DE102011003691A1

DE102011003691A1 - Rollengewindetrieb

Info

Publication number: DE102011003691A1
Application number: DE102011003691A
Authority: DE
Inventors: Frank Meyer-Pittroff; Christian Bärthlein; Richard Haschke
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-02-07
Filing date: 2011-02-07
Publication date: 2012-08-09

Abstract

Rollengewindetrieb, umfassend eine ein Außengewinde aufweisende Spindel, ein die Spindel umgebendes Gehäuse sowie mehrere im Gehäuse drehgelagert angeordnete Planetenrollen, die zwei endseitige axial aufgelagerte Zapfen aufweisen, zwischen denen ein im Durchmesser vergrößerter und mit einem Profil versehener Profilabschnitt vorgesehen ist, mit dem die Planetenrollen auf der Spindel rollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (10) in an einem gehäusefesten Planetenrollenträger (11) angeordneten Radiallagern (13) drehgelagert sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Rollengewindetrieb, umfassend eine ein Außengewinde aufweisende Spindel, ein die Spindel umgebendes Gehäuse sowie mehrere im Gehäuse drehgelagert angeordnete Planetenrollen, die zwei endseitige axial aufgelagerte Zapfen aufweisen, zwischen denen ein im Durchmesser vergrößerter und mit einem Profil versehener Profilabschnitt vorgesehen ist, mit dem die Planetenrollen auf der Spindel rollen.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Rollengewindetriebe dienen der Durchführung von Stellaufgaben, wenn also zwei mit dem Rollengewindetrieb gekoppelte Bauteile relativ zueinander verstellt werden sollen. Hierzu ist eine positionsfest angeordnete, jedoch über einen Motor drehbare Spindel vorgesehen, auf der ein sie umgebendes Gehäuse angeordnet ist, in dem mehrere im Gehäuse drehgelagert angeordnete Planetenrollen aufgenommen sind. Die Planetenrollen weisen jeweils in einem mittleren Bereich einen Profilabschnitt, in der Regel konzentrische Ringe oder eines Gewindes, auf, mit denen sie in das Außengewinde der Spindel greifen. Axial sind die Planetenrollen über entsprechende Zapfen aufgelagert. Dreht sich nun die Spindel, so wälzen die Planetenrollen über ihre Profilabschnitte auf der Spindel, das heißt, sie drehen sich, bleiben jedoch ortsfest. Infolge der Spindeldrehung und damit der Planetenrollendrehung wandern die Planetenrollen und mit ihnen das Gehäuse längs der Spindel. Ein mit dem Gehäuse gekoppeltes Bauteil kann folglich bewegt werden. Alternativ zur ortsfesten Spindel kann auch das Gehäuse mit den Planeten ortsfest, jedoch drehbar gelagert sein, in diesem Fall vollzieht die Spindel den axialen Verstellweg. Ein Einsatzbeispiel für einen solchen Rollengewindetrieb ist die Verwendung als Fahrwerksaktuator, wo also der Rollengewindetrieb dazu dient, das Fahrwerk zu verstellen, wobei dieses Einsatzbeispiel selbstverständlich nicht beschränkend ist.
Ein Rollengewindetrieb der eingangs beschriebenen Art ist beispielsweise aus DE 198 54 578 A1 bekannt. Dort sind im gezeigten Beispiel vier Planetenrollen im Gehäuse angeordnet. Sie sind in um jeweils 90° versetzter Lage positioniert und drehgelagert. Zur Drehlagerung sind an einer Gehäusewand und an einer an der gegenüberliegenden Gehäusewand eingesetzten Scheibe in das Gehäuseinnere gerichtete Vorsprünge vorgesehen, die in entsprechende an den Zapfen stirnseitig ausgebildete Eintiefungen eingreifen und so die Drehlagerung der jeweiligen Planetenrollen ermöglichen. Die Vorsprünge sind durch entsprechende Eindrückungen in die Gehäusewand respektive die Scheibe realisiert. Neben der Drehlagerung erfolgt über diese Vorsprünge respektive Eindrückungen aber auch die axiale Positionierung der jeweiligen Planetenrolle. Denn infolge der Gewindesteigung des Außengewindes der Spindel und der um 90° versetzten Anordnung der Planetenrollen sind diese folglich um 