DE102011076439A1 - Concept for a return channel of a roller screw drive - Google Patents
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Abstract
Ein Konzept für einen Rückführkanal zur Rückführung von Wälzkörpern in einem Wälzgewindetrieb, wobei der Rückführkanal einen Eintrittsbereich zur Aufnahme der Wälzkörper aus einer Eintrittsrichtung von einem Gewindegang einer Mutter oder einer Spindel und einen Austrittsbereich zur Rückführung der Wälzkörper in einer Austrittsrichtung in den Gewindegang der Mutter oder der Spindel umfasst. Der Rückführkanal ist ausgebildet, um die Wälzkörper von dem Eintrittsbereich zu dem Austrittsbereich entlang einer Bahn zu führen, wobei eine Krümmung der Bahn um weniger als 10% einer mittleren Krümmung der Bahn variiert.A concept for a return channel for the return of rolling elements in a rolling screw drive, the return channel having an entry area for receiving the rolling elements from an entry direction of a thread of a nut or a spindle and an exit area for returning the rolling elements in an exit direction into the thread of the nut or the Includes spindle. The return channel is designed to guide the rolling elements from the entry area to the exit area along a path, wherein a curvature of the path varies by less than 10% of an average curvature of the path.
Description
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Kugelgewindetriebe, insbesondere auf dem Gebiet der Verschleißreduktion der Komponenten von Kugelgewindetrieben.The present invention is in the field of ball screws, in particular in the field of wear reduction of the components of ball screws.
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.To implement a rotational movement in a longitudinal movement or vice versa so-called Wälzgewindetriebe or Wälzschraubtriebe, such as ball screws (KGT as a shortcut), are used, wherein as rolling elements, for example. Balls are used. KGT are used in machine tools, such. As lathes on which workpiece or tool carrier must be positioned used. The component to be moved can be fastened to the nut and additionally supported by linear guides. KGT are also used for example in presses, injection molding machines and power steering systems.
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.A rolling screw drive comprises a spindle with a thread, a nut with threads and rolling elements, which are in the threads of the nut with the thread of the spindle engaged. A motor can then drive the spindle either directly or via a gearbox. As rolling elements can between spindle and nut in grooves or threads, for example. There are balls that change their axial position when turning the spindle. When the nut now moves a few turns, the balls reach the ends of the threads of the nut and would fall out at the end of the nut. Therefore, they are reintroduced elsewhere in the threads via a return or return channel. The return channel in or on the spindle nut moves the balls back again, thus closing a circuit in which the balls circulate. In general Wälzgewindetrieben the Wälzköper can also be cylindrical, barrel-shaped, conical, etc., the return channels are then adapted accordingly to the rolling elements.
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.The rolling elements are therefore loaded when introduced into the threads and relieved when exiting the threads again. After emerging from the threads, the rolling elements are no longer driven between the spindle and nut, but move partly by the entrained kinetic energy from the threads and partly by mutual pushing through the exiting from the threads rolling elements.
Ferner sind aus der konventionellen Technik auch invertierte Kugel- und Wälzgewindetriebe, bei denen die Mutter als vergleichsweise langes Rohr mit Innengewinde ausgeführt ist und die Spindel nur wenige Gewindegänge aufweist, bekannt. Bei diesen Wälzgewindetrieben sind die Rückführkanäle auf der Spindel angeordnet, d.h. die Wälzkörper werden dann nach innen vom Gewinde der Mutter weggeführt. Furthermore, from the conventional technique also inverted ball and roller screws, in which the mother is designed as a comparatively long pipe with internal thread and the spindle has only a few threads known. In these Wälzgewindetrieben the return channels are arranged on the spindle, i. the rolling elements are then led away inwardly from the nut thread.
Prinzipiell lassen sich zwei verschiedene Technologien bei den Rückführkanälen unterscheiden. Zum einen gibt es radiale Rückführkanäle, die die Wälzkörper in ein oder mehrere Schleifen um die Spindel herum zurückführen. Die Bahn der Wälzkörper durch den Rückführkanal verläuft dann ebenfalls radial um die Spindel herum, bzw. innerhalb der Spindel im Falle von invertierten Wälzgewindetrieben. Zum anderen sind axiale Rückführungen bekannt, bei der die Kugeln in axialer Richtung, d.h. parallel zu der Spindel, zurückgeführt werden. Dies kann beispielsweise über die gesamte Länge der Spindel hinweg geschehen. Die Rückführkanäle können z.B. aus kreisförmigen und geraden Segmenten zusammengesetzt werden. Diese Konzepte weisen den Nachteil auf, dass entlang der Bahn in dem Rückführkanal zum Teil abrupte Richtungsänderungen der Wälzkörper und damit hohe Beschleunigungen an den Wälzkörpern auftreten, die zu entsprechenden Vibrationen der Wälzkörper, der Mutter und der Spindel führen können.In principle, two different technologies can be distinguished in the return channels. First, there are radial return channels that return the rolling elements in one or more loops around the spindle. The path of the rolling elements through the return channel then also extends radially around the spindle, or within the spindle in the case of inverted Wälzgewindetrieben. On the other hand, axial returns are known in which the balls in the axial direction, i. parallel to the spindle. This can be done over the entire length of the spindle, for example. The return channels may e.g. be composed of circular and straight segments. These concepts have the disadvantage that along the path in the return channel sometimes abrupt changes in direction of the rolling elements and thus high accelerations on the rolling elements occur, which can lead to corresponding vibrations of the rolling elements, the nut and the spindle.
