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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Wälzgewindetriebe, insbesondere auf dem Gebiet der Verschleißreduktion der Komponenten von Wälzgewindetrieben sowie deren Geräuschoptimierung.
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Zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung oder umgekehrt werden sogenannte Wälzgewindetriebe oder Wälzschraubtriebe, wie beispielsweise Kugelgewindetriebe (KGT als Abkürzung), eingesetzt, wobei als Wälzkörper z.B. Kugeln eingesetzt werden. KGT werden bei Werkzeugmaschinen, wie z. B. Drehmaschinen, auf denen Werkstück- bzw. Werkzeugträger positioniert werden müssen, eingesetzt. Die zu bewegende Komponente kann an der Mutter befestigt werden und zusätzlich über Linearführungen gelagert werden. KGT werden beispielsweise auch bei Pressen, Spritzgießmaschinen und Servolenkungen eingesetzt.
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Ein Wälzgewindetrieb umfasst eine Spindel mit einem Gewinde, eine Mutter mit Gewindegängen und Wälzkörper, die in den Gewindegängen der Mutter mit dem Gewinde der Spindel im Eingriff stehen. Ein Motor kann dann die Spindel entweder direkt oder über ein Getriebe antreiben. Als Wälzkörper können sich zwischen Spindel und Mutter in Laufrillen oder Gewindegängen z.B. Kugeln befinden, die beim Drehen der Spindel ihre axiale Position verändern. Wenn sich die Mutter nun um einige Umdrehungen bewegt, erreichen die Kugeln die Enden der Gewindegänge der Mutter und würden am Mutterende herausfallen. Daher werden sie über eine Rückführung oder einen Rückführkanal wieder an anderer Stelle in die Gewindegänge eingeführt. Der Rückführkanal in oder an der Spindelmutter befördert die Kugeln wieder zurück und schließt damit einen Kreislauf, in dem die Kugeln zirkulieren. Bei allgemeinen Wälzgewindetrieben können die Wälzköper auch zylinderförmig, tonnenförmig, kegelförmig, etc. sein, die Rückführkanäle sind dann entsprechend an die Wälzkörper angepasst.
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Die Wälzkörper werden demnach beim Einbringen in die Gewindegänge belastet und beim Austreten aus den Gewindegängen wieder entlastet. Nach dem Austreten aus den Gewindegängen werden die Wälzkörper nicht mehr zwischen Spindel und Mutter angetrieben, sondern bewegen sich teils durch die mitgenommene Bewegungsenergie aus den Gewindegängen und teils durch gegenseitiges Anschieben durch die aus den Gewindegängen austretenden Wälzkörper.
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Beim Wiedereintritt in den Gewindegang und damit in den Belastungsbereich werden die Wälzkörper leicht komprimiert, was zu einer Deformierung an den Kontaktstellen führt. Die dabei entstehenden Kräfte können besonders hoch sein, wenn Gewindegang und Rückführkanal nicht optimal gegeneinander ausgerichtet sind. Die notwendigen Kräfte werden dann von dem jeweils nachfolgenden Wälzkörper aufgebracht. In der Folge kann es zu unkontrollierten Bewegungen der Wälzkörper im Rückführkanal kommen, wobei Vibrationen und entsprechend hörbare Geräusche auftreten können. Wenn die Wälzkörper beim Verlassen des Gewindegangs vom belasteten in den unbelasteten Zustand übergehen, können diese mit hoher Geschwindigkeit gegen die Wand des Rückführkanals oder die im Rückführkanal befindlichen Wälzkörper prallen. Dabei kann es zu Vibrationen und somit zu einer Geräuschentwicklung kommen,
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Die Vibrationen haben auch zur Folge, dass es zu erhöhtem Verschleiß der Wälzkörper und der Laufflächen in dem Gewindegang und in dem Rückführungskanal kommen kann.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 025 683 A1 offenbart eine Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb mit einer endlosen Kugelbahn für Kugeln und mit einer am Innenumfang der Spindelmutter um deren Drehachse herum und entlang einer Schraubenlinie angeordneten Kugelrille für die Kugeln, die sich über wenigstens eine Windung erstreckt. Die Spindelmutter umfasst ferner eine Umlenkeinrichtung, in deren Umlenkkanal Kugeln von einem Ende einer Windung zu einem Anfang einer Windung umgelenkt werden, wobei die Spindelmutter mit einerseits an die Kugelrille anschließenden und andererseits an den Umlenkkanal anschließenden Kugeleinläufen versehen ist, wobei die Kugelrille und der Kugeleinlauf beide ein gleiches Querschnittsprofil aufweisen.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für einen Wälzgewindetrieb zu schaffen.