1/n-tel der Gewindesteigung axial versetzt zu positionieren, damit die jeweiligen Profilabschnitte der Rollen in das Außengewinde der Spindel eingreifen können. Da im dortigen Beispiel vier Rollen vorgesehen sind, ist n = 4. Je nach Rollenanzahl ist folglich n variabel. Gleichwohl ist aber stets eine entsprechende axial versetzte Positionierung der Rollen vorzusehen. Im Stand der Technik gemäß DE 198 54 578 A1 ist diese axiale Versetzung ebenfalls über die Vorsprünge respektive Eindrückungen realisiert, die zur Festlegung der Axialposition unterschiedlich weit ins Gehäuseinnere gezogen sind.
Diese Ausführung ist in mehrerlei Hinsicht nachteilig. Denn die Ausbildung der quasi multifunktionalen Vorsprünge respektive Eintiefungen ist sehr aufwändig und muss hochgenau erfolgen. Denn zum einen müssen die Lagervorsprünge umfangsmäßig gesehen exakt gesetzt werden, damit die Planetenrollen auch exakt an der vorbestimmten Position drehgelagert werden. Darüber hinaus ist auch die Vorsprunghöhe hochgenau auszuführen, damit der axiale Versatz auch richtig eingestellt wird. Denn nur dann kann sichergestellt werden, dass die Rollen mit ihrem Profilabschnitt exakt in das Außengewinde der Spindel eingreifen. Auch ist die Lagerung im Hinblick auf die Radiallagerung nicht allzu stark radial belastbar und reibbehaftet.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Rollengewindetrieb anzugeben, der gegenüber dem bekannten Stand der Technik zumindest teilweise verbessert ist und wenigstens einen der beschriebenen Nachteile nicht aufweist.
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Rollengewindetrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß nach einer ersten Erfindungsvariante vorgesehen, dass die Zapfen in an einem gehäusefesten Planetenrollenträger angeordneten Radiallagern drehgelagert sind.
Bei dem erfindungsgemäßen Rollengewindetrieb sind zwei separate Planetenrollenträger vorgesehen, die der Drehlagerung der Planetenrollen dienen. Die Planetenrollenträger sind fest im Gehäuse angeordnet und mit Radiallagern versehen, die die Rollenzapfen aufnehmen und radial drehlagern. Als Radiallager sind Wälzlager, z. B. Nadellager, oder Gleitlager verwendbar, die gleichermaßen eine gute Radialdrehlagerung der Zapfen ermöglichen. Das heißt, dass beim erfindungsgemäßen Rollentrieb eine separate Lagerung der Rollen vorgesehen ist, losgelöst respektive entkoppelt von ihrer axialen Auflagerung. Durch die Radiallagerung der Rollen in den separaten Planetenrollenträgern ist eine wesentlich bessere Drehlagerung der Rollen möglich, verglichen mit der aus dem eingangs diskutierten Stand der Technik bekannten stirnseitigen Drehlagerung über die in entsprechende Zapfeneindrückungen eingreifenden Vorsprünge. Es können deutlich größere Kräfte übertragen werden, auch ist diese Lagerung kaum verschleißanfällig.
Bevorzugt werden Wälzlager eingesetzt, die vornehmlich als Nadellager respektive Nadelhülsen ausgeführt sind. Diese bauen radial nur sehr gering auf, so dass sich trotz gegebener Radiallagerung eine sehr klein bauende, kompakte Bauform erzielen lässt.
Jeder Planetenrollenträger ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung als Scheibe mit einer der Planetenrollenanzahl entsprechenden, von den Zapfen durchsetzten Bohrungen ausgeführt, wobei in jeder Bohrung jeweils ein Radiallager in Form eines Wälz- oder Gleitlagers, insbesondere ein Nadellager, eingesetzt ist. Eine solche Ausgestaltung des Planetenrollenträgers ist einfach herstellbar, es ist lediglich eine Scheibe mit den entsprechenden Bohrungen zu versehen, in die sodann die Lager eingesetzt, vornehmlich eingepresst oder eingeschrumpft werden können. Die Lager werden von den Zapfen durchsetzt, diese ragen also endseitig aus den Scheiben wieder heraus und können so zur Einstellung des erforderlichen axialen Versatzes der Planetenrollen zueinander verwendet werden, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