Die Vibrationen haben zur Folge, dass es zu erhöhtem Verschleiß der Wälzkörper und der Laufflächen in den Gewindegängen und in dem Rückführungskanal kommen kann. The vibrations result in increased wear of the rolling elements and the running surfaces in the threads and in the return channel.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept für einen Rückführkanal eines Wälzgewindetriebs zu schaffen.It is therefore an object of the present invention to provide an improved concept for a return passage of a Wälzgewindetriebs.
Die Aufgabe wird gemäß den anhängigen Patentansprüchen gelöst.The object is achieved according to the appended claims.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beruhen auf der Erkenntnis, dass die Vibrationseigenschaften eines Wälzgewindetriebes dadurch positiv beeinflusst werden können, dass die Form des Rückführkanals verbessert wird. Beispielsweise kann die Bahn der Wälzkörper durch den Rückführkanal so optimiert werden, dass abrupte Beschleunigungen oder Richtungsänderungen der Wälzkörper reduziert werden. Embodiments of the present invention are based on the recognition that the vibration properties of a rolling screw can be positively influenced by the fact that the shape of the return channel is improved. For example, the path of the rolling elements can be optimized by the return channel so that abrupt accelerations or changes in direction of the rolling elements can be reduced.
Unter der Bahn der Wälzkörper sei hier die Ortskurve, die ein Mittelpunkt eines z. B. kugelförmigen Wälzkörpers durch den Rückführkanal beschreibt, verstanden. In Ausführungsbeispielen können alle Arten von Wälzkörpern vorkommen, die Wälzköper können beispielsweise kugelförmig, zylinderförmig, tonnenförmig, kegelförmig, etc. sein, die Rückführkanäle sind dann entsprechend an die Wälzkörper angepasst. Bei nicht kugelförmigen Wälzkörpern kann unter der Bahn der Wälzkörper die Ortskurve, die ein Mittelpunkt einer Rotationsachse des Wälzkörpers durch den Rückführkanal beschreibt, verstanden werden. In Ausführungsbeispielen kann die Bahn der Wälzkörper beispielsweise so geformt sein, dass eine Richtungsänderung entlang der Bahn zwischen zwei benachbarten Wälzkörpern reduziert oder minimiert wird.Under the path of the rolling elements here is the locus, which is a center of a z. B. spherical Describes rolling elements through the return channel, understood. In embodiments, all types of rolling elements may occur, the Wälzköper may for example be spherical, cylindrical, barrel-shaped, conical, etc., the return channels are then adapted to the rolling elements accordingly. In the case of non-spherical rolling elements, the locus which describes a center point of an axis of rotation of the rolling element through the return channel can be understood below the path of the rolling bodies. In embodiments, the path of the rolling elements may for example be shaped so that a change in direction along the path between two adjacent rolling elements is reduced or minimized.
Ausführungsbeispiele des Rückführkanals können daher eine Bahn oder eine Trajektorie aufweisen, die über ein mathematisches Modell entworfen oder optimiert wurde. Generell beruhen Ausführungsbeispiele auf der Erkenntnis, dass die oben erwähnten Vibrationen durch Richtungsänderungen der Wälzkörper hervorgerufen werden. Darüber hinaus geht mit jeder Richtungsänderung eine erhöhte Reibung einher, die zwischen dem Rückführkanal und dem darin befindlichen Wälzkörper auftritt. Ausführungsbeispiele können daher auf der Erkenntnis beruhen, dass eine Reduzierung dieser Reibung zu einem verminderten Verschleiß führt. In Ausführungsbeispielen kann dies beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Krümmungen entlang der Bahn, d.h. also die insgesamt durchgeführten oder totalen Richtungsänderungen der Wälzkörper entlang der Bahn, reduziert oder minimiert werden. Embodiments of the feedback channel may therefore have a trajectory or trajectory that has been designed or optimized via a mathematical model. In general, embodiments are based on the knowledge that the above-mentioned vibrations are caused by changes in the direction of the rolling elements. In addition, with each change in direction associated with increased friction, which occurs between the return channel and the rolling element therein. Embodiments may therefore be based on the insight that a reduction of this friction leads to a reduced wear. In embodiments, this can be achieved, for example, by making the bends along the path, i. Thus, the total or total changes in direction of the rolling elements along the track, reduced or minimized.
