewünschten Belastung wie Vorschubkraft eingestellt werden. Es können daher Kugelgewindetriebe mit einheitlicher Vorspannung für einen weiten Bereich verschiedener Belastungsanforderungen eingesetzt werden, da die Anforderung einer 2,83-fachen Vorspannung unterschritten werden kann. Die Abstützkraft bleibt dabei in ihrem Wirkungsbereich nahezu konstant, so dass beispielsweise bei Verwendung von Federelementen beliebige Belastungen kompensiert werden können, die eine Auslenkungen der Muttern bis zum maximalen Federweg der Federelemente verursachen. Da diese Auslenkungen selbst bei sehr hohen Belastungen im Bereich von wenigen Mikrometern liegen, können mit geringen Vorspannungen sehr hohe Belastungen abgedeckt werden.
Die maximal erreichbare Beschleunigung der Doppelmuttern der Kugelgewindetriebe ergibt sich bei nicht mit der Abstützkraft versehenen Doppelmuttern aus der Beabstandung der beiden Muttern infolge der die Beschleunigung auslösenden Betriebskraft. Hierbei muss die Beschleunigung auf Werte begrenzt werden, bei denen die entlastete Mutter nicht so weit entlastet wird, dass der Zweipunktkontakt zwischen den Laufbahnen und den Kugeln verloren geht. In vorteilhafter Weise bleibt die Abstützkraft an der infolge der einsetzenden Betriebskraft bei Beschleunigung dieser entlasteten Mutter des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs auch bei hohen Beschleunigungen der Doppelmutter und den daran befestigten Bauteilen erhalten, so dass die Beschleunigung der Doppelmutter unabhängig von der Auslenkung der Muttern gegeneinander ausgelegt werden kann.
In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel kann die Abstützung der Abstützkraft an einem Element abgestützt werden, das axial zwischen den beiden Muttern vorgesehen ist und einen zumindest teilweise geringeren Elastizitätsmodul als der Elastizitätsmodul der Muttern aufweist. Dieses Element kann in einem ersten Flächenbereich zur Ausbildung eines Hauptkraftschlusses ein mit dem Elastizitätsmodul der Muttern im Wesentlichen gleiches Elastizitätsmodul und ein in einem zweiten Flächenbereich zur Ausbildung eines Nebenkraftschlusses geringeres Elastizitätsmodul als das Elastizitätsmodul der Muttern aufweisen. Dabei wird die Vorspannung der Muttern gegeneinander durch den Hauptkraftschluss bewirkt und der Nebenkraftschluss axial vorgespannt. Bei hohen Betriebskräften gegenüber der belasteten Mutter wird die nicht belastete Mutter geringfügig im Bereich von wenigen Mikrometern gegenüber der belasteten axial verlagert. Hierbei tritt der Nebenkraftschluss aus dem Hauptkraftschluss axial aus, so dass die nicht belastete Mutter durch den Nebenkraftschluss axial beaufschlagt wird und gegen die Kugeln zur Aufrechterhaltung des Zweipunktkontaktes zwischen den Wälzflächen der Mutter und der Gewindespindel gedrückt wird. Die Steuerung des Austretens des Nebenkraftschlusses aus dem Hauptkraftschluss erfolgt dabei durch die axiale Auslenkung der beiden Muttern gegeneinander und wird durch die axiale Belastung im Betrieb des Kugelgewindetriebs hervorgerufen. Die durch den Nebenschluss bereit gestellte Abstützkraft wird auf die notwendige Kraft abgestimmt, die erforderlich ist, die entlastete Mutter gegen die Kugeln zu pressen.