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Die Aufgabe wird gemäß den anhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Erkenntnis, dass die Vibrationseigenschaften eines Wälzgewindetriebes dadurch beeinflusst werden können, dass die Form der Gewindegänge und des Rückführkanals entsprechend angepasst werden. In anderen Worten kann mit einem besonders ausgeformten Gewindegang die Führung der Wälzkörper derart beeinflusst werden, dass sich die Vibrationen reduzieren lassen.
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Ausführungsbeispiele schaffen eine Mutter oder eine Spindel für einen Wälzgewindetrieb, dadurch gekennzeichnet dass die Mutter oder die Spindel einen Gewindegang umfasst, der ausgebildet ist, um Wälzkörper entlang eines Gewindes der Spindel oder der Mutter derart zu führen, dass die Wälzköper mit dem Gewinde im Eingriff stehen und eine Kraftübertragung zwischen der Mutter und der Spindel erzeugt wird. Der Gewindegang ist ausgebildet, um die Wälzköper einem Rückführkanal zuzuführen, um die Wälzkörper aus dem Rückführkanal aufzunehmen, und um die Wälzkörper vor der Rückführung in den Rückführkanal von der Kraftübertragung zu entlasten und/oder um die Wälzkörper erst nach der Aufnahme von dem Rückführkanal mit der Kraftübertragung zu belasten. In Ausführungsbeispielen können als Wälzkörper Kugeln, Rollen, Kugelrollen, Kegel, etc. vorkommen.
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Ausführungsbeispiele umfassen demnach auch invertierte Kugelgewindetriebe, bei denen die Mutter als vergleichsweise langes Rohr mit Innengewinde ausgeführt ist und die Spindel nur wenige Gewindegänge aufweist. In diesen Ausführungsbeispielen sind die Rückführkanäle auf der Spindel angeordnet, d.h. die Wälzkörper werden dann nach innen vom Gewinde der Mutter weggeführt. Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen demnach auch auf Spindeln für invertierte Wälzgewindetriebe.
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Ausführungsbeispiele umfassen dabei Muttern, bei denen der Rückführkanal durch ein weiteres Teil geschaffen wird und auch Muttern mit ausschließlich durch mechanische Bearbeitung integriertem Rückführkanal. In anderen Worten können in Ausführungsbespielen die Mutter und der Rückführkanal auch einstückig ausgebildet sein. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele auch Spindeln umfassen, die für inverse Wälzgewindetriebe angepasst sind, bei denen der Rückführkanal durch ein weiteres Teil geschaffen wird und auch Spindeln mit ausschließlich durch mechanische Bearbeitung integriertem Rückführkanal. In anderen Worten können in Ausführungsbespielen die Spindel und der Rückführkanal auch einstückig ausgebildet sein.
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Ausführungsbeispiele können ferner auf der Erkenntnis beruhen, dass der Querschnitt eines Gewindegangs im Verlauf des Gewindegangs nicht konstant zu sein braucht, stattdessen kann die Tiefe oder der Durchmesser des Gewindegangs von der Spindel weg zu den Enden des Gewindegangs hin erhöht werden. Im Falle eines invertierten Wälzgewindetriebs kann die Tiefe oder der Durchmesser des Gewindegangs zu der Rotationsachse hin zu den Enden des Gewindegangs hin erhöht werden. Erfindungsgemäß weist der Gewindegang eine Tiefe auf, die die Ausdehnung des Gewindegangs in radialer Richtung angibt, wobei die Tiefe des Gewindeganges sich zumindest an einem Ende des Gewindeganges vergrößert.
