DE102010025369A1

DE102010025369A1 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102010025369A1
Application number: DE201010025369
Authority: DE
Inventors: Timm Kienzler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-28
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2011-12-29

Abstract

Kugelgewindetrieb, umfassend eine Gewindespindel mit einem Außengewinde und eine Gewindemutter mit einem Innengewinde, wobei sich das Außengewinde und das Innengewinde zu einem Kanal ergänzen, und wobei die Gewindemutter über im Kanal frei geführte Kugeln auf der Gewindespindel drehbar gelagert ist, wobei an der Mutter (4) wenigstens ein einen Abschnitt des Innengewindes (5) bildendes elastisches Element (10) vorgesehen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Kugelgewindetrieb, umfassend eine Gewindespindel mit einem Außengewinde und eine Gewindemutter mit einem Innengewinde, wobei sich das Außengewinde und das Innengewinde zu einem Kanal ergänzen, und wobei die Gewindemutter über im Kanal frei geführte Kugeln auf der Gewindespindel drehbar gelagert ist.
Hintergrund der Erfindung
Ein Kugelgewindetrieb der beschriebenen Art dient in der Regel zur Ausführung von Stellbewegungen eines mit der Gewindemutter oder der Gewindespindel gekoppelten Bauteils. Aus DE 199 44 875 A1 ist beispielsweise ein Kugelgewindetrieb der eingangs beschriebenen Art bekannt. Die Kugeln laufen in einem endlosen Kugelkanal um, der von an der Gewindemutter und an der Gewindespindel ausgebildeten Kugelrillen, also den dortigen Innen- und Außengewinden begrenzt ist. Die Kugeln werden in Umlenkabschnitten von Umlenkkörpern, die üblicherweise an der Spindelmutter angeordnet sind, jeweils von einem Auslaufende einer gemeinsamen Windung zu einem Einlaufende dieser Windung umgelenkt. Im Bereich dieser Umlenkkörper werden die Kugeln dem zufolge über die Gewindeflanke der Gewindespindel angehoben. In diesem Bereich wird keine Last auf die Kugel übertragen. Die Kugeln selbst sind im Kugelkanal frei geführt, bilden also eine Kugelkette, sie sind bei dem in Rede stehenden Kugelgewindetrieb als lose Formation in einer endlosen Reihe angeordnet. Zur Gewährleistung eines einwandfreien Betriebs des Kugelgewindetriebs ist die endlos ausgeführte Kugelkette mit einem Teilkreisendspiel versehen. Mit einem Teilkreisendspiel bezeichnet man den Abstand zwischen der ersten und der letzten Kugel der Kugelkette. Bei solchen Kugelgewindetrieben respektive losen Kugelketten kann es im Betrieb jedoch dazu kommen, dass die Kugeln aneinander kleben, so dass ein einwandfreier Umlauf nicht mehr gewährleistet ist. Dieser Effekt wird auch „Stick-Slip”-Effekt genannt. Es ist ein Kugelstaueffekt, durch welchen das Verdrehmoment der Kugelgewindemutter gegenüber der Gewindespindel erhöht wird. Diese Momentenerhöhung wird durch geringe wiederholende Verdrehbewegungen verstärkt, so dass insgesamt eine Verhärtung des Systems eintritt, mithin also die Gewindemutter nicht mehr leichtgängig wie ursprünglich auf der Spindel läuft. Dies fällt insbesondere bei geringer Antriebsleistung wie beispielsweise bei Einsatz eines Kugelgewindetriebs zur Unterstützung einer Lenkung und ähnlichem auf.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Kugelgewindetrieb anzugeben, bei dem die Möglichkeit zum zumindest teilweisen Abbau etwaiger aus dem Verkleben und dem Aufstauen der Kugeln im Kanal resultierender Verspannungen innerhalb der Kugelkette und hieraus zur Reduzierung der nachteiligen Auswirkungen der Kugelstaueffekte gegeben ist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kugelgewindetrieb der eingangsgenannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass an der Mutter wenigstens ein einen Abschnitt des Innengewindes bildendes elastisches Element vorgesehen ist.
Beim erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb weist die Mutter wenigstens ein elastisches Element auf, das einen Abschnitt des Innengewindes bildet, das heißt, dass die Kugeln an diesem elastischen Element vorbeilaufen und an ihm unmittelbar geführt sind. Dieses elastische Element, das aus Kunststoff oder Gummi ist, wird nun bei vorhandener „Verklebung” der Kugeln und mithin einer aufgebauten Verspannung durch die daran anliegenden, verspannten Kugeln deformiert. Die innere Verspannung der Kugelkette wird durch die Deformation des elastischen Elements zumindest teilweise abgebaut, so dass die daraus resultierende Verhärtung des Systems verringert respektive im Idealfall vollständig abgebaut werden kann. Das heißt, dass die Verspannung durch die elastische Deformation der Kunststoff- oder Gummieinlage abgebaut werden kann, der Anstieg des Verdrehmoments, der ungewollt aus der Verhärtung respektive Verspannung resultiert, wird ebenfalls geringer respektive kann im Idealfall vollständig reduziert werden.
Ist kein Verspannung gegeben, laufen die Kugeln also frei im Kanal und kleben nicht aneinander, so bildet das elastische Element einen die Kugeln führenden Innengewindeabschnitt, an dem die Kugeln geführt sind, ohne ihn zu deformieren.
Wie beschrieben ist das elastische Element bevorzugt aus Kunststoff, wobei jeder Kunststoff verwendet werden kann, der eine hinreichende Elastizität besitzt, die bezogen auf den Anwendungsfall gewählt ist, und der je nach Anforderung auch gegebenenfalls eine ausreichende Temperaturbeständigkeit und Ähnliches aufweist. Denkbar ist aber auch die Verwendung eines Gummielements.