Der Kugelgewindetrieb eignet sich gleichermaßen für einen Betrieb in beide Richtungen, so dass je nach Betriebsrichtung die Muttern abwechselnd axial belastet beziehungsweise entlastet sind. Hierzu ist die Einwirkung der Abstützkraft jeweils auf beide Muttern vorgesehen, beispielsweise kann ein Nebenkraftschluss durch Ausbildung entsprechender Flächenbereiche mit geringerem Elastizitätsmodul für beide Muttern wirksam vorgesehen werden. Im Weiteren hat sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der erste, den Hauptkraftschluss bildende Flächenbereich radial außerhalb des zweiten, den Nebenkraftschluss bildenden Flächenbereichs angeordnet ist. Dabei sind die Flächenbereiche in vorteilhafter Weise ringförmig radial übereinander liegend angeordnet.
Das Element zur Bereitstellung des Haupt- und Nebenkraftschlusses, also mit den in Flächenbereiche aufgeteilten unterschiedlichen Elastizitätsmodulen, kann aus einem axial zwischen den Muttern angeordneten Flanschteil gebildet sein, das in ersten Flächenbereichen auf Block mit den Muttern axial verspannt und in zweiten Flächenbereichen mit geringerem Elastizitätsmodul ebenfalls gegenüber den Muttern vorgespannt ist, jedoch über eine flachere Kraft-Weg-Kennlinie verfügt als die ersten Flächenbereiche hoher Steifigkeit. Grundsätzlich kann diese Funktion in einem einteiligen Flanschteil vorgesehen werden. Es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, die zweiten Flächenbereiche in Form von Einsätzen abzubilden, die beispielsweise aus elastischen Elementen gebildet sind. Diese werden in entsprechenden Ausnehmungen, beispielsweise Ringnuten des Flanschteils untergebracht und bauen den Nebenkraftschluss bei Verspannung der Muttern und des Flanschteils gegeneinander auf Block auf. Die Einsätze können vorgespannte Körper mit geringerem Elastizitätsmodul sein, beispielsweise Metallkörper oder Kunststoffkörper. Als vorteilhaftes Ausführungsbeispiel hat sich die Aufnahme von axial wirksamen Federelementen in die Ausnehmungen erwiesen. Derartige Federelemente können Tellerfedern, Membranfedern, Schraubendruckfedern, geschlitzte Federringe oder dergleichen sowie axial geschichtete Pakete dieser sein. Gemäß einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel können über den Umfang verteilte Federelemente in entsprechenden komplementären Ausnehmungen eingebracht sein.
Es hat sich als vorteilhaft gezeigt, das Flanschteil als Befestigungsteil wie Befestigungsflansch für den Kugelgewindetrieb vorzusehen, so dass zusätzliche Bauteile und Arbeitsgänge zu dessen Fertigung eingespart werden können. Hierzu ist das Flanschteil radial gegenüber dem Außenumfang der Muttern erweitert und weist entsprechende Öffnungen wie Befestigungsbohrungen zur Aufnahme an einer entsprechenden Trägereinheit, beispielsweise in einer Werkzeug- oder Produktionsmaschine oder dergleichen, auf. Es versteht sich, dass derartige Kugelgewindetriebe auch im Fahrzeugbau als Getriebe zur Wandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung beispielsweise zur Betätigung von Bremsen, Kupplungen, Kippern von Nutzfahrzeugen und dergleichen verwendet werden können.
Neben der axialen Verspannung gegeneinander sind die Muttern miteinander verdrehgesichert verbunden. Hierzu ist ein Formschluss vorgesehen, der in Umfangsrichtung wirksam ist. Dieser kann beispielsweise mittels eines oder mehrerer über den Umfang der Muttern verteilter Nutensteine gebildet werden, die in entsprechend passgenaue Ausnehmungen an der Oberfläche der Muttern eingelegt und verliergesichert werden. Bei Verwendung eines Flanschteils insbesondere eines Befestigungsflansches mit radial gegenüber den Muttern erweitertem Außendurchmesser können an diesem entsprechende Durchbrüche für den oder die Nutensteine vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich zu der Verwendung von Nutensteinen kann eine Klauenkupplung, eine Steckverzahnung, eine Bolzenverbindung oder dergleichen vorgesehen werden. Mittels des Formschlusses kann gleichzeitig eine Zentrierung der Muttern aufeinander erfolgen.