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In anderen Worten weitet sich der Gewindegang zu seinen Enden hin aus, d. h. sein Durchmesser oder seine Tiefe vergrößert sich. Dies kann an beiden Enden des Gewindegangs der Fall sein, in Ausführungsbeispielen kann eine Ausweitung des Gewindegangs eingangsseitig und/oder ausgangsseitig vorliegen. Der Gewindegang kann einen ausgeweiteten Eintrittsbereich für die Wälzkörper und/oder einen ausgeweiteten Austrittsbereich für die Wälzkörper aufweisen.
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Die Tiefe des Gewindeganges ändert sich dabei kontinuierlich. In einigen Ausführungsbeispielen kann das Tiefenprofil rampenartig, d.h. linear steigend oder fallend zwischen einem inneren (die Kraftübertragung ermöglichenden) und einem äußeren (die Kraftübertragung nicht ermöglichenden) Niveau verlaufen.
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In Ausführungsbeispielen kann die Kraftübertragung zwischen der Mutter und der Spindel in axialer Richtung entlang der Rotationsachse der Mutter erfolgen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beruhen ferner auf der Erkenntnis, dass durch die Ausweitung des Gewindegangs diejenige Position an der die Wälzkörper be- bzw. entlastet werden in den Gewindegang hinein verschoben werden kann. Damit verliert die genaue Ausrichtung zwischen dem Rückführkanal und dem Gewindegang an Bedeutung, denn der Übergang von Gewindegang zu Rückführkanal bzw. umgekehrt kann nun im entlasteten Bereich erfolgen.
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Der Gewindegang kann demnach ausgebildet sein, um in einem mittleren Bereich den Wälzkörper so zu führen, dass die Kraftübertragung zwischen der Mutter und der Spindel entsteht. Z.B. kann dies dadurch geschehen, dass die Wälzkörper in dem Gewindegang der Mutter und in dem Gewindegang der Spindel ein oder mehrere Berührungspunkte aufweisen, über die dann die Kraft übertragen wird. Der Gewindegang kann in einem äußeren Bereich ausgebildet sein, um die Kraftübertragung zu lösen und den Wälzkörper noch innerhalb des Gewindegangs zu entlasten bzw. zu belasten. Ein Querschnitt des Gewindeganges kann zumindest zu einem seiner Enden hin trichterförmig ausgebildet sein, wobei anzumerken ist, das der Gewindegang der Mutter erst zusammen mit dem Gewindegang der Spindel einen Kanal mit einem zumindest näherungsweise kreisförmigen Querschnitt bildet, sofern es sich bei den Wälzkörpern um Kugeln handelt. Insofern kann der Querschnitt des Gewindeganges der Mutter oder der Spindel näherungsweise halbkreisförmig sein. Eine trichterförmige Auf- oder Ausweitung ist somit auf den Querschnitt eines Gewindeganges der Mutter bezogen, wenn diese die Wälzkörper führt und auf den Gewindegang der Spindel, wenn die Spindel die Wälzkörper führt (invertierter Wälzgewindetrieb). Insofern hat der Gewindegang einen zumindest näherungsweise halbkreisförmigen Querschnitt, dessen Radius sich zu zumindest einem Ende hin erhöht.