Wie einleitend beschrieben, besteht ein Nachteil des bekannten Stands der Technik darin, dass über die Vorsprünge der axiale Versatz definiert wird, was hohe Anforderungen an die Ausbildung der Vorsprünge stellt. Eine zweite alternative Erfindungsausgestaltung, die selbstverständlich aber auch kumulativ mit der zuvor beschriebenen Erfindungsausgestaltung realisiert werden kann, sieht bei einem Rollengewindetrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vor, dass zwei gehäusefeste Axialscheiben mit jeweils mehreren axial gestuften Auflagerabschnitten für die Zapfen vorgesehen sind.
Gemäß dieser Erfindungsausgestaltung kommen also zwei separat gefertigte Axialscheiben zum Einsatz, die jeweils flächige Auflagerabschnitte aufweisen, die in gestufter Ausführung respektive Anordnung an der Axialscheibe ausgebildet sind. Diese gestuften Auflageflächen dienen der Abstützung der Zapfenstirnseiten. Infolge der Stufenausbildung kann so der gewünschte 1/n-tel Axialversatz eingestellt werden. Die Ausführung dieser Scheiben ist, da die Auflagerabschnitte flächig oder kalottenförmig und gestuft ausgeführt sind, sehr einfach, die Stufen können beispielsweise durch Prägen, Bohren oder Fräsen hergestellt werden, wobei auch andere Herstellarten selbstverständlich denkbar sind. Infolge der flächigen Stufenausbildung kommt es also im Bereich der Abstützung der Zapfen ausschließlich zu einer axialen Abstützung, nicht aber gleichzeitig zur Drehlagerung, das heißt, dass wiederum die Abstützung und Drehlagerung entkoppelt sind.
Zur Reibungsreduzierung wie auch zur Steigerung der Verschleißfestigkeit sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, dass die Axialscheiben im Bereich der Auflagerabschnitte und/oder die Zapfen im Bereich ihrer Stirnseite mit einer Gleitbeschichtung versehen sind, bei der es sich um eine beliebige Gleitbeschichtung, sei sie aus einem Gleitkunststoff, sei sie aus Metall, handeln kann. Alternativ zur Verwendung einer Gleitbeschichtung ist es auch denkbar, zwischen die Zapfen und die Auflagerabschnitte jeweils Axiallager zu setzen, die der Reibungsreduzierung respektive Verbesserung der Verschleißfestigkeit dienen.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn sowohl die erfindungsgemäß vorgesehene Radiallagerung der Rollen über ihre Zapfen in den Planetenrollenträgern als auch die separate Abstützung der Zapfenstirnseiten über die gestuften Axialscheiben realisiert ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Rollengewindetriebs,
2 eine Längsschnittansicht durch den Rollengewindetrieb aus 1,
3 eine Schnittansicht längs der Linie III-III in 2, und
4 eine Perspektivansicht einer Axialscheibe.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rollengewindetrieb 1, umfassend eine ein Außengewinde 2 aufweisende Gewindespindel 3, deren eines Ende 4 beispielsweise mit einem Antriebsmotor zu koppeln ist, um die Spindel zu drehen. Vorgesehen ist ferner ein Gehäuse 5, das von der Gewindespindel 3 durchsetzt ist. Das Gehäuse 5 ist am einen Ende über eine eingesetzte, vorzugsweise verschraubte Abschlussscheibe 6, die von der Gewindespindel 3 durchsetzt ist, verschlossen, am anderen Ende ist das Gehäuse nach innen gezogen, also im Durchmesser verkleinert, so dass sich dort der Gehäuseabschluss ausbildet. Alternativ zum Verschrauben der Abschlussscheibe kann das Gehäuse auch anderweitig kraft-, form- oder stoffschlüssig geschlossen werden, insbesondere durch Verstemmen oder Verschweißen.