Die Erfindung wird anhand der in den 1 bis 6 dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Ansicht eines Kugelgewindetriebs,
2 einen Schnitt durch den Kugelspindeltrieb der 1 entlang der Schnittlinie A-A,
3 eine Explosionsdarstellung des Kugelspindeltriebs der 1 und 2,
4 einen Schnitt durch einen gegenüber dem Kugelgewindetrieb der 1 bis 3 leicht geänderten Kugelgewindetrieb,
5 eine Explosionsdarstellung des Kugelgewindetriebs der 5 und
6 ein Diagramm zur Darstellung der Auslenkung der beiden Muttern bei dem Kugelgewindetrieb der 1 bis 6 verglichen mit einem konventionell ausgebildeten Kugelgewindetrieb mit vorgespannter Doppelmutter
Die 1 zeigt den Kugelgewindetrieb 1 mit der aus den gegeneinander verspannten Muttern 2, 3 gebildeten Doppelmutter 4, die mittels der am Innenumfang der Muttern 2, 3 vorgesehenen Laufbahnen und an einer nicht dargestellten Gewindespindel mit einer Laufbahn für Kugeln den kompletten Gewindetrieb bildet. Zwischen den Muttern 2, 3 ist das Flanschteil 5 angeordnet. Die beiden Muttern 2, 3 sind unter Zwischenlegung des Flanschteils 5, das zugleich ein Befestigungsflansch für den Kugelgewindetrieb 1 sein kann, axial miteinander verspannt, so dass zwischen der nicht dargestellten Getriebespindel und den Muttern 2, 3 eine vorgegebene Vorspannung eingestellt wird. Hierdurch werden die Kugeln in eine Zweipunktlagerung zwischen den Wälzflächen der jeweiligen Muttern 2, 3 und der Getriebespindel gezwungen. Zur Auslegung und Funktionsweise von Kugelgewindetrieben wird auf den Entwurf der deutschen Norm DIN ISO 3408-4 (November 2008) verwiesen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel des Kugelgewindetriebs 1 der 1 wird die Vorspannung durch Verspannen der Muttern 2, 3 und des Flanschteils 5 erzielt, indem diese auf Block miteinander verspannt werden und damit einen Hauptkraftschluss ausbilden. Die beiden Muttern 2, 3 sind miteinander drehfest mittels eines Formschlusses verbunden, der durch einander diametral gegenüberliegende Nutensteine 6 gebildet ist, die in entsprechende Ausnehmungen 7 wie Einsenkungen der Muttern 2, 3 eingelegt und mittels der Schraube 8 verliergesichert sind.
2 zeigt einen Schnitt des Kugelgewindetriebs 1 entlang der Schnittlinie A-A der 1 ohne die Gewindespindel und die Kugeln mit den mit den Laufbahnen 26, 27 versehenen beiden Muttern 2, 3 und dem Flanschteil 5. Die drehfeste Verbindung der beiden Muttern 2, 3 wird über die Nutensteine 6, die entsprechende Öffnungen 9 des Flanschteils 5 durchgreifen, hergestellt.
Die radial äußeren Flächenbereiche 10 bilden den Hauptkraftschluss zwischen den Muttern 2, 3 über das Flanschteil 5 und sind daher steif, das heißt mit hohem Elastizitätsmodul, beispielsweise dem von Stahl versehen. Die radial inneren Flächenbereiche 11 bilden den Nebenkraftschluss und sind entsprechend mit einem geringeren Elastizitätsmodul versehen. Hierzu sind in dem Flanschteil 5 beidseitig Ringnuten 12 eingebracht, in denen jeweils ein Federelement 13 untergebracht ist.