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Ferner können Ausführungsbeispiele auf dem Kerngedanken beruhen, dass die Aufbringung der Last auf die Wälzkörper durch eine entsprechende Ausformung des Gewindegangs allmählich erfolgen kann. Der Gewindegang kann eine Lauffläche aufweisen, die an zumindest einem Ende des Gewindeganges in radialer Richtung weiter von der Rotationsachse oder Symmetrieachse der Mutter entfernt ist als in einem mittleren Bereich des Gewindeganges für den Fall eines regulären Wälzgewindetriebs. Im Falle eines invertierten Wälzgewindetriebs kann der Gewindegang der Spindel eine Lauffläche aufweisen, die an zumindest einem Ende des Gewindeganges in radialer Richtung näher bei der Rotationsachse oder Symmetrieachse der Spindel liegt als in einem mittleren Bereich des Gewindeganges. Die Lauffläche kann insofern rampenartig verlaufen und sich allmählich weiter von der Rotationsachse entfernen, bzw. an die Rotationsachse annähern (invertierter Wälzgewindetrieb). Es sei darauf hingewiesen, dass in Ausführungsbeispielen Wälzgewindetriebe vorkommen können, bei denen nur die Mutter, nur die Spindel oder auch beides rotiert. Insofern stellt der Begriff Rotationsachse eine Definition der Symmetrieachse oder der Rotationssymmetrieachse derjenigen Komponenten dar, die relativ zueinander rotieren können.
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In anderen Worten, kann die Last auf die Wälzkörper beim Eintritt in den Gewindegang kontrolliert erhöht bzw. beim Austritt kontrolliert gesenkt werden. Durch eine entsprechende Geometrie des Gewindegangs kann die Belastung der Wälzkörper langsam erhöht werden, nachdem diese in den Gewindegang gelangt sind, bzw. langsam gesenkt werden, bevor die Wälzkörper den Gewindegang in Richtung Rückführkanal wieder verlassen.
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Insgesamt kann dies dazu führen, dass die Wälzkörper mit weniger Kraft in den Gewindegang eingeführt werden können und dass diese mit weniger Bewegungsenergie aus dem Gewindegang heraustreten, da die Belastung bereits vor dem Austritt reduziert wird. Ausführungsbeispiele können so einen reibungsloseren Wälzkörperkreislauf schaffen. Ausführungsbeispiele können auch einen Wälzgewindetrieb mit einer Mutter gemäß obiger Beschreibung umfassen.
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Ausführungsbeispiele können somit auch ein Verfahren zum Betreiben eines Wälzgewindetriebs mit einer Spindel, Wälzkörpern und einer Mutter umfassen, wobei die Mutter einen Gewindegang und einen Rückführkanal für die Wälzkörper aufweist. Das Verfahren umfasst ein Einbringen der Wälzkörper von dem Rückführkanal in den Gewindegang und ein Belasten der Wälzkörper in dem Gewindegang. Das Verfahren umfasst ferner ein Entlasten der Wälzkörper in dem Gewindegang und ein Ausbringen der entlasteten Wälzkörper aus dem Gewindegang in den Rückführkanal.
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Ausführungsbeispiele können daher insbesondere auf der Erkenntnis beruhen, dass das allmähliche Entlasten der Wälzkörper in der Entlastungszone, ein Herausschießen der Wälzkörper aus dem Belastungsbereich heraus, vermeiden kann. Dadurch kann in der Folge ebenfalls vermieden werden, dass die Wälzkörper aus dem Lastbereich heraus in den Rückführkanal hineinschießen, und somit Stöße und Impulsübertragungen, die maßgeblich für die Vibrationen sind, vermieden werden können. Ausführungsbeispiele können die notwendige Kraft, die zum Eintritt der Wälzkörper in den Gewindegang erforderlich ist, reduzieren und somit auch im Eintrittsbereich die Entstehung von Stößen und Impulsübertragungen verringern. Ausführungsbeispiele können somit einen Wälzgewindetrieb schaffen, bei dem Geräusch- und Vibrationsentwicklung, aufgrund des unbelasteten Eintritts der Wälzkörper in den Gewindegang und aufgrund der nichtsprunghaften Reduzierung der Last, reduziert sind. Dadurch kann sich ein verminderter Verschleiß an den Wälzkörpern, dem Gewindegang und dem Rückführkanal einstellen. Darüber hinaus können sich die Herstellungskosten des Wälzgewindetriebs reduzieren lassen, nachdem die Genauigkeitsanforderungen an den Ein- und Austrittsbereich des Gewindeganges reduziert werden können. Ferner können die Toleranzgrenzen bei der Montage erhöht werden, da auf eine hochgenaue Abstimmung des Gewindeganges mit dem Rückführkanal verzichtet werden kann.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben. Es zeigen
- 1a ein Tiefendiagram eines Ausführungsbeispiels;
- 1b ein Ausführungsbeispiel einer Mutter mit einem trichterförmigen Gewindegang;
- 1c zwei dreidimensionale Darstellungen eines Ausführungsbeispiels;
- 2 Simulationsergebnisse eines Ausführungsbeispiels; und
- 3 eine Gegenüberstellung von Simulationsergebnissen eines Ausführungsbeispiels mit dem Stand der Technik.