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich sowohl auf reguläre als auch auf Rückführkanäle für invertierte Wälzgewindetriebe. In anderen Worten können Ausführungsbeispiele Rückführkanäle für Muttern und für Spindeln von Wälzgewindetrieben umfassen.The exemplary embodiments described here relate both to regular and to return channels for inverted rolling screw drives. In other words, embodiments may include return channels for nuts and for spindles of rolling threads.
Dies kann als mathematisches Problem formuliert werden. Die Randbedingungen für dieses mathematische Problem sind die Positionen und Richtungsvektoren der Wälzkörper beim Ein- und Austreten in bzw. aus dem Rückführkanal, sowie das Profil der Spindel oder der Mutter, an dem die Wälzkörper vorbei geführt werden. In anderen Ausführungsbeispielen kann auch eine Krümmung oder Richtungsänderungen insgesamt reduziert oder optimiert werden. In anderen Worten kann eine Abweichung, beispielsweise eine Varianz, der Richtungsänderungen entlang des Rückführkanals reduziert werden. Die Randbedingungen sind dabei die gleichen, wie bereits oben erwähnt.This can be formulated as a mathematical problem. The boundary conditions for this mathematical problem are the positions and direction vectors of the rolling elements when entering and exiting the return channel, as well as the profile of the spindle or nut on which the rolling elements are passed. In other embodiments, also a curvature or direction changes can be reduced or optimized as a whole. In other words, a deviation, for example a variance, of the direction changes along the return channel can be reduced. The boundary conditions are the same, as already mentioned above.
Ausführungsbeispiele können daher eine reduzierte Reibung entlang des Rückführkanals bereitstellen und somit zu einer höheren Effizienz des Rückführkanals und des gesamten Kugelgewindetriebs führen. Darüber hinaus können sich durch Ausführungsbeispiele der Verschleiß und die Vibrationen, sowie die Geräuschentwicklung, in einem Rückführkanal reduzieren lassen.Embodiments may therefore provide reduced friction along the return passage and thus result in higher efficiency of the return passage and the entire ball screw. In addition, can be reduced by embodiments, the wear and the vibrations, as well as the noise in a return channel.
Ausführungsbeispiele stellen daher einen Rückführkanal zur Rückführung von Wälzkörpern in einem Wälzgewindetrieb bereit, wobei der Rückführkanal einen Eintrittsbereich zur Aufnahme der Wälzkörper aus einer Eintrittsrichtung von einem Gewindegang einer Mutter oder einer Spindel und einen Austrittsbereich zur Rückführung der Wälzkörper in einer Austrittsrichtung in den Gewindegang der Mutter oder der Spindel umfasst. Der Rückführkanal ist ausgebildet, um die Wälzkörper von dem Eintrittsbereich zu dem Austrittsbereich entlang einer Bahn zu führen, wobei eine Krümmung der Bahn um weniger als 10% einer mittleren Krümmung der Bahn variiert. Therefore, embodiments provide a return channel for the return of rolling elements in a Wälzgewindetrieb, wherein the return channel has an inlet region for receiving the rolling elements from an inlet direction of a thread of a nut or a spindle and an exit region for returning the rolling elements in an exit direction in the thread of the nut or the spindle comprises. The return channel is configured to guide the rollers from the entry region to the exit region along a path, wherein a curvature of the path varies less than 10% of a mean curvature of the path.