Ferner befinden sich im inneren des Gehäuses 5 insgesamt fünf Planetenrollen 7, siehe 3. Jede Planetenrolle 7 zeigt einen mittleren Abschnitt 8 mit einem Außenprofil 9 in Form konzentrischer Nuten und Ringe, an den sich beidseits jeweils ein Zapfen 10 anschließt. Wie die 2 und 3 zeigen, greift jede Planetenrolle 8 über das jeweilige Profil 9 in das Außengewinde 2 der Gewindespindel 3 ein, kämmt also mit diesem.
Im Gehäuse 5 sind ferner zwei fest angeordnete Planetenträger 11 vorgesehen, die in Form von Scheiben ausgeführt sind und jeweils eine der Anzahl der Planetenrollen 8 entsprechende Anzahl an Bohrungen 12 aufweisen, hier also insgesamt jeweils fünf Bohrungen pro Planetenträger 11. In jede dieser Bohrungen ist ein Radiallager, hier in Form eines Wälzlagers 13 eingesetzt, vorzugsweise ein Nadellager in Form einer Nadelhülse. In diesen Wälzlagern 13 ist jeweils ein Zapfen 10 einer Planetenrolle 8 aufgenommen und drehgelagert. Das heißt, dass hier eine reine Radiallagerung der Planetenrollen 8 über die Zapfen 10 in Verbindung mit den Wälzlagern 13 realisiert ist.
Die Zapfen 10 ragen mit ihren jeweiligen Stirnseiten 14 etwas aus den Planetenrollenträgern 11 heraus. Mit diesen Stirnseiten 14 sind sie axial aufgelagert, um jede Planetenrolle in eine bestimmte, von der Anzahl der Planetenrollen 8 abhängige Axialposition relativ zur Gewindespindel 5 zu bringen. Zur Auflagerung respektive axialen Abstützung sind zwei Axialscheiben 15 vorgesehen, die jeweils gestufte, flächige oder mit kalottenförmigen Erhöhungen versehene Auflagerabschnitte 16 aufweisen, auf denen die flächigen Stirnseiten 14 der Zapfen axial aufliegen. Eine beispielhafte Axialscheibe 15 ist in 4 gezeigt. Die Stirnseiten 14 wie auch die flächigen Auflagerabschnitte 16 können mit einer Gleitbeschichtung versehen sein, denkbar ist aber auch, zwischen beiden jeweils ein Axiallager anzuordnen. Dies dient der Verringerung der Reibung und einem etwaigen Verschleiß.
Die jeweiligen Auflagerabschnitte 16 sind an den Axialscheiben 15 gestuft angeordnet, liegen also auf unterschiedlichen Ebenen. Die jeweilige Ebenenlage, also der Abstand der einen Ebene zur benachbarten Ebene eines Auflagerabschnitts, definiert sich in Abhängigkeit der Anzahl der Planetenrollen 8. Denn die Planetenrollen sind jeweils um 1/n-tel axial gesehen versetzt zueinander anzuordnen, im gezeigten Beispiel also um 1/5-tel der Gewindesteigung des Außengewindes 2 der Gewindespindel 3, da sie ja über ihre Profile 9 in das eine definierte Steigung aufweisende Außengewinde 2 der Gewindespindel 3 eingreifen. Die Axialscheiben sind also als Stufenscheiben ausgeführt, die der axial versetzten Abstützung der Planetenrollen 8 dienen. Die Axialscheiben 15 haben folglich lediglich die axiale Abstützfunktion, während die Drehlagerung davon völlig entkoppelt über die Wälzlager 13 in den Rollenträger 11 gegeben ist. Gleichwohl können die Planetenrollen 8 allesamt identisch ausgeführt werden, das heißt, sie sind alle gleich lang, der jeweilige mittlere und das Profil 9 tragende Abschnitt ist jeweils gleich ausgeführt, wie auch die jeweiligen Zapfen 10 stets gleich lang sind. Denn infolge der Stufenausführung der Axialscheiben 15 erfolgt über die Stufen- respektive Ebenenpositionierung die Einstellung des jeweiligen Axialversatzes.
Schließlich befinden sich im Inneren des Gehäuses 5 zwei Tellerfedern 17, die die eine Axialscheibe 15 anfedern. Hierüber wird ein etwaiges Axialspiel, sollte sich ein solches aus welchen Gründen auch immer einstellen, beseitigt.
Der erfindungsgemäße Rollengewindetrieb kann sehr klein dimensioniert werden, ist infolgedessen also an beliebigen Stellen an der jeweiligen zu stellenden Gerätschaft integrierbar. Er kann überall dort zum Einsatz kommen, wo vornehmlich kurzhübige Stellaufgaben vorzunehmen sind, beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich zur Fahrwerksverstellung oder aber zur Betätigung einer Kupplung und Ähnlichem.
Bezugszeichenliste