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Bei der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Die folgenden Ausführungsbeispiele beziehen sich auf einen regulären Kugelgewindetrieb, generell umfassen Ausführungsbeispiele sämtliche reguläre und invertierte Wälzgewindetriebe und sind nicht auf reguläre Kugelgewindetriebe beschränkt.
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Die 1a zeigt ein Tiefendiagram eines Gewindegangs einer Mutter oder auch einer Spindel für einen Kugelgewindetrieb. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Kugeln in dem Gewindegang die Spindel einmal vollständig umlaufen, d.h. dass diese einen Winkelbereich von 360° in dem Gewindegang um die Spindel herum durchlaufen. Demzufolge erstreckt sich auch der Gewindegang selbst über diesen Winkelbereich. In dem Tiefendiagram der 1a ist auf der Abszisse der Umlaufwinkel in Grad um die Spindel aufgetragen, der einen Bereich von 0-360° abdeckt. Auf der Ordinate ist eine Tiefendifferenz in µm aufgetragen, wobei davon ausgegangen wird, dass die Tiefe null dem Abstand innerhalb des Gewindegangs entspricht, d.h. demjenigen Abstand von der Rotationsachse der Spindel, bei dem die Kraftübertragung von der Spindel zur Mutter stattfindet. In der 1a ist zu erkennen, dass in den Randbereichen, d.h. im Eintrittsbereich um 0° und Austrittsbereich um 360°, die Tiefe, d.h. der Abstand zur Rotationsachse größer wird. Im Falle eines invertierten Kugelgewindetriebes, würden die Kugeln nach innen weggeführt und infolgedessen würde sich der Abstand zur Rotationsachse entsprechend verringern.
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Im dargestellten Beispiel wird der Abstand zur Rotationsachse der Spindel um etwa 50µm größer (kleiner für den Fall des invertierten Kugelgewindetriebs). Diese Vergrößerung des Abstandes bzw. der Tiefe bewirkt, dass die Kraftübertragung im Eintrittsbereich und im Austrittsbereich nachlässt, so dass die Kugeln entlastet werden, noch bevor sie in den Rückführkanal überführt werden, bzw. erst belastet werden, nachdem sie vom Rückführkanal zurück in den Gewindegang geführt wurden. Die Kraftübertragung zwischen der Mutter und der Spindel kann dabei in axialer Richtung entlang der Rotationsachse der Mutter und mittels oder über die Wälzkörper erfolgen.
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Der Gewindegang kann eine Lauffläche aufweisen, die an zumindest einem Ende des Gewindeganges in radialer Richtung weiter von der Rotationsachse der Mutter entfernt ist als in einem mittleren Bereich des Gewindeganges. Der Gewindegang kann eine Tiefe aufweisen, die die Ausdehnung des Gewindegangs in radialer Richtung von der Rotationsachse der Mutter weg angibt, wobei die Tiefe des Gewindeganges sich zumindest an einem Ende des Gewindeganges vergrößert. Für den Fall eines invertierten Kugelgewindetriebs ändert sich die Lauffläche bzw. deren Tiefe in die jeweils andere Richtung.