Die Länge des Rückführkanals kann zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich weniger als das Doppelte der direkten Verbindungsstrecke zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich betragen. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Länge, also der innerhalb der Rückführkanals von einem Wälzkörper zurückgelegte Weg, auch kürzer als das 1,5-fache, das 1,2-fache oder das 1,1-fache des Abstandes zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich betragen.The length of the return channel may be less than twice the direct connection distance between the inlet region and the outlet region between the inlet region and the outlet region. In further exemplary embodiments, the length, that is to say the distance traveled by a rolling element within the return channel, can also be shorter than 1.5 times, 1.2 times or 1.1 times the distance between the inlet region and the outlet region ,
Die integrale Richtungsänderung eines Wälzkörpers entlang der Bahn kann kleiner als die doppelte Differenz zwischen der Eintrittsrichtung und der Austrittsrichtung sein. In anderen Worten lässt sich zwischen der Eintrittsrichtung und der Austrittsrichtung eine Richtungsdifferenz bestimmen. Der Rückführkanal überführt die Wälzkörper von der Eintrittsrichtung hin zur Austrittsrichtung. Der Wälzkörper ändert seine Richtung entlang der Bahn des Rückführkanals demzufolge ebenfalls von der Eintrittsrichtung hin zur Austrittsrichtung. Darüber hinaus kann der Wälzkörper jedoch noch weitere Richtungsänderungen in der Bahn vollziehen, beispielsweise um Hindernisse, wie die Spindel, herum. Ausführungsbeispiele können sich auf reguläre Wälzgewindetriebe, bei denen der Rückführkanal in der Mutter verläuft und die Wälzkörper an der Spindel vorbei geführt werden und auch auf invertierte Wälzgewindetriebe, bei denen der Rückführkanal in der Spindel verläuft und die Wälzkörper an der Mutter vorbei geführt werden, beziehen.The integral change in direction of a rolling element along the track may be less than twice the difference between the entry direction and the exit direction. In other words, a directional difference can be determined between the direction of entry and the exit direction. The return channel transfers the rolling elements from the direction of entry to the exit direction. The rolling element thus also changes its direction along the path of the return channel from the inlet direction to the outlet direction. In addition, however, the rolling element may undergo further changes of direction in the web, for example around obstacles such as the spindle. Embodiments may refer to regular Wälzgewindetriebe where the return passage in the mother and the rolling elements are guided past the spindle and also to inverted Wälzgewindetriebe where the return passage in the spindle and the rolling elements are guided past the mother.
Ausführungsbeispiele können dabei auch Muttern umfassen, 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 Ausführungsbeispielen 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.Embodiments may also include nuts, in which the return channel is created by a further part and also nuts with integrated exclusively by mechanical processing return channel. In other words, in embodiments, the nut and the return channel may also be integrally formed. In addition, embodiments may also include spindles, which are adapted for inverse Wälzgewindetriebe, in which the return channel is provided by a further part and spindles with integrated exclusively by mechanical processing return channel. In other words, in Ausführungsbespielen the spindle and the return channel can also be integrally formed.
Unter der integralen Richtungsänderung entlang der Bahn sei im Wesentlichen die Summe aller Richtungsänderungsbeträge entlang der Bahn verstanden. The integral change of direction along the path is essentially the sum of all direction change amounts along the path.
In einem Ausführungsbeispiel kann die integrale Richtungsänderung eines Wälzkörpers entlang der Bahn zwischen der Eintrittsrichtung und der Austrittsrichtung gleich der Differenz zwischen der Eintrittsrichtung und der Austrittsrichtung sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Rückführkanal zur Rückführung von beispielsweise Kugeln als Wälzkörper entlang einer Bahn angepasst sein, wobei die Mittelpunkte der Kugeln auf ihrem Weg von dem Eintrittsbereich zu dem Austrittsbereich die Bahn beschreiben, wobei eine maximale Krümmung der Bahn weniger als der Hälfte des Reziprokes eines Kugelradius oder eines Wälzkörperradius entspricht. In anderen Worten ist dann der minimale Krümmungsradius der Bahn wenigsten doppelt so groß wie der Radius einer Kugel oder eines Wälzkörpers.In one embodiment, the integral change in direction of a rolling element along the path between the inlet direction and the outlet direction may be equal to the difference between the inlet direction and the outlet direction. In further embodiments, the return channel may be adapted to return, for example, balls as rolling elements along a track, the centers of the balls on their way from the entry region to the exit region describing the web, wherein a maximum curvature of the web is less than half the reciprocal of one Ball radius or a Wälzkörperradius corresponds. In other words, then the minimum radius of curvature of the web is at least twice as large as the radius of a ball or a rolling element.
In Ausführungsbeispielen kann die Bahn zumindest abschnittsweise oder vollständig entlang einer Kugeloberfläche verlaufen. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele auch eine Mutter oder eine Spindel für einen Wälzgewindetrieb mit einem Rückführkanal oder auch einen Wälzgewindetrieb mit einem Rückführkanal gemäß der obigen Beschreibung umfassen. In embodiments, the web may extend at least partially or completely along a spherical surface. In addition, embodiments may also include a nut or a spindle for a Wälzgewindetrieb with a return channel or a Wälzgewindetrieb with a return channel as described above.
