DE102010011821A1

DE102010011821A1 - Planetenwälzgewindetrieb

Info

Publication number: DE102010011821A1
Application number: DE201010011821
Authority: DE
Inventors: Thomas Motz; Matthias Dohr; Bettina Rudy; Horst Gredy
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: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2030-03-19
Also published as: DE102010011821B4

Abstract

Ein Planetenwälzgewindetrieb ist mit einer Gewindespindel (1), und mit einer auf der Gewindespindel (1) angeordneten Mutter (2, 21), und mit mehreren zwischen der Gewindespindel (1) und der Mutter (2, 21) angeordneten Planeten (3) versehen, die am Innenumfang der Mutter (2, 21) sowie am Außenumfang der Gewindespindel (1) abwälzbar angeordnet sind. Eine Vorspanneinrichtung für die Planeten (3) ist dadurch gebildet, dass die Mutter (2, 21) an sich in den axialen Richtungen federelastisch vorgespannt ist und gegen die Planeten 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 20 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, und 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 die Rillenflanken und durch Gewindeflanken begrenzt, die aneinander anliegen, so dass über die Planeten eine mit möglichst geringem 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.
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 in den axialen Richtungen federelastisch verformbar ist, gewährleistet die Erfindung einerseits eine einwandfreie Vorspannung der Planeten, so dass die Planeten auch bei unbelastetem Planetenwälzgewindetrieb sowohl mit der Mutter als auch mit der Gewindespindel in Kontakt stehen. Andererseits ist gegenüber dem beschriebenen Stand der Technik die Anzahl der Bauteile deutlich reduziert: die Erfindung verzichtet ersatzlos auf einen Vorspannring und auf separate Vorspannmittel. Vielmehr übernimmt die Mutter nicht nur die bekannte Funktion als Getriebeteil, sondern sie übernimmt zugleich die Funktion als Vorspanneinrichtung, um die Planeten in der beschriebenen Weise vorzuspannen.
In anderen Worten ausgedrückt: die Mutter an sich hat federelastische Eigenschaften, um die Planeten in der gewünschten Weise anzufedern.
Die Mutter ist ein einziges Bauteil, das aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein kann, beispielsweise aus einer hülsenförmigen Zug- oder Druckfeder, an deren axialen Enden Mutterteile befestigt sind.
Vorzugsweise ist die Mutter jedoch durch ein einstückig hergestelltes Bauteil gebildet, das nachstehend näher beschrieben wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung weist die Mutter einen axialen Endabschnitt und einen einstückig angeschlossenen Federabschnitt auf, wobei der Endabschnitt mit den mutterseitigen Rillen versehen ist. Der Federabschnitt kann dann in erfindungsgemäßer Weise in den axialen Richtungen federelastisch verformbar sein.
Die federelastische Verformbarkeit des Federabschnitts kann auf einfache Art und Weise dadurch gewährleistet sein, dass der hülsenförmige Federabschnitt mit über den Umfang verteilt angeordneten Öffnungen versehen ist, die federelastisch auslenkbare Stege des Federabschnitts begrenzen. Wenn der Federabschnitt koaxial zur Spindelachse angeordnet ist und axial auf Druck belastet wird, lenken die federelastischen Stege derart aus, dass der axiale Abstand der axialen Enden des Federabschnitts zueinander verkürzt ist. Der erfindungsgemäße Planetenwälzgewindetrieb kann mit einem derart axial vorgespannten Federabschnitt bereitgestellt werden.
Aufgrund der axialen Anfederung der Planeten über den Federabschnitt der Mutter wirkt eine radiale Kraftkomponente an den keilförmigen Flanken der Rillen der Mutter und an den keilförmigen Flanken des Schraubgewindes der Gewindespindel, 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 Kontakt der Planeten mit der Mutter und der Gewindespindel gewährleisten.
Anstelle der federelastisch auslenkbaren Stege ist bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung vorgesehen, dass der Federabschnitt faltenbalgförmig ausgebildet ist. Der Faltenbalg kann unter axialem Zusammendrücken federelastisch vorgespannt werden, so dass der vorgespannte Faltenbalg ebenso wie zuvor beschrieben einen einwandfreien Kontakt der Planeten mit der Mutter und der Gewindespindel gewährleistet.
Zu beiden axialen Seiten des Federabschnittes können mit den mutterseitigen Rillen versehene Endabschnitte der Mutter vorgesehen sein.
Für wirtschaftlich günstig herstellbare Planetenwälzgewindetriebe ist vorgesehen, dass die Mutter aus Blech durch Umformen hergestellt ist, wobei im Fall der federelastisch auslenkbaren Stege die in dem hülsenförmigen Federabschnitt vorgesehenen Öffnungen durch Ausstanzen von Blech hergestellt sind.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von sechs in insgesamt sechs Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetrieb im Längsschnitt,
2 einen weiteren erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetrieb im Längsschnitt,
3 einen weiteren erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetrieb im Längsschnitt, und die
4 bis 6 je eine modifizierte Mutter eines erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetriebes.