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In der 1b ist ein Ausführungsbeispiel einer Mutter mit einem trichterförmigen Gewindegang 110 dargestellt, wobei die 1b den Gewindegang 110, die Wälzkörper 120 und den Gewindegang 130 der Spindel zeigt. Der Gewindegang 110 ist ausgebildet ist, um Wälzkörper 120 entlang eines Gewindes einer Spindel derart zu führen, dass die Wälzköper 120 mit dem Gewinde der Spindel im Eingriff stehen und eine Kraftübertragung zwischen der Mutter und der Spindel erzeugt wird. Der Gewindegang 110 ist ausgebildet, um die Wälzköper 120 einem Rückführkanal zuzuführen und um die Wälzkörper 120 aus dem Rückführkanal aufzunehmen. Der Gewindegang 110 entlastet die Wälzkörper 120 vor der Rückführung in den Rückführkanal von der Kraftübertragung und/oder belastet die Wälzkörper 120 erst nach der Aufnahme durch den Rückführkanal mit der Kraftübertragung.
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Die 1b zeigt im oberen Bereich einen Ein- bzw. Austrittsbereich des Gewindeganges 110 eines Ausführungsbeispiels. Darüber hinaus illustriert die 1b im oberen Bereich die Wälzkörper 120, wobei nur ein Wälzkörper mit einem Bezugszeichen versehen ist, die in den Gewindegang ein 110 oder austreten. Der Vollständigkeit halber sei noch einmal darauf hingewiesen, dass sich der Gewindegang, im Sinne eines Tunnels, erst in einem Zusammenspiel des Gewindeganges 110 an der Mutter und einem Gegenstück eines Gewindegangs 130 an der Spindel ergibt. Dies ist in der 1b im unteren Teil dargestellt. Die 1b zeigt im unteren Bereich eine Prinzipskizze, in der die halbkreisförmigen Gewindegänge 110, 130 der Mutter und der Spindel dargestellt sind. Es ist zu erkennen, dass der Gewindegang 110 der Mutter sich ausweitet, insofern einer trichterförmigen, halbkreisförmigen Querschnitt bildet. Ein Wälzkörper 120 wird beim Eintritt zunächst über ein Spiel verfügen, bevor er dann entlang des sich verjüngenden Gewindeganges 110 in den Kraftschluss überführt wird. Bei einem invertierten Kugelgewindetrieb kehren sich die Verhältnisse entsprechend um und der Querschnitt des Gewindeganges der Spindel ändert sich trichterförmig.
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In Ausführungsbeispielen kann der Gewindegang 110, bzw. im Gewindegang der Spindel beim invertierten Kugelgewindetrieb, auch ein „Gothic Are“-Profil aufweisen, wie es beispielsweise bei Vierpunktlagern vorkommt. Dieses Profil ermöglicht während der Kraftübertragung eine Auflage der Wälzkörper an vier Punkten, vorliegend je zwei in dem Gewindegang 110 der Mutter und dem Gewindegang 130 der Spindel. Der Querschnitt dieses Profils ergibt sich durch zwei sich überlappende Kreisbögen, deren Mittelpunkte einen Abstand voneinander aufweisen können und die die gleichen Radien aufweisen können. Der Abstand bewirkt, dass sich die beiden Kreisbögen nicht zu einem Halbkreis ergänzen, an den sich ein Wälzkörper genau anschmiegen könnte, sondern dass vielmehr zwei definierte Auflagepunkte entstehen.
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Solche Auf- oder Ausweitungen sind in Ausführungsbeispielen sowohl im Eintrittsbereich als auch im Austrittsbereich des Gewindeganges 110 an der Mutter bzw. an der Spindel denkbar. Der Gewindegang 110 kann demnach ausgebildet sein, um in einem mittleren Bereich den Wälzkörper 120 so zu führen, dass die Kraftübertragung zwischen der Mutter und der Spindel entsteht. Der Gewindegang 110 kann in zumindest einem äußeren Bereich ausgebildet sein, um die Kraftübertragung zu lösen und den Wälzkörper 120 noch innerhalb des Gewindegangs 110 zu entlasten bzw. zu belasten. Der Querschnitt des Gewindeganges 110 kann zumindest zu einem seiner Enden hin im Wesentlichen halbkreisförmig, trichterförmig, oder halbtrichterförmig ausgebildet sein.