Die Federelemente 13 erstrecken sich im nicht verspannten Zustand über die Stirnfläche des Flanschteils hinaus und sind im verspannten Zustand der Doppelmutter 4 jeweils zwischen dem Flanschteil 5 und der zugeordneten Mutter 2, 3 axial verspannt. Bei einer beispielsweise auf die Mutter 2 wirkenden Betriebskraft des Kugelgewindetriebs 1 werden die betroffenen Bauteile insbesondere die Kugeln und Laufbahnen 26 elastisch verformt. Um infolge dieser elastischen Verformung die Vorspannung der Mutter 3 gegenüber den dieser zugeordneten Kugeln und Laufbahnen 27 zur Aufrechterhaltung eines Zweipunktkontaktes vorzuhalten, ist der Nebenkraftschluss mit der entsprechend eingestellten Abstützkraft vorgesehen. Sinkt die Restvorspannung in Mutter 3 unter einen vorgegebenen Wert, der durch die Ausbildung und das Elastizitätsmodul der nachgiebigen Elemente, beispielsweise der Kugeln und Laufbahnen der Mutter 2 unter Belastung, vorgegeben ist, treten die Federelemente 13 aus dem Hauptkraftschluss aus und beaufschlagen die Mutter 3 gegenüber den Kugeln und der Gewindespindel. Hierdurch wirkt die der Vorspannung der beiden Muttern 2, 3 entgegenwirkende Abstützkraft, die betragsmäßig geringer als die Vorspannung und ausreichend dimensioniert ist, den Zweipunktkontakt der Mutter 3 zu den Kugeln und dieser zu der Gewindespindel aufrecht zu erhalten.
3 zeigt den Kugelgewindetrieb 1 der 1 und 2 in Explosionsdarstellung. Die Muttern 2, 3 werden an ihren Stirnflächen 14 zweifach mit unterschiedlichen Axialkräften eines Hauptkraftschlusses mit Blockverspannung gegenüber dem Flanschteil 5 und eines Nebenkraftschlusses über die Federelemente 13 beaufschlagt. Die Federelemente 13 sind dabei in Ausnehmungen 15 wie Ringnuten 12 aufgenommen und stützen sich an deren Stirnflächen 16 axial ab.
Das Flanschteil 5 ist als Befestigungsflansch 17 ausgebildet, so dass der Kugelgewindetrieb 1 mittels der Öffnungen 18 an einem Maschinenteil oder Trägerteil einer Werkzeug-, Produktionsmaschine oder dergleichen aufgenommen werden kann.
Die beiden Muttern 2, 3 sind miteinander in Umfangsrichtung formschlüssig mittels der Nutensteine 6 verbunden.
4 zeigt einen Schnitt durch einen gegenüber dem Kugelgewindetrieb 1 leicht veränderten Kugelgewindetrieb 1a. Im Unterschied hierzu sind an den Muttern 2a, 3a axiale Vorsprünge 23, 24 vorgesehen, die jeweils in Ausnehmungen 15a des Flanschteils 5a axial eingreifen. Hierdurch wird ein Formschluss in Umfangsrichtung in Form einer Klauenkupplung 25 zwischen den beiden Muttern 2a, 3a gebildet.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel dient die Klauenkupplung gleichzeitig als Nebenkraftschluss für die Muttern 2a, 3a. Hierzu sind die Ausnehmungen 15a im Flanschteil 5a durchgestellt und zwischen den Vorsprüngen 23, 24 Federelemente 13a angeordnet.
5 zeigt den Kugelgewindetrieb 1a der 4 in Explosionsdarstellung mit den Muttern 2a, 3a und dem Flanschteil 5a. Die Vorsprünge 23, 24 der Muttern 2a, 3a greifen in die im Flanschteil 5a vorgesehenen durchgestellten Ausnehmungen 15a ein und verspannen die Federelemente 13a bei axialer Verspannung der Muttern 2a, 3a und des Flanschteils 5a auf Block. Die Federelemente 13a können beispielsweise aus elastischem Material wie Kunststoff gebildet sein. Dabei kann zwischen den Federelementen 13a und den Ausnehmungen 15a ein Radial- und/oder Umfangsspiel vorgesehen sein, in das die Federelemente 13a bei axialer Vorspannung ausweichen können.