Das Element selbst ist zur einfachen Anordnung an der Mutter in eine an dieser vorgesehenen Ausnehmung eingesetzt und in ihr fixiert. Ausnehmungen werden an der Gewindemutter ohnehin zur Aufnahme der Umlenkstücke vorgesehen. Beim erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb ist nun noch eine zusätzliche Ausnehmung zur Aufnahme des elastischen Elements vorgesehen, die in ihrer Größe natürlich entsprechend der Elementgröße bemessen ist, so dass dieses auf einfach Weise in ihr fixiert werden kann, z. B. durch Verrasten, Verkleben oder Ähnliches.
Wie beschrieben führt das elastische Element die Kugeln selbst, da es einen gewissen Längenabschnitt des Innengewindes bildet. Bevorzugt weist das Element an einer dem Innengewinde zugewandten Seite eine der Geometrie und Dimensionierung des Innengewindes entsprechende, den Abschnitt des Innengewindes bildende Eintiefung auf. Das heißt, dass die Form der dem Innengewinde zugewandten Elementseite exakt der Form der anschließenden Innengewindeabschnitte entspricht, so dass das Innengewinde nahtlos durch das Element fortgesetzt wird, mithin also an den Übergängen vom metallenen Innengewinde zum Kunststoff- oder Gummiinnengewindeabschnitt keinerlei Kanten oder Ähnliches gegeben sind. Hierzu ist die Kugelrilleneintiefung gegeben, die in Abhängigkeit des Kugeldurchmessers und des Teilkreisdurchmessers zu definieren ist. Das Element selbst besitzt bevorzugt eine im wesentlichen rechteckige Grundform, kann aber grundsätzlich auch jede andere Form besitzen, so lange es an seiner dem Innengewinde zugewandten Seite quasi identisch wie das Innengewinde selbst ausgeformt ist.
Die Länge des Bereichs des Elements, der den Kugelgewindeabschnitt bildet, ist wie beschrieben in Abhängigkeit des Kugeldurchmessers und des Teilkreisdurchmessers zu definieren. Die Länge sollte mindestens dem Durchmesser einer Kugel, vorzugsweise mindestens dem doppelten Durchmesser einer Kugel entsprechen, um sicher zu stellen, dass eine ausreichende Auflagefläche für eine Kraftübertragung zum Verspannungsabbau von der Kugelkette auf das Element gegeben ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb,
2 eine Prinzipdarstellung eines Querschnitts des Kugelgewindetriebs unter Darstellung der Kugelanordnung ohne Kugelstau,
3 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäß eingesetztes elastisches Element, und
4 eine Ansicht entsprechend 2 mit Kugelstau und Deformation des Elements.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb 1 umfassend eine Gewindespindel 2 mit einem Außengewinde 3 sowie eine Gewindemutter 4 mit einem Innengewinde 5. Außengewinde 3 und Innengewinde 5 bilden einen Kugelkanal 6, in dem Kugeln 7 frei geführt laufen. Sie bilden eine lose Kugelkette, die über einen geeigneten Umlenkkörper 8 in an sich bekannte Weise umgelenkt wird.
An der Gewindemutter 4 ist eine Ausnehmung 9 vorgesehen, in die ein elastisches Element 10, hier ein Kunststoffkörper 11, eingesetzt ist. Der Kunststoffkörper 11 weist, siehe 3, eine dem Innengewinde 5 zugewandte Seite 12 auf, die mit einer Eintiefung 13 versehen ist, deren Form und Flankenhöhe exakt der Form und Geometrie respektive Dimensionierung des Innengewindes 5 entspricht. Die Eintiefung 13 ist, siehe 2, auch leicht gebogen, so dass das Element 10 mit seiner Seite 12 übergangs-respektive stufenlos in das Innengewinde eingefügt werden kann, die Seite 12 respektive die Eintiefung 13 bildet einen Abschnitt des Innengewindes 5, in dem die Kugeln 7 geführt werden. Das Element 10 ist in der Ausnehmung 9 fixiert, beispielsweise eingeklebt.
2 zeigt die Situation, in welcher die Kugeln 7 im Kanal 6 frei laufen, das heißt, sie können einander berühren, lösen sich jedoch selbsttätig wieder, es kommt zu keinem Kugelstau, der zu einer Erhöhung des Drehmoments führen würde, und der Verspannungen in der Kugelkette aufbauen würde.
Diese Situation ist in 4 gezeigt. Ersichtlich sind die im rechten Teil der Figur gezeigten Kugeln 7 unmittelbar aneinander liegend, die wenigen Kugeln 7 am Anfang dieser aneinanderhaftenden Kugelkette „kleben” offensichtlich aneinander. Hierüber kommt es quasi zu einer Verspannung der Kugelkette im Kanal 6 und zum Aufbau von Spannungen innerhalb der Kugelkette.
Die ersten Kugeln 7 dieses Kugelkettenstückes befinden sich im Ausführungsbeispiel gemäß 4 oberhalb des elastischen Elements 10, also des Kunststoffkörpers 11. Da dieser elastisch ist, wird er durch die Spannung der Kugelkette, die sich quasi im Kanal 6 leicht verspreizt, deformiert, wie 4 deutlich zeigt. Hierüber werden Spannungen abgebaut, diese werden vom Element 10 aufgenommen, es kommt zu einer Wegkompensation, wie durch die in 4 gezeigte Kompensationswegstrecke x dargestellt ist. Durch diesen Spannungsabbau wird die Verhärtung des Kugelgewindetriebs zumindest temporär abgebaut respektive reduziert, gegebenenfalls können durch die Lageänderung auch die Kugeln 7 von einander gelöst werden. Das Material des Elements 10 ist so zu wählen, dass es hinreichend stark deformiert werden kann, jedoch nach wie vor seine Führungsaufgabe erfüllt und es nicht zur Bildung von Stufen und ähnlichem aufgrund der Deformation kommt. Das Element 10 ist bevorzugt an einer Stelle positioniert, an der es häufig zu etwaigen Verspannungen kommt, wo sich also bevorzugt solche Kugelkettenabschnitte mit aneinander haftenden Kugeln 7 aufbauen.
Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, auch zwei oder mehr solcher elastischer Elemente vorzusehen, insbesondere dann, wenn der Kanal relativ lang ist und mitunter mehrere Positionen gegeben sind, an denen es zu einer Kugelverspannung kommen kann.
Bezugszeichenliste