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Ausführungsbeispiele können auch einen Kugelgewindetrieb mit einer Mutter bzw. einer Spindel gemäß der vorangehenden Beschreibung umfassen. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele auch ein Verfahren zum Betreiben eines Kugelgewindetriebs mit einer Spindel, Wälzkörpern 120 und einer Mutter, wobei die Mutter oder die Spindel einen Gewindegang 110 und einen Rückführkanal für die Wälzkörper 120 aufweist, umfassen. Das Verfahren kann einen Schritt des Einbringens der Wälzkörper 120 von dem Rückführkanal in den Gewindegang 110 und einen Schritt des Belastens der Wälzkörper 120 in dem Gewindegang 110 umfassen. Ferner kann das Verfahren ein Entlasten der Wälzkörper 120 in dem Gewindegang 110 und ein Ausbringen der entlasteten Wälzkörper 120 aus dem Gewindegang 110 in den Rückführkanal aufweisen.
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Die 1c illustriert zwei dreidimensionale Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Wälzgewindetriebs, wobei in der 1c jeweils der Gewindegang 110 und die Aussparung für den Rückführkanal 115 gezeigt sind. Die Pfeile verdeutlichen dabei den Weg oder die Bahn, die die Wälzköper dabei beschreiben. Die Wälzkörper können hier wieder als Kugeln angenommen werden, der Übersichtlichkeit halber sind die Wälzkörper in der 1c nicht dargestellt. Die beiden Darstellungen der 1c zeigen an den Übergangsstellen zwischen Gewindegang 110 und Rückführkanal, wie sich der Gewindegang 110 leicht ausweitet und so die Wälzkörper vor Eintritt in den Rückführkanal entlastet werden. Dabei ist zu beachten, dass die Ausweitung des Gewindegangs hier zur Verdeutlichung stark übertrieben dargestellt wurde und in Ausführungsbeispielen die Ausweitung auch weit weniger betragen kann. Beispielsweise kann sich der Gewindegang im Bereich der Ausweitung um 0,1%, 0,5%, 1%, 5%, oder 10% im Vergleich zum Bereich der Kraftübertragung ausweiten. In der gleichen Art kann in Ausführungsbeispielen auch der Eintritt der Wälzköper in den Gewindegang 110 erfolgen. Dies verdeutlicht ebenfalls die 1c, wenn die Wälzkörper sich entgegen den Pfeilrichtungen bewegen. Hier treten die Wälzkörper dann zunächst in den ausgeweiteten Bereich des Gewindeganges 110 ein, bevor sich der Gewindegang 110 verjüngt und die Wälzkörper belastet werden.
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Die 2 zeigt drei zeitliche Verläufe, wobei verschiedene Größen über den gleichen Zeitachsen dargestellt sind. In der oberen Darstellung ist der radiale Abstand der Wälzkörper 120 von der Rotationsachse der Spindel dargestellt. Die sinusartigen Verläufe zeigen, dass die Wälzkörper 120 an die Spindel herangeführt werden, dort verbleiben und dann wieder über den Rückführkanal von der Spindel Weg geführt zu werden. Die in der 2 hervorgehobenen Bereiche 201, 202 und 203 markieren dabei diejenigen Stellen, an denen die Wälzkörper in den Gewindegang 110 der Mutter eintreten, bzw. austreten. Den Ein- und Austrittspunkten 201, 202 und 203 sind in der 2 im mittleren Zeitverlauf die radialen Beschleunigungen gegenübergestellt, die die Kugeln 120 an diesen Stellen erfahren. Dabei sind die Stellen 211, 212 und 213 hervorgehoben, an denen zu erkennen ist, dass gerade im Ein- und Austrittsbereich die Beschleunigungen besonders hoch sind, d.h. das hier sprungartige Beschleunigungen entstehen, die Vibrationen hervorrufen können.