Im Gegensatz zu dem Kugelgewindetrieb 1 der 1 bis 3 sind die zweiten Flächenbereiche 11a zur Beaufschlagung der nicht belasteten Mutter, beispielsweise der Mutter 3a, nicht in dem Flanschteil 5a ausgebildet sondern werden jeweils durch die Stirnflächen 16a der jeweils belasteten Mutter – hier der Mutter 2a – gebildet, indem diese ein Widerlager für die Federelemente 13a bilden, die wiederum die Stirnflächen 16b der Mutter 3a axial beaufschlagen.
6 zeigt ein Diagramm zur Darstellung einer auf die Muttern gegenüber der Gewindespindel auftretenden axialen Kraft, die abhängig vom Betriebszustand des Kugelgewindetriebs aus der Vorspannung der Muttern und deren axialer Belastung zusammengesetzt ist, über eine durch die Belastung hervorgerufene axiale Auslenkung. Dabei wird das Kraft-Weg-Verhalten des erfindungsmäßen Kugelgewindetriebs 1 anhand der durchgezogen dargestellten Graphen 19, 20 für jeweils eine der Muttern einer erfindungsgemäßen Doppelmutter und anhand der gepunktet dargestellten Graphen 21, 22 das Kraft-Weg-Verhalten eines Kugelgewindetriebs einer Doppelmutter mit konventionell auf Block mit ausschließlichen im Hauptkraftschluss vorgespannten Muttern-Verhalten nach dem Stand der Technik dargestellt.
Die beiden Kugelgewindetriebe sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel im nicht belasteten Zustand des Kugelgewindetriebs mit derselben Vorspannkraft F_pr gegeneinander verspannt, eine Auslenkung der Muttern gegeneinander findet daher nicht statt. Wird je nach Betriebsrichtung wie axialer Auslenkungsrichtung der Muttern gegenüber der Gewindespindel die jeweilige Mutter axial belastet, das heißt, die axiale, auf die belastete Mutter wirkende Kraft steigt ausgehend von der Auslenkung 0, während die auf die nicht belastete Mutter wirkende Kraft abfällt, nimmt die Auslenkung der beiden Muttern gegeneinander zu. Beispielsweise steigt der Graph 21 der belasteten Mutter an, während der Graph 22 abfällt. In dem konventionellen Kugelgewindetrieb fällt dabei der Graph 22 auf Null, wenn die axiale Kraft des Graphen 21 die maximale axiale Kraft F_m erreicht hat, die laut DIN-ISO 3408-4 den Wert 2,83 hat. Soll daher vermieden werden, dass der Graph 22 zu Null wird, also keine Vorspannung mehr an der entlasteten Mutter mehr anliegt und die Kugeln dieser den Zweipunktkontakt verlieren, muss die Doppelmutter eines konventionellen Kugelgewindetriebs zumindest auf die maximale axiale Kraft F_m und eine zuzuschlagende Verschleißreserve eingestellt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Vorspannung der Muttern steigt die axiale Kraft der belasteten Mutter bei Belastung ebenfalls an, im Unterschied zur entlasteten Mutter des Graphen 22 fällt die axiale Kraft der entlasteten Mutter des Graphen 20 nicht auf Null sondern erreicht bei der Auslenkung s ein Niveau, das durch die Abstützkraft F_a erzeugt wird und bei der Auslenkung s auftritt, wenn beispielsweise Federelemente des Nebenkraftschlusses aus dem Hauptkraftschluss austreten.