1: Kugelgewindetrieb
2: Gewindespindel
3: Außengewinde
4: Gewindemutter
5: Innengewinde
6: Kugelkanal
7: Kugeln
8: Umlenkkörper
9: Ausnehmung
10: Element
11: Kunststoffkörper
12: Seite
13: Eintiefung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19944875 A1 [0002]

Claims

Kugelgewindetrieb, umfassend eine Gewindespindel mit einem Außengewinde und eine Gewindemutter mit einem Innengewinde, wobei sich das Außengewinde und das Innengewinde zu einem Kanal ergänzen, und wobei die Gewindemutter über im Kanal frei geführte Kugeln auf der Gewindespindel drehbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Mutter (4) wenigstens ein einen Abschnitt des Innengewindes (5) bildendes elastisches Element (10) vorgesehen ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Element (10) aus Kunststoff oder Gummi ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (10) in eine an der Mutter (4) vorgesehene Ausnehmung (9) eingesetzt und in dieser fixiert ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (10) an einer dem Innengewinde (5) zugewandten Seite (12) eine der Geometrie und Dimensionierung des Innengewindes (5) entsprechende, den Abschnitt des Innengewindes (5) bildende Eintiefung (13) aufweist.
Kugelgewindetrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Bereichs des Elements (10), der den Innengewindeabschnitt bildet, mindestens dem Durchmesser einer Kugel (7), vorzugsweise mindestens dem doppelten Durchmesser einer Kugel (7) entspricht.