1: Rollengewindetrieb
2: Außengewinde
3: Gewindespindel
4: Spindelende
5: Gehäuse
6: Abschlussscheibe
7: Planetenrollen
8: mittlerer Abschnitt
9: Außenprofilierung
10: Zapfen
11: Planetenträger
12: Bohrungen
13: Wälzlager
14: Stirnseiten
15: Axialscheiben
16: Auflagerabschnitte
17: Tellerfedern

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 19854578 A1 [0003, 0003]

Claims

Rollengewindetrieb, umfassend eine ein Außengewinde aufweisende Spindel, ein die Spindel umgebendes Gehäuse sowie mehrere im Gehäuse drehgelagert angeordnete Planetenrollen, die zwei endseitige axial aufgelagerte Zapfen aufweisen, zwischen denen ein im Durchmesser vergrößerter und mit einem Profil versehener Profilabschnitt vorgesehen ist, mit dem die Planetenrollen auf der Spindel rollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (10) in an einem gehäusefesten Planetenrollenträger (11) angeordneten Radiallagern (13) drehgelagert sind.
Rollengewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Radiallager Wälzlager (13), insbesondere Nadellager, oder Gleitlager, sind.
Rollengewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenrollenträger (11) eine Scheibe mit der Planetenrollenanzahl entsprechenden, von den Zapfen (10) durchsetzten Bohrungen (12) ist, in die jeweils ein Radiallager (13), insbesondere ein Nadellager, eingesetzt ist.
Rollengewindetrieb, umfassend eine ein Außengewinde aufweisende Spindel, ein die Spindel umgebendes Gehäuse sowie mehrere im Gehäuse drehgelagert angeordnete Planetenrollen, die zwei endseitige axial aufgelagerte Zapfen aufweisen, zwischen denen ein im Durchmesser vergrößerter und mit einem Außengewinde versehener Profilabschnitt vorgesehen ist, mit dem die Planetenrollen auf der Spindel rollen, insbesondere nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei gehäusefeste Axialscheiben (15) mit jeweils mehreren axial gestuften Auflagerabschnitten (16) für die Zapfen (10) vorgesehen sind.
Rollengewindetrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gestuften Auflagerabschnitte (16) geprägt, gebohrt oder gefräst sind.
Rollengewindetrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Axialscheiben (15) im Bereich der Auflagerabschnitte (16) und/oder die Zapfen (10) mit einer Gleitbeschichtung versehen sind.
Rollengewindetrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen die Zapfen (10) und die Auflagerabschnitte (16) jeweils Axiallager eingesetzt sind.