Bezugszeichenliste

1: Kugelgewindetrieb
1a: Kugelgewindetrieb
2: Mutter
2a: Mutter
3: Mutter
3a: Mutter
4: Doppelmutter
5: Flanschteil
5a: Flanschteil
6: Nutenstein
7: Ausnehmung
8: Schraube
9: Öffnung
10: Flächenbereich
11: Flächenbereich
11a: Flächenbereich
12: Ringnut
13: Federelement
13a: Federelement
14: Stirnflächen
15: Ausnehmung
15a: Ausnehmung
16: Stirnfläche
16a: Stirnfläche
16b: Stirnfläche
17: Befestigungsflansch
18: Öffnung
19: Graph
20: Graph
21: Graph
22: Graph
23: Vorsprung
24: Vorsprung
25: Klauenkupplung
26: Laufbahn
27: Laufbahn
A-A: Schnittlinie
F_a: Abstützkraft
F_m: maximale axiale Kraft
F_pr: Vorspannkraft bei nicht belastetem Kugelgewindetrieb
s: Auslenkung

Claims

Kugelgewindetrieb (1, 1a) mit einer Gewindespindel mit einer ersten gewindeförmigen Laufbahn, mit einer Vielzahl an dieser abwälzenden Kugeln, einer Doppelmutter (4) mit zwei axial benachbart auf der Gewindespindel angeordneten Muttern (2, 2a, 3, 3a) mit jeweils zweiten, zu der ersten Laufbahn komplementären Laufbahnen (26, 27) zur Aufnahme der Kugeln, wobei die beiden Muttern (2, 2a, 3, 3a) gegeneinander unter Bildung einer Axialpressung der Kugeln gegenüber den Laufbahnen axial mittels einer Vorspannkraft (F_pr) vorgespannt und drehfest miteinander verbunden sind und abhängig von einer Betriebsrichtung der Doppelmutter (4) auf der Gewindespindel eine Mutter (2, 2a, 3a, 3b) mit einer zu der Vorspannkraft (F_pr) zusätzlichen Belastung beaufschlagt und die andere Mutter (3, 3a, 2, 2a) entlastet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Muttern (2, 2a, 3, 3a) bei fehlender zusätzlicher Belastung axial gegeneinander auf Block vorgespannt sind und während eines Betriebs die von der Belastung nicht belastete Mutter (3, 3a, 2, 2a) mittels einer der Belastung entgegenwirkenden, betragsmäßig geringeren Abstützkraft (F_a) gegenüber der belasteten Mutter (2, 2a, 3, 3a) verspannt wird.
Kugelgewindetrieb (1, 1a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Muttern (2, 2a, 3, 3a) ein Element mit einem zumindest teilweise geringeren Elastizitätsmodul als das Elastizitätsmodul der Muttern (2, 2a, 3, 3a) eingebracht ist.
Kugelgewindetrieb (1, 1a) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element in einem ersten Flächenbereich (10) zur Ausbildung eines Hauptkraftschlusses ein mit dem Elastizitätsmodul der Muttern zumindest gleiches Elastizitätsmodul und ein in einem zweiten Flächenbereich (11, 11a) zur Ausbildung eines Nebenkraftschlusses geringeres Elastizitätsmodul als das Elastizitätsmodul der Muttern (2, 2a, 3, 3a) aufweist.
Kugelgewindetrieb (1, 1a) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenbereiche (10, 11, 11a) gegenüber beiden Muttern (2, 2a, 3, 3a) wirksam sind.
Kugelgewindetrieb (1, 1a) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Flächenbereich (10) radial außerhalb des zweiten Flächenbereichs (11, 11a) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb (1, 1a) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Element als Flanschteil (5, 5a) mit zumindest einer im zweiten Flächenbereich (11, 11a) eingebrachten Ausnehmung (15, 15a) ausgebildet ist und in der zumindest einen Ausnehmung (15, 15a) ein axial wirksames Federelement (13, 13a) aufgenommen ist.
Kugelgewindetrieb (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass am Flanschteil (5) beidseitig Ringnuten (12) für die Aufnahme von Federelementen (13) vorgesehen sind.
Kugelgewindetrieb (1a) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilte Ausnehmungen (15a) vorgesehen sind, in die axial wirksame Federelemente (13a) eingebracht sind.
Kugelgewindetrieb (1, 1a) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Flanschteil (5, 5a) ein Befestigungsflansch des Kugelgewindetriebs (1, 1a) ist.
Kugelgewindetrieb (1, 1a) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Muttern (2, 2a, 3, 3a) in Umfangsrichtung formschlüssig miteinander verbunden sind.