DE102013101098A1

DE102013101098A1 - Kugelumlaufmutter

Info

Publication number: DE102013101098A1
Application number: DE201310101098
Authority: DE
Inventors: Karsten Sikora
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2013-02-04
Filing date: 2013-02-04
Publication date: 2014-08-07

Abstract

Kugelumlaufmutter (10) für einen Kugelgewindetrieb