DE102010011820B4

DE102010011820B4 - Planetenwälzgewindetrieb

Info

Publication number: DE102010011820B4
Application number: DE102010011820.6A
Authority: DE
Inventors: Dietmar Rudy; Bettina Rudy; Michael Kurz
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2021-11-11
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: DE102010011820A1; WO2011113724A1

Abstract

Planetenwälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (1), und mit einer auf der Gewindespindel (1) angeordneten Mutter (2), und mit mehreren über den Umfang verteilten, zwischen der Gewindespindel (1) und der Mutter (2) angeordneten Planeten (3), die am Innenumfang der Mutter (2) sowie am Außenumfang der Gewindespindel (1) abwälzbar angeordnet sind, wobei die Mutter (2) an ihrem Innenumfang mit mutterseitigen Rillen (6) versehen ist, und wobei die Gewindespindel (1) mit einem Schraubgewinde (16) versehen ist, und wobei die Planeten (3) umfangsseitig jeweils mit Vorschubrillen (13) sowie Führungsrillen (14) versehen sind, wobei die Führungsrillen (14) lediglich in Eingriff mit den mutterseitigen Rillen (6) sind, und wobei die Vorschubrillen (13) lediglich in Eingriff mit dem Schraubgewinde (16) sind, und wobei die Planeten (3) jeweils einen mit den Vorschubrillen (13) versehenen Mittelabschnitt (10) aufweisen, sowie beidseits des Mittelabschnitts (10) angeordnete Endabschnitte (11), die mit den Führungsrillen (14) versehen sind, und wobei der Mittelabschnitt (10) im Durchmesser größer als die Endabschnitte (11) ist, und wobei eine Vorspanneinrichtung (17) für die Planeten (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (2) zwei axial zueinander bewegliche Mutterteile (4, 5) aufweist, die in einer Hülse (7) angeordnet sind, an deren beiden Enden jeweils ein Kupplungsteil (9) befestigt ist zum Ankuppeln eines Maschinenteiles, wobei ein axialer Schiebesitz (5a) für das eine Mutterteil (5) in der Hülse (7) vorgesehen ist und wobei die Vorspanneinrichtung (17) ein Federelement aufweist, das axial außerhalb der beiden Mutterteile (4, 5) angeordnet und einerseits an der Hülse (7) abgestützt und andererseits gegen das eine Mutterteil (5) angefedert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Planetenwälzgewindetrieb, der eine Relativdrehung zwischen einer Mutter und einer Gewindespindel in eine axiale Relativverschiebung zwischen der Mutter und der Gewindespindel umwandelt.
Aus der Druckschrift DE 10 2008 008 013 B3 ist ein Planetenwälzgewindetrieb bekannt, der mit einer Gewindespindel und mit einer auf der Gewindespindel angeordneten Mutter versehen ist. Ferner sind mehrere, zwischen der Gewindespindel und der Mutter angeordnete, über den Umfang verteilte Planeten vorgesehen. Die Mutter ist an ihrem Innenumfang mit mutterseitigen Rillen versehen. Die Gewindespindel ist an ihrem Außenumfang mit einem Schraubgewinde versehen, wobei die Planeten umfangsseitig jeweils mit Vorschubrillen sowie Führungsrillen versehen sind. Die Führungsrillen sind lediglich in Eingriff mit den mutterseitigen Rillen, und die Vorschubrillen sind lediglich in Eingriff mit dem Schraubgewinde. Ferner ist eine Vorspanneinrichtung für die Planeten vorgesehen.
Unter einer Betätigung des Planetenwälzgewindetriebes wälzen die Planeten einerseits am Außenumfang der Gewindespindel ab und andererseits am Innenumfang der Mutter. Da die Vorschubrillen der Planeten und das Schraubgewinde der Gewindespindel ineinandergreifen, entsteht ein axialer Vorschub, der abhängig ist von der Rotationsgeschwindigkeit und der Steigung des Schraubgewindes.