Ausführungsbeispiele können auch ein Verfahren zur Ermittlung einer Bahn eines Rückführkanals zur Rückführung von Wälzkörpern in einem Wälzgewindetrieb schaffen, wobei der Rückführkanal einen Eintrittsbereich zur Aufnahme der Wälzkörper aus einer Eintrittsrichtung von einem Gewindegang einer Mutter oder einer Spindel und einen Austrittsbereich zur Rückführung der Wälzkörper in einer Austrittsrichtung in den Gewindegang der Mutter oder der Spindel umfasst. Der Rückführkanal führt die Wälzkörper von dem Eintrittsbereich zu dem Austrittsbereich entlang der Bahn. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln der Bahn ausgehend von der Eintrittsrichtung hin zu der Austrittsrichtung unter der Bedingung, dass ein Krümmungsverlauf der Bahn um weniger als 10% einer mittleren Krümmung variiert.Embodiments may also provide a method for detecting a trajectory of a return passage for returning rolling elements in a Wälzgewindetrieb, wherein the return passage has an entry region for receiving the rolling elements from an entry direction of a thread of a nut or a spindle and an exit region for returning the rolling elements in an exit direction in the thread of the nut or the spindle comprises. The return channel guides the rolling elements from the entry region to the exit region along the path. The method comprises determining the web from the entrance direction to the exit direction on the condition that a curvature of the web varies by less than 10% of a mean curvature.
Ausführungsbeispiele könne auch ein Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung eines der oben genannten Verfahren umfassen, wenn der Programmcode von einem Prozessor ausgeführt wird.Embodiments may also include a computer program having a program code for performing one of the above-mentioned methods when the program code is executed by a processor.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele, auf welche die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist, näher beschrieben. Es zeigenFurther advantageous embodiments will be described in more detail below with reference to the embodiments illustrated in the drawings, to which the invention is not limited. Show it
Die
Die Eintrittsrichtung in den Rückführkanal fällt generell nicht mit der Austrittsrichtung aus dem Rückführkanal zusammen. Dies illustriert die
In anderen Worten ausgedrückt muss der Wälzkörper auf seinem Weg zurück in axialer Richtung entlang der Spindel oder der Mutter bewegt werden. Der kürzeste Weg, der dafür zur Verfügung steht, wäre die direkte Verbindung zwischen dem Eintrittsbereich des Rückführkanals, welcher gleich im Austrittsbereich des Gewindeganges der Mutter oder der Spindel ist, und dem Austrittsbereich des Rückführkanals, welcher gleich dem Eintrittsbereich des Gewindeganges der Mutter oder der Spindel ist. Nachdem abrupte Richtungsänderungen in Ausführungsbeispielen möglichst vermieden werden, ist eine Bahnführung, die direkt nach dem Eintritt in den Rückführkanal abknickt, nicht optimal. Aus diesem Grund werden Ausführungsbeispiele die Wälzkörper zunächst in radialer Richtung von der Spindel oder der Mutter wegführen, um dann über eine entsprechende Krümmung die Wälzkörper außen oder innen herum bis zu dem Austrittsbereich aus dem Rückführkanal zu bringen. Der Weg, den ein solcher Wälzkörper durch den Rückführkanal zurücklegt, wird länger sein als die direkte Verbindung zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich. In Ausführungsbeispielen kann dieser Weg beispielsweise das Doppelte der direkten Verbindungsstrecke zwischen dem Eintrittsbereich und dem Austrittsbereich oder weniger betragen.In other words, the rolling element has to be moved on its way back in the axial direction along the spindle or the nut. The shortest path available would be the direct connection between the entrance area of the return channel, which is the same in the exit region of the thread of the nut or the spindle, and the exit region of the return channel, which is equal to the inlet region of the thread of the nut or the spindle. After abrupt changes in direction are avoided in embodiments as possible, a web guide that kinks right after entering the return channel is not optimal. For this reason, embodiments, the rolling elements initially lead away in the radial direction of the spindle or the nut to then bring about a corresponding curvature, the rolling elements outside or inside around to the exit region of the return channel. The path that such a rolling element travels through the return channel will be longer than the direct connection between the inlet region and the outlet region. In exemplary embodiments, this path can be, for example, twice the direct connection distance between the inlet area and the outlet area or less.