Die 1 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 einstückig aus Blech hergestellt. Sie weist einen faltenbalgförmigen Federabschnitt 4 auf, der um die Gewindespindel herum ringförmig geschlossen ist.
Zu beiden axialen Seiten des faltenbalgförmigen Federabschnitts 4 schließt je ein Endabschnitt 5 einstückig an. Der faltenbalgförmige Federabschnitt 4 weist einen hülsenförmigen Ansatz 6, einen radial einwärts gerichteten Bord 7 sowie einen am Innenumfang des Bordes 7 anschließenden Kragen 8, der axial einwärts gerichtet ist und axial innerhalb des hülsenförmigen Ansatzes 6 angeordnet ist. Am Innenumfang des Kragens 8 sind mehrere mutterseitige Rillen 9 angeordnet, die in sich geschlossen und parallel zu einer die Spindelachse quer schneidenden Ebene angeordnet sind.
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 in Eingriff einerseits mit der Mutter 2 und andererseits mit der Gewindespindel 1. Die Führungsrillen 14, 15 der Planeten 3 und die mutterseitigen Rillen 6, 7 der Mutter 2 greifen ineinander ein, wobei in bekannter Weise Flanken der Führungsrillen 14, 15 an Flanken der mutterseitigen Rillen 6, 7 anliegen.
Die Vorschubrillen 13 der Planeten 3 und ein Schraubgewinde 16 der Gewindespindel 1 greifen ineinander, wobei Flanken der Vorschubrillen 13 an Flanken des Schraubgewindes 16 anliegen.
Der 1 ist zu entnehmen, dass die Vorschubrillen 13 lediglich in Eingriff mit dem Schraubgewinde 16 der Gewindespindel 1 sind, und dass die Führungsrillen 14, 15 lediglich in Eingriff mit dem mutterseitigen Rillen 9 der Mutter 2 sind.
Die Planeten 3 können an ihren Enden in Zentrierscheiben gelagert sein, die hier nicht abgebildet sind. Jede Zentrierscheibe weist entsprechend der Anzahl der Planeten 3 über den Umfang verteilt angeordnete Bohrungen oder Langlöcher auf, in die – hier nicht abgebildete – Zapfen der Planeten 3 mit Spiel in den radialen Richtungen eingreifen.
Der faltenbalgförmige Federabschnitt 4 federt die Planeten 3 an, wobei die Flanken der mutterseitigen Rillen 9 gegen die Flanken der Führungsrillen 14, 15 der Planeten 3 federnd drücken. Unter der Federkraft des Federabschnitts 4 wirkt eine radiale Kraftkomponente aufgrund der keilförmigen Flankenanordnung der mutterseitigen Rillen 9 und der Führungsrillen 14, 15 der Planeten 3 einerseits, sowie der keilförmigen Flankenanordnung der Führungsrillen 14, 15 und des Schraubgewindes 16 andererseits. Diese radiale Kraftkomponente hebt die Planeten 3 soweit aus den Rillen 9 der Mutter 2 und aus dem Schraubgewinde 16 der Gewindespindel 1 heraus, dass sich ein Kräftegleichgewicht einstellt, unter dem die Planeten 3 in Kontakt mit der Gewindespindel 1 und der Mutter 2 gehalten werden.
Der in 2 abgebildete erfindungsgemäße Planetenwälzgewindetrieb unterscheidet sich von dem aus der 1 im Wesentlichen dadurch, dass die beiden Endabschnitte 5 der Mutter 2 durch radial verjüngte Kragen 17 gebildet sind, an deren Innenumfang mutterseitige Rillen 18 anrolliert sind.
Der in 3 abgebildete erfindungsgemäße Planetenwälzgewindetrieb unterscheidet sich von dem aus der 1 im wesentlichen dadurch, dass die Endabschnitte 5 durch massive Radialborde 19 gebildet sind, an deren Innenumfang mutterseitige Rillen 20 anrolliert sind.
Bei den in den folgenden 4, 5, 6 abgebildeten erfindungsgemäßen Planetenwälzgewindetrieben ist lediglich jeweils eine erfindungsgemäße Mutter abgebildet, wobei die Anordnung der Planeten und der Gewindespindel wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen in gleicher Weise vorgesehen ist.
Die in der 4 abgebildete erfindungsgemäße Mutter 21 weist einen hülsenförmigen Federabschnitt 22 auf, der ringförmig um die Spindelachse herum angeordnet ist. Zu beiden axialen Seiten des Federabschnitts 22 schließen Endabschnitte 23a an, die einstückig mit dem Federabschnitt 22 verbunden sind. Die Endabschnitte 23a sind durch radial nach innen gerichtete Borde 23 gebildet, an deren Innenumfang mutterseitige Rillen 24 für die Planeten anrolliert sind. Der hülsenförmige Federabschnitt 22 ist mit einer Vielzahl von über den Umfang verteilt angeordneten Öffnungen 25 versehen, die die Wanddicke des hülsenförmigen Federabschnitts 22 vollständig durchsetzen.
Diese Öffnungen 25 sind etwa bogenförmig oder dreieckförmig angeordnet. Umfangsseitig einander benachbart angeordnete Öffnungen 25 begrenzen federelastische Stege 26. Bei montierten Planeten sind die Stege 26 federnd vorgespannt und üben eine axiale Kraft auf die Planeten aus, in der gleichen Weise, wie dies bereits zu dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ausgeführt wurde.
Die in der 5 abgebildete erfindungsgemäße Mutter 21 unterscheidet sich von der aus der 4 im wesentlichen dadurch, dass die Öffnungen 25 als Langlöcher 26 ausgebildet sind, die schiefwinklig zur Mutterachse angeordnet sind. Auch hier begrenzen einander benachbart angeordnete Langlöcher 26 die federelastischen Stege 26.
Die in der 6 abgebildete erfindungsgemäße Mutter 21 unterscheidet sich von der aus der 5 im wesentlichen dadurch, dass die Langlöcher 27 quer zur Mutterachse angeordnet sind, wobei eine Vielzahl über den Umfang verteilt angeordneter Langlöcher 27 vorgesehen sind, und wobei in den axialen Richtungen einander benachbart angeordnete Langlöcher 26 in den Umfangsrichtungen versetzt zueinander angeordnet sind.
Bezugszeichenliste