In dieser Druckschrift sind die mutterseitigen Rillen, das Schraubgewinde, sowie die Führungsrillen sämtlich als Profilierungen bezeichnet. Während das Schraubgewinde der Gewindespindel entlang einer Schraubenlinie am Umfang der Gewindespindel ausgebildet ist, bildet jede Rille eine umfangsseitig in sich geschlossene Bahn oder Nut, wobei eine Vielzahl einander benachbart angeordneter Rillen vorgesehen ist, wobei eine Rille von Rillenflanken begrenzt ist.
Der Eingriff der Planeten einerseits mit der Mutter und andererseits mit der Gewindespindel ist in dieser Druckschrift deutlich in den 2 und 3 erkennbar. Die Rillen und das Schraubgewinde sind durch Rillenflanken und durch Gewindeflanken begrenzt, die aneinander anliegen, so dass über die Planeten eine mit möglichst geringern Schlupf behaftete, reibschlüssige Verbindung zwischen der Mutter und der Gewindespindel bereitgestellt ist.
In der Mutter sind die Vorspannmittel gelagert, welche mit Vorspannkräften gegen Rillen der Profilierungen der Planeten gedrückt sind. Wenigstens Segmente der Profilierungen liegen spielfrei an der Innenprofilierung der Mutter und der Außenprofilierung der Spindel an. Die Vorspannmittel sind durch einen gegen Rillen der Profilierungen der Planeten drückenden Vorspannring sowie ein elastisches Element gebildet. Dieses elastische Element kann auch als Federelement bezeichnet werden, das gemäß dieser Druckschrift bspw. durch einen O-Ring aus Gummi oder durch eine Tellerfeder oder eine Wellfeder gebildet sein kann.
Durch die Vorspannmittel zur Generierung definierter Vorspannungen zwischen dem Planeten und der Mutter beziehungsweise der Spindel sind auch Wärmeausdehnungen dieser Komponenten beim Betrieb des Gewindetriebs unkritisch und führen zu einem geringen Schlupf, der keine negativen Auswirkungen auf die Regelung der Linearposition des Gewindetriebs hat. Durch diese Vorspanneinrichtung ist ein einwandfreier Wirkeingriff der Planeten mit der Gewindespindel sowie mit der Mutter gewährleistet.
Ein Vorteil dieses Planetenwälzgewindetriebes besteht darin, dass trotz vorhandenen Spiels zwischen den Profilierungen der Planeten einerseits und der Innenprofilierung der Mutter beziehungsweise der Außenprofilierung der Spindel andererseits mittels der Vorspannmittel auch im lastfreien Zustand ein geringer Schlupf des Gewindetriebs erhalten wird. Dies bedeutet, dass bei der Festlegung der Komponenten des Gewindetriebs relativ große Toleranzen zulässig sind, was die Kosten der Herstellung des Gewindetriebs signifikant reduziert.
Nachteilig kann bei derartigen Planetenwälzgewindetrieben der aufgrund der Vorspanneinrichtung erhöhte Fertigungsaufwand sein, beispielsweise die Anzahl der Bauteile. Ferner erfordert dieser Planetenwälzgewindetrieb einen erhöhten axialen Bauraum.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, einen Planetenwälzgewindetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, der einfach herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den Planetenwälzgewindetrieb gemäß Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, dass die Mutter zwei axial zueinander bewegliche Mutterteile aufweist, und dass die Vorspanneinrichtung ein gegen das eine Mutterteil angefedertes Federelement aufweist, ist ein einfach herstellbarer Planetenwälzgewindetrieb bereitgestellt, bei dem eine spielfreie Anordnung der Planeten gewährleistet ist, so dass ein Schlupf des Planetenwälzgewindetriebes sehr gering ist.
Ferner ist aufgrund des ersatzlosen Wegfalls eines Vorspannringes - wie er bspw. in der eingangs genannten DE 10 2008 008 013 B3 erforderlich ist - einerseits die Teileanzahl reduziert, und andererseits ist der axiale Bauraumbedarf reduziert.