Ein Wälzkörper wird auf ihrem Weg ihre Richtung ändern. In Ausführungsbeispielen kann dies kontinuierlich, d.h. möglichst gleichmäßig erfolgen. Darüber hinaus können Ausführungsbeispiele die gesamte Richtungsänderung der Wälzkörper reduzieren, bzw. minimieren. Wie bereits oben erläutert kann in Ausführungsbeispielen die integrale Richtungsänderung eines Wälzkörpers entlang der Bahn kleiner als die doppelte Differenz zwischen der Eintrittsrichtung und der Austrittsrichtung sein. In anderen Worten muss zumindest eine Richtungsänderung von der Eintrittsrichtung zur Austrittsrichtung erfolgen. Darüber hinaus können noch weitere Richtungsänderungen erfolgen, beispielsweise um die Wälzkörper um ein Hindernis, d.h. die Spindel oder die Mutter, herumzuführen. Summiert man entlang der Bahn alle Richtungsänderungen auf, so ergibt sich eine kumulative Richtungsänderung, die im Wesentlichen der Summe aller Beträge der Richtungsänderungen auf dem Weg der Wälzkörper durch den Rückführkanal entspricht. Diese gesamte Richtungsänderung kann in Ausführungsbeispielen kleiner als die doppelte Differenz zwischen der Eintrittsrichtung und der Austrittsrichtung sein.A rolling element will change direction on its way. In embodiments, this may be continuous, i. as evenly as possible. In addition, embodiments can reduce or minimize the total change in direction of the rolling elements. As already explained above, in embodiments, the integral change in direction of a rolling element along the track may be less than twice the difference between the entry direction and the exit direction. In other words, at least one change of direction must take place from the direction of entry to the exit direction. In addition, further changes in direction may occur, for example around the rolling elements around an obstacle, i. the spindle or the nut to lead around. Adding up all changes of direction along the path results in a cumulative change of direction, which essentially corresponds to the sum of all amounts of changes in direction on the path of the rolling elements through the return channel. This overall change in direction may be less than twice the difference between the entrance direction and the exit direction in embodiments.
In Ausführungsbeispielen kann die Richtungsänderung auch im Wesentlichen gleich der Differenz der Eintrittsrichtung und der Austrittsrichtung sein, beispielsweise wenn keine wesentlichen Richtungsänderungen notwendig sind, um die Wälzkörper um ein Hindernis, wie beispielsweise die Spindel oder die Mutter, herumzuführen. Dies kann dadurch begünstigt werden, dass der Gewindegang der Mutter oder der Spindel die Wälzkörper bereits radial von der Spindel oder der Mutter so weit entfernt, dass die dafür notwendigen Richtungsänderungen nicht mehr auf den Rückführkanal fallen.In embodiments, the change in direction may also be substantially equal to the difference between the direction of entry and the exit direction, for example, when no significant changes in direction are necessary to guide the rolling elements around an obstacle, such as the spindle or the nut. This can be facilitated by the fact that the thread of the nut or spindle, the rolling elements already radially away from the spindle or nut so far that the necessary changes in direction no longer fall on the return channel.
Die Minimierung der Richtungsänderung oder die Minimierung der Änderung der Richtungsänderung kann mit einem mathematischen Verfahren zur nichtlinearen Optimierung wie beispielsweise dem Trust-Region-Verfahren oder dem InnerePunkte-Verfahren erfolgen.Minimization of directional change or minimization of change in directional change can be accomplished with a non-linear optimization mathematical method such as the trust region method or the inside point method.
In Ausführungsbeispielen kann sich die Bahn der Wälzkörper durch den Rückführkanal beispielsweise durch die Trajektorie der Mittelpunkte der Wälzkörper, oder deren Rotationsachsen, auf ihrem Weg von dem Eintrittsbereich zu dem Austrittsbereich ergeben. In Ausführungsbeispielen kann eine maximale Krümmung der Bahn weniger als der Hälfte des Reziprokes eines Wälzkörperradius entsprechen. Dabei sei vorausgesetzt, dass die Krümmung umgekehrt proportional zu einem Krümmungsradius ist. Der Krümmungsradius gibt dabei an, wie stark die Bahn gekrümmt ist, d.h. wie groß der Radius eines Kreisbogens sein müsste, dessen Krümmung dem der Bahn entspricht. Der Krümmungsradius ist somit ein Maß für die Krümmung. In anderen Worten kann in Ausführungsbeispielen der Krümmungsradius der Bahn wenigstens doppelt so groß wie ein Wälzkörperradius sein.In embodiments, the path of the rolling elements through the return channel, for example, by the trajectory of the centers of the rolling elements, or their axes of rotation, resulting on their way from the inlet region to the outlet region. In embodiments, a maximum curvature of the web may correspond to less than half the reciprocal of a rolling element radius. It is assumed that the curvature is inversely proportional to a radius of curvature. The radius of curvature indicates how much the web is curved, i. how big the radius of a circular arc should be, whose curvature corresponds to that of the orbit. The radius of curvature is thus a measure of the curvature. In other words, in embodiments, the radius of curvature of the web may be at least twice as large as a rolling element radius.