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Im unteren Diagramm der 2 sind die Beschleunigungen der Mutter aufgezeigt, auf die die Beschleunigungen der Wälzkörper 120 zumindest beim Eintreten in den Gewindegang übertragen werden. Im unteren Diagramm ist ferner eine Linie 231 eingetragen, die die mittlere Beschleunigung darstellt. Im unteren Diagramm ist zu erkennen, dass die Beschleunigungen der Wälzkörper 120 auf die Mutter übertragen werden und diese so dem durch die Vibrationen hervorgerufenen Verschleiß unterliegt.
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3 zeigt eine Gegenüberstellung von Simulationsergebnissen eines Ausführungsbeispiels mit dem Stand der Technik. Die 3 zeigt dabei auf der linken Seite diejenigen Verläufe, die mit der konventionellen Technik simuliert wurden, auf der rechten Seite zeigt die 3 die Diagramme, die mit einem Ausführungsbeispiel simuliert wurden. Die oberen beiden Diagramme und das mittlere Diagramm illustrieren dabei wieder den Abstand der Kugeln 120 zur Rotationsachse der Spindel. Wie bereits oben anhand der 2 erläutert ist in diesen Diagrammen zu erkennen, dass die Wälzkörper nacheinander jeweils von der Spindel weg und dann wieder zur Spindel hingeführt werden. Dies geschieht beim Austreten aus dem Gewindegang 110 der Mutter und beim Eintreten in den Rückführkanal, bzw. beim Austreten aus dem Rückführkanal zurück in den Gewindegang 110 der Mutter.
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In der zweiten und vierten Zeile der 3 sind die für die einzelnen Wälzkörper 120 gemessenen Beschleunigungen dargestellt. Wie bereits anhand der 2 erläutert entstehen diese hauptsächlich beim Ein- und Austreten in den Gewindegang 110. Ein Vergleich der Gegenüberstellung in der 3 zeigt, dass mit dem Ausführungsbeispiel die Beschleunigungen, die auf die Wälzkörper 120 wirken, geringer sind, als das mit der konventionellen Technik möglich war.
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In der untersten Zeile der 3 sind die schon anhand der 2 erläuterten Beschleunigungen dargestellt, die insgesamt auf die Mutter wirken. Auch hier ist zu erkennen, dass die auf die Mutter wirkenden Beschleunigungen, damit die Vibrationen und letztendlich der Verschleiß, mit Ausführungsbeispielen reduziert werden kann. In der 3 sind für die Simulationsergebnisse für die konventionelle Technik und auch für die Simulationsergebnisse für das Ausführungsbeispiel wiederum die mittleren Beschleunigungen 231 angegeben. Auch hieran lässt sich erkennen, dass diese mit Ausführungsbeispielen erheblich reduziert werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 110
- Gewindegang der Mutter
- 115
- Aussparung für den Rückführkanal
- 120
- Wälzkörper
- 130
- Gewindegang der Spindel
- 201
- Abstand am Ein-/Austrittspunkt in den Gewindegang der Mutter
- 202
- Abstand am Ein-/Austrittspunkt in den Gewindegang der Mutter
- 203
- Abstand am Ein-/Austrittspunkt in den Gewindegang der Mutter
- 211
- Wälzkörperbeschleunigung am Ein-/Austrittspunkt in den Gewindegang
- 212
- Wälzkörperbeschleunigung am Ein-/Austrittspunkt in den Gewindegang
- 213
- Wälzkörperbeschleunigung am Ein-/Austrittspunkt in den Gewindegang
- 221
- Mutterbeschleunigung am Ein-/Austrittspunkt in den Gewindegang
- 222
- Mutterbeschleunigung am Ein-/Austrittspunkt in den Gewindegang
- 223
- Mutterbeschleunigung am Ein-/Austrittspunkt in den Gewindegang
- 231
- Mittlere Mutterbeschleunigung am Ein-/Austrittspunkt