Das Federelement kann bspw. durch eine einzelne, oder auch mehrere über den Umfang der Spindel verteilt angeordnete Federn gebildet sein, bspw. Schraubendruckfedern, Wellfedern, oder Tellerfedern, oder auch handelsüblichen O-Ringen. Die Auswahl und die Auslegung des Federelementes kann je nach Anwendungsfall erfolgen, wobei bspw. die Federsteifigkeit sowie erforderliche Federwege zur Auslegung herangezogen werden können.
Dadurch, dass die Mutter in erfindungsgemäßer Weise zweigeteilt ist, übernimmt die Mutter mehrere Funktionen: Einerseits ist sie wie üblich ein zur Umwandlung von drehenden in axiale Bewegungen erforderliches Getriebteil. Bei erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetrieben kann es daher zweckdienlich sein, wenn die beiden axial zueinander beweglich angeordneten Mutterteile drehfest zueinander angeordnet sind. Andererseits übernimmt die Mutter in erfindungsgemäßer Weise zugleich die Funktion einer Vorspanneinrichtung, indem sie eine Anfederung der Planeten auch bei unbelastetem Planetenwälzgewindetrieb sicherstellt. Die spielfreie Anordnung der Planeten ermöglicht eine angestrebte schlupffreie Umwandlung einer Relativdrehung in eine relative Axialverschiebung zwischen der Gewindespindel und der Mutter.
Aufgrund der Anfederung der Planeten über das eine Mutterteil wirkt eine radiale Kraftkomponente im Wirkeingriff der Planeten an den keilförmigen Flanken der Rillen und des Schraubgewindes, so dass die Planeten einerseits von der Mutter radial einwärts und andererseits von der Gewindespindel radial auswärts gedrückt werden, und somit auch bei unbelastetem Planetenwälzgewindetrieb einen Wirkeingriff der Planeten gewährleisten.
Der wirtschaftlich besonders einfache erfindungsgemäße Planetenwälzgewindetrieb sieht vor, dass die beiden - vorzugsweise rollierten Mutterteile - in einer - vorzugsweise spanlos durch Umformen hergestellten - Hülse angeordnet sind, wobei ein axialer Schiebesitz für das eine Mutterteil in der Hülse vorgesehen ist.
Die beiden Mutterteile können bspw. dadurch bereitgestellt werden, dass Ringe von einem Rohr abgelängt werden, und am Innenumfang mit einem Rollierwerkzeug rolliert werden, so dass die am Innenumfang vorgesehenen mutterseitigen Rillen gebildet sind.
Die Hülse kann ebenfalls durch ein handelsübliches Rohr bereitgestellt werden, oder aber auch insbesondere bei großen Stückzahlen im Tiefziehverfahren aus geeignetem Tiefziehenmaterial hergestellt werden.
Der axiale Schiebesitz gewährleistet eine erforderliche axiale Beweglichkeit zwischen den beiden Mutterteilen. Bspw. können die Hülse und das eine Mutterteil an ihren einander zugewandten Umfangsseiten mit Gleitlagerflächen versehen sein.
Das andere Mutterteil kann gegenüber der Hülse unbeweglich angeordnet sein. Vorzugsweise ist dieses andere Mutterteil in die Hülse eingepresst. Es ist aber auch möglich, die Hülse und das andere Mutterteil einstückig miteinander zu verbinden. So ist denkbar, dass die bspw. in einem Umformverfahren hergestellte Hülse am Innenumfang in einem Rolliervorgang mit den mutterseitigen Rillen versehen wird.
Das Federelement ist axial außerhalb der beiden Mutterteile angeordnet und einerseits an der Hülse abgestützt und andererseits gegen das eine Mutterteil angefedert sein. Bspw. kann die Hülse mit einem Radialflansch versehen sein, an dem das Federelement abgestützt ist.
Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung weisen die Planeten in bekannter Weise jeweils einen mit den Vorschubrillen versehenen Mittelabschnitt auf, sowie beidseits des Mittelabschnitts angeordnete Endabschnitte, die mit den Führungsrillen versehen sind. In bekannter Weise kann der Mittelabschnitt im Durchmesser größer sein als die Endabschnitte, so dass jeder Planet zwei unterschiedliche Wirkdurchmesser hat, einen kleineren Wirkdurchmesser an den Endabschnitten und einen größeren Wirkdurchmesser an dem Mittelabschnitt.
Für eine weitere Reduzierung des axialen Bauraumbedarfs sieht eine erfindungsgemäße Weiterbildung vor, dass die beiden Mutterteile eine unterschiedliche Anzahl von mutterseitigen Rillen aufweist, wobei das im axialen Schiebesitz angeordnete Mutterteil die geringere Anzahl von Führungsrillen aufweist. Insbesondere, wenn im Anwendungsfall die Gewindespindel des Planetenwälzgewindetriebes in nur einer axialen Hauptrichtung mit großen axialen Kräften beaufschlagt wird und in der entgegengesetzten axialen Richtung lediglich mit geringen axialen Kräften beaufschlagt wird, kann es zweckmäßig sein, das bewegliche Mutterteil so anzuordnen, dass es die Führung der Planeten sowie die Vorspannung der Planeten übernimmt, jedoch lediglich mit diesen geringen axialen Kräften beaufschlagt wird. In diesem Fall genügt es, wenn das axial bewegliche Mutterteil nur wenige mutterseitige Rillen aufweist, so dass der axiale Bauraumbedarf des erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetriebes reduziert ist.
Entsprechend dieser Ausbildung der Mutter kann es bei den Planeten zweckmäßig sein, dass die oben erwähnten Endabschnitte der Planeten eine unterschiedliche Anzahl von Führungsrillen aufweisen.
An beiden Enden der Hülse ist jeweils ein Kupplungsteil befestigt zum Anschließen eines Maschinenteiles.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in einer einzigen Figur abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetrieb im Längsschnitt. Auf einer Gewindespindel 1 ist eine Mutter 2 angeordnet. Zwischen der Gewindespindel 1 und der Mutter 2 sind mehrere über den Umfang der Gewindespindel 1 verteilte Planeten 3 angeordnet. Die Planeten 3 wälzen am Außenumfang der Gewindespindel 1 sowie am Innenumfang der Mutter 2 ab.
Die Mutter 2 ist zweiteilig ausgeführt, wobei die beiden Mutterteile 4,5 axialbeweglich zueinander angeordnet sind. Beide Mutterteile 4, 5 sind am Innenumfang jeweils mit mutterseitigen Rillen 6 versehen. Beide Mutterteile 4,5 sind aus Blech in einem Umformverfahren hergestellt, wobei die Rillen 6 durch Rollieren hergestellt sind.
Die Mutter 2 ist in einer Hülse 7 angeordnet. Das Mutterteil 5 ist in einem axialen Schiebesitz 5a und demzufolge gegenüber der Hülse 7 axial verschieblich angeordnet. Über weitere, hier nicht abgebildete Mittel kann das Mutterteil 5 jedoch drehfest mit der Hülse 7 verbunden sein.
Die Hülse 7 ist aus Blech im Tiefziehverfahren geformt. An ihren beiden axialen Enden ist die Hülse 7 mit je einem Kupplungsteil 8,9 versehen. Beide Kupplungsteile 8,9 sind an der Hülse 7 befestigt. Diese Kupplungsteile 8,9 dienen dem Anschluss weiterer, hier nicht abgebildeter Maschinenteile.
Die Planeten 3 sind durch Rollen gebildet, die jeweils einen Mittelabschnitt 10, sowie beidseits des Mittelabschnitts 10 angeordnete Endabschnitte 11,12 aufweisen. Der Mittelabschnitt 10 ist an seinem Umfang mit einer Vielzahl von Vorschubrillen 13 versehen. Die beiden Endabschnitte 11,12 sind an ihrem Umfang jeweils mit mehreren Führungsrillen 14,15 versehen. Die Führungsrillen 14,15 und die Vorschubrillen 13 sind parallel zueinander angeordnet und auch parallel zu einer quer zur Planetenachse angeordneten Ebene. Die Endabschnitte 11,12 sind im Durchmesser kleiner als der Mittelabschnitt 10, so dass die Führungsrillen 14,15 im Durchmesser kleiner sind als die Vorschubrillen 13.
Die Planeten 3 sind im Wirkeingriff einerseits mit der Mutter 2 und andererseits mit der Gewindespindel 1. Die Führungsrillen 14,15 der Planeten 3 und die mutterseitigen Rillen 6 der Mutter 2 greifen ineinander ein, wobei im Wirkeingriff in bekannter Weise Flanken der Führungsrillen 14,15 an Flanken der mutterseitigen Rillen 6 anliegen.
Die Vorschubrillen 13 der Planeten 3 und ein Schraubgewinde 16 der Gewindespindel 1 greifen ineinander, wobei im Wirkeingriff Flanken der Vorschubrillen 13 an Flanken des Schraubgewindes 16 anliegen.
Der Figur ist zu entnehmen, dass die Vorschubrillen 13 lediglich im Wirkeingriff mit dem Schraubgewinde 16 der Gewindespindel 1 sind, und dass die Führungsrillen 14,15 lediglich im Wirkeingriff mit dem mutterseitigen Rillen 6 der Mutter 2 sind.
Eine Vorspanneinrichtung 17 ist vorgesehen, um die Planeten 3 auch bei unbelastetem Planetenwälzgewindetrieb im Wirkeingriff zu halten, so dass eine Umwandlung einer Relativdrehung zwischen der Mutter 2 und der Gewindespindel 1 in eine Axialverschiebung zwischen der Gewindespindel 1 und der Mutter 2 mit sehr geringem Schlupf erfolgt.
Die Vorspanneinrichtung 17 ist gebildet durch das eine axial bewegliche Mutterteil 5 sowie eine Tellerfeder 18. Die Tellerfeder 18 ist einerseits an dem Kupplungsteil 9 axial abgestützt und andererseits gegen das axial bewegliche Mutterteil 5 angefedert.
Die Planeten 3 sind an ihren Enden in Zentrierscheiben 19 gelagert. Jede Zentrierscheibe 19 weist entsprechend der Anzahl der Planeten 3 über den Umfang verteilt angeordnete Bohrungen 20 oder Langlöcher auf, in die Zapfen 21 der Planeten 3 mit Spiel in den radialen Richtungen eingreifen.
Unter der Federkraft der Tellerfeder 18 wird das axial bewegliche Mutterteil 5 in Richtung auf das andere, in der Hülse 7 befestigte Mutterteil 4 angefedert. Denkt man die hier abgebildete Gewindespindel 1 weg, wird die Federkraft von dem Mutterteil 5 in die Planeten 3 und von dort in das andere Mutterteil 4 eingeleitet. Demzufolge wird diese Federkraft von der Hülse 7 aufgenommen.
Infolge der keilförmigen Ausbildung der Flanken der Führungsrillen 14,15 sowie der Vorschubrillen 13 stellt sich eine radiale Kraftkomponente ein, die die Planeten 3 radial einwärts drückt. Die Planeten 3 können jedoch nicht oder nur geringfügig radial ausweichen, weil sie von der vorgesehenen Gewindespindel 1 daran gehindert werden. Auf diese Weise ist ein sehr schlupfarmer Betrieb auch bei von außen unbelastetem erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetrieb gewährleistet. Die für einen einwandfreien Wirkeingriff der Planeten 3 erforderliche radiale Verlagerung der Planeten 3 wird über deren Radialspiel in den Bohrungen 20 ermöglicht.
Im Ausführungsbeispiel erfolgt die axiale Hauptbelastung von rechts nach links. Das bedeutet, dass das axial bewegliche Mutterteil 5 lediglich die axiale Federkraft der Tellerfeder 18 überträgt, nicht jedoch die äußere Belastung in Richtung der axialen Hauptbelastung. Aus diesem Grund ist im Ausführungsbeispiel die Anzahl der mutterseitigen Rillen 6 an dem beweglichen Mutterteil 5 geringer als die Anzahl der Rillen 6 an dem anderen Mutterteil 4. Der axiale Kraftfluß in der Hauptbelastungsrichtung erfolgt im Ausführungsbeispiel von der Gewindespindel 1 über die Planeten 3 in das fest mit der Hülse 7 verbundene Mutterteil 4.
Bezugszeichenliste

1: Gewindespindel
2: Mutter
3: Planeten
4: Mutterteil
5: Mutterteil
5a: Schiebesitz
6: mutterseitige Rille
7: Hülse
8: Kupplungsteil
9: Kupplungsteil
10: Mittelabschnitt
11: Endabschnitt
12: Endabschnitt
13: Vorschubrillen
14: Führungsrille
15: Führungsrille
16: Schraubgewinde
17: Vorspanneinrichtung
18: Tellerfeder
19: Zentrierscheibe
20: Bohrung
21: Zapfen

Claims

Planetenwälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (1), und mit einer auf der Gewindespindel (1) angeordneten Mutter (2), und mit mehreren über den Umfang verteilten, zwischen der Gewindespindel (1) und der Mutter (2) angeordneten Planeten (3), die am Innenumfang der Mutter (2) sowie am Außenumfang der Gewindespindel (1) abwälzbar angeordnet sind, wobei die Mutter (2) an ihrem Innenumfang mit mutterseitigen Rillen (6) versehen ist, und wobei die Gewindespindel (1) mit einem Schraubgewinde (16) versehen ist, und wobei die Planeten (3) umfangsseitig jeweils mit Vorschubrillen (13) sowie Führungsrillen (14) versehen sind, wobei die Führungsrillen (14) lediglich in Eingriff mit den mutterseitigen Rillen (6) sind, und wobei die Vorschubrillen (13) lediglich in Eingriff mit dem Schraubgewinde (16) sind, und wobei die Planeten (3) jeweils einen mit den Vorschubrillen (13) versehenen Mittelabschnitt (10) aufweisen, sowie beidseits des Mittelabschnitts (10) angeordnete Endabschnitte (11), die mit den Führungsrillen (14) versehen sind, und wobei der Mittelabschnitt (10) im Durchmesser größer als die Endabschnitte (11) ist, und wobei eine Vorspanneinrichtung (17) für die Planeten (3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (2) zwei axial zueinander bewegliche Mutterteile (4, 5) aufweist, die in einer Hülse (7) angeordnet sind, an deren beiden Enden jeweils ein Kupplungsteil (9) befestigt ist zum Ankuppeln eines Maschinenteiles, wobei ein axialer Schiebesitz (5a) für das eine Mutterteil (5) in der Hülse (7) vorgesehen ist und wobei die Vorspanneinrichtung (17) ein Federelement aufweist, das axial außerhalb der beiden Mutterteile (4, 5) angeordnet und einerseits an der Hülse (7) abgestützt und andererseits gegen das eine Mutterteil (5) angefedert ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 1, dessen beide Endabschnitte (11) eine unterschiedliche Anzahl von Führungsrillen (14) aufweisen.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 1, dessen beide Mutterteile (4, 5) eine unterschiedliche Anzahl von mutterseitigen Rillen (6) aufweisen, wobei das im axialen Schiebesitz (5a) angeordnete Mutterteil (5) die geringere Anzahl von Rillen (6) aufweist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die Hülse (7) und das andere Mutterteil (4) einstückig miteinander verbunden sind.