In Ausführungsbeispielen kann die Bahn zumindest abschnittsweise oder vollständig entlang einer Kugeloberfläche verlaufen. Ausführungsbeispiele umfassen auch ein Verfahren zur Ermittlung einer Bahn eines Rückführkanals zur Rückführung von Wälzkörpern in einem Wälzgewindetrieb, bei der der Rückführkanal einen Eintrittsbereich zur Aufnahme der Wälzkörper aus einer Eintrittsrichtung von einem Gewindegang einer Mutter oder einer Spindel und einen Austrittsbereich zur Rückführung der Wälzkörper in einer Austrittsrichtung in den Gewindegang der Mutter oder Spindel umfasst. Der Rückführkanal führt die Wälzkörper von dem Eintrittsbereich zu dem Austrittsbereich entlang der oben beschriebenen Bahn. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln der Bahn ausgehend von der Eintrittsrichtung hin zu der Austrittsrichtung unter der Bedingung, dass ein Krümmungsverlauf auf der Bahn um weniger als 10% einer mittleren Krümmung variiert.In embodiments, the web may extend at least partially or completely along a spherical surface. Embodiments also include a method for detecting a trajectory of a return passage for returning rolling elements in a Wälzgewindetrieb, wherein the return passage has an entry region for receiving the rolling elements from an entry direction of a thread of a nut or a spindle and an exit region for returning the rolling elements in a discharge direction in the thread of the nut or spindle comprises. The return channel guides the rolling elements from the entry region to the exit region along the path described above. The method includes determining the trajectory from the entrance direction to the exit direction on condition that a trajectory on the trajectory varies by less than 10% of a mean curvature.
Die
In der zweiten und vierten Zeile der
Die letzte Zeile der
Die
Darüber hinaus ist der theoretische Verlauf
Die
Die Kurve
An den Kurven in der
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einer programmierbaren Hardwarekomponente derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Depending on particular implementation requirements, embodiments of the invention may be implemented in hardware or in software. The implementation may be performed using a digital storage medium, such as a floppy disk, a DVD, a Blu-ray Disc, a CD, a ROM, a PROM, an EPROM, an EEPROM or FLASH memory, a hard disk, or other magnetic disk or optical memory are stored on the electronically readable control signals, which can cooperate with a programmable hardware component or cooperate such that the respective method is performed.
Eine programmierbare Hardwarekomponente kann durch einen Prozessor, ein Computerprozessor (CPU = Central Processing Unit), einen Grafikprozessor (GPU = Graphics Processing Unit), einen Computer, ein Computersystem, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC = Application-specific Integrated Circuit), einen integrierten Schaltkreis (IC = Integrated Circuit), ein Ein-Chip-System (SOC = System on Chip), ein programmierbares Logikelement oder ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) gebildet sein.A programmable hardware component may be integrated by a processor, a central processing unit (CPU), a graphics processing unit (GPU), a computer, a computer system, an application-specific integrated circuit (ASIC) Circuit (IC = Integrated Circuit), a system on chip (SOC) system, a programmable logic element or a field programmable gate array with a microprocessor (FPGA = Field Programmable Gate Array) may be formed.
Das digitale Speichermedium kann daher maschinen- oder computerlesbar sein. Manche Ausführungsbeispiele umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem oder einer programmierbare Hardwarekomponente derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird. Ein Ausführungsbeispiel ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.The digital storage medium may therefore be machine or computer readable. Thus, some embodiments include a data carrier having electronically readable control signals capable of interacting with a programmable computer system or programmable hardware component such that one of the methods described herein is performed. One embodiment is thus a data carrier (or a digital storage medium or a computer readable medium) on which the program is recorded for performing any of the methods described herein.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Programm, Firmware, Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode oder als Daten implementiert sein, wobei der Programmcode oder die Daten dahin gehend wirksam ist bzw. sind, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Prozessor oder einer programmierbare Hardwarekomponente abläuft. Der Programmcode oder die Daten kann bzw. können beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger oder Datenträger gespeichert sein. Der Programmcode oder die Daten können unter anderem als Quellcode, Maschinencode oder Bytecode sowie als anderer Zwischencode vorliegen.In general, embodiments of the present invention may be implemented as a program, firmware, computer program, or computer program product having program code or data, the program code or data operative to perform one of the methods when the program resides on a processor or a computer programmable hardware component expires. The program code or the data can also be stored, for example, on a machine-readable carrier or data carrier. The program code or the data may be present, inter alia, as source code, machine code or bytecode as well as other intermediate code.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist ferner ein Datenstrom, eine Signalfolge oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Programm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom, die Signalfolge oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet oder ein anderes Netzwerk, transferiert zu werden. Ausführungsbeispiele sind so auch Daten repräsentierende Signalfolgen, die für eine Übersendung über ein Netzwerk oder eine Datenkommunikationsverbindung geeignet sind, wobei die Daten das Programm darstellen.Another embodiment is further a data stream, a signal sequence, or a sequence of signals that represents the program for performing any of the methods described herein. The data stream, the signal sequence or the sequence of signals can be configured, for example, to be transferred via a data communication connection, for example via the Internet or another network. Embodiments are also data representing signal sequences that are suitable for transmission over a network or a data communication connection, the data representing the program.