1: Gewindespindel
2: Mutter
3: Planeten
4: faltenbalgförmigen Federabschnitt
5: Endabschnitt
6: hülsenförmiger Ansatz
7: Bord
8: Kragen
9: mutterseitige Rillen
10: Mittelabschnitt
11: Endabschnitt
12: Endabschnitt
13: Vorschubrillen
14: Führungsrillen
15: Führungsrillen
16: Schraubgewinde
17: Kragen
18: Rille
19: Radialbord
20: Rille
21: Mutter
22: Federabschnitt
23: Bord
23a: Endabschnitt
24: Rille
25: Öffnungen
26: Steg
27: Langloch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008008013 B3 [0002]

Claims

Planetenwälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (1), und mit einer auf der Gewindespindel (1) angeordneten Mutter (2, 21), und mit mehreren zwischen der Gewindespindel (1) und der Mutter (2, 21) angeordneten Planeten (3), die am Innenumfang der Mutter (2, 21) sowie am Außenumfang der Gewindespindel (1) abwälzbar angeordnet sind, wobei die Mutter (2, 21) an ihrem Innenumfang mit quer zur Mutterachse angeordneten mutterseitigen Rillen (9, 20) 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) in Eingriff mit den mutterseitigen Rillen (9, 20) sind, und wobei die Vorschubrillen (13) in Eingriff mit dem Schraubgewinde (16) sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (2, 21) in den axialen Richtungen federelastisch verformbar ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die vorzugsweise einstückig gebildete Mutter (2, 21) einen mit den mutterseitigen Rillen (9, 20) versehenen axialen Endabschnitt (5, 23a) aufweist, an den ein federelastischer Federabschnitt (4, 22) einstückig anschließt.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 2, bei dem der hülsenförmige Federabschnitt (22) mit über den Umfang verteilt angeordneten Öffnungen (25) versehen ist, die federelastisch auslenkbare Stege (26) des Federabschnittes (22) begrenzen.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 2, bei dem der Federabschnitt (4) faltenbalgförmig ausgebildet ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 2, bei dem zu beiden axialen Seiten des Federabschnittes (4, 22) je einer der Endabschnitte (5, 23a) angeordnet ist, der die mutterseitigen Rillen (9, 20) aufweist.
Planetenwälzgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die Mutter (2, 21) aus Blech durch Umformen hergestellt ist.
Planetenwälzgewindetrieb nach den Ansprüchen 3 und 6, bei dem die Öffnungen (25) durch Ausstanzen von Blech hergestellt sind.