Ein Programm gemäß einem Ausführungsbeispiel kann eines der Verfahren während seiner Durchführung beispielsweise dadurch umsetzen, dass dieses Speicherstellen ausliest oder in diese ein Datum oder mehrere Daten hinein schreibt, wodurch gegebenenfalls Schaltvorgänge oder andere Vorgänge in Transistorstrukturen, in Verstärkerstrukturen oder in anderen elektrischen, optischen, magnetischen oder nach einem anderen Funktionsprinzip arbeitenden Bauteile hervorgerufen werden. Entsprechend können durch ein Auslesen einer Speicherstelle Daten, Werte, Sensorwerte oder andere Informationen von einem Programm erfasst, bestimmt oder gemessen werden. Ein Programm kann daher durch eine Auslesen von einer oder mehreren Speicherstellen Größen, Werte, Messgrößen und andere Informationen erfassen, bestimmen oder messen, sowie durch ein Schreiben in eine oder mehrere Speicherstellen eine Aktion bewirken, veranlassen oder durchführen sowie andere Geräte, Maschinen und Komponenten ansteuern.For example, a program according to one embodiment may implement one of the methods during execution by, for example, reading or writing data into one or more data, thereby optionally switching operations or other operations in transistor structures, amplifier structures, or other electrical, optical, magnetic or caused by another operating principle working components. Accordingly, by reading a memory location, data, values, sensor values or other information can be detected, determined or measured by a program. A program can therefore acquire, determine or measure quantities, values, measured variables and other information by reading from one or more storage locations, as well as effect, initiate or execute an action by writing to one or more storage locations and control other devices, machines and components ,
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It will be understood that modifications and variations of the arrangements and details described herein will be apparent to others of ordinary skill in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the appended claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100100
- Eintrittsbereich in den Rückführkanal Entry area in the return channel
- 105105
- Koordinatensystem coordinate system
- 110110
- Hindernis, Spindel oder Mutter Obstacle, spindle or nut
- 120120
- Austrittsbereich aus dem Rückführkanal Exit area from the return channel
- 300300
- Spindelprofil spindle profile
- 305305
- theor. Bahnprofil theor
- 310310
- tats. Bahnprofil tats
- 315315
- Abstand der Kugeln Distance of the balls
- 320320
- Kugelradius spherical radius
- 325325
- Spalt + Kugelradius Gap + ball radius
- 400400
- konventioneller Verlauf conventional course
- 410410
- reibungsoptimierter Verlauf friction-optimized course
- 420420
- krümmungsoptimierter Verlauf curvature-optimized course
- 430430
- längenoptimierter Verlauf length-optimized course
Claims (10)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201110076439 DE102011076439A1 (en) | 2011-05-25 | 2011-05-25 | Concept for a return channel of a roller screw drive |
EP12723674.3A EP2715186A1 (en) | 2011-05-25 | 2012-05-24 | Return channel of a roller screw drive and method for determining a path of a return channel |
PCT/EP2012/059740 WO2012160151A1 (en) | 2011-05-25 | 2012-05-24 | Return channel of a roller screw drive and method for determining a path of a return channel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201110076439 DE102011076439A1 (en) | 2011-05-25 | 2011-05-25 | Concept for a return channel of a roller screw drive |
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---|---|
DE102011076439A1 true DE102011076439A1 (en) | 2012-11-29 |
Family
ID=46168465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE201110076439 Withdrawn DE102011076439A1 (en) | 2011-05-25 | 2011-05-25 | Concept for a return channel of a roller screw drive |
Country Status (3)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102013112842A1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-10-30 | Zf Lenksysteme Gmbh | Ball Screw |
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2011
- 2011-05-25 DE DE201110076439 patent/DE102011076439A1/en not_active Withdrawn
-
2012
- 2012-05-24 EP EP12723674.3A patent/EP2715186A1/en not_active Withdrawn
- 2012-05-24 WO PCT/EP2012/059740 patent/WO2012160151A1/en active Application Filing
Patent Citations (1)
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Non-Patent Citations (1)
Title |
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SCHUNCK, Jürgen: Wälzschraubtriebe und ihre Anwendung im Werkzeugmaschinenbau. In: Industrie-Anzeiger - Antrieb, Getriebe, Steuerung, 89.Jg., Nr.60, 28. Juli 1967, S. 21-25. [Fachzeitschrift] * |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102013112842A1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-10-30 | Zf Lenksysteme Gmbh | Ball Screw |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP2715186A1 (en) | 2014-04-09 |
WO2012160151A1 (en) | 2012-11-29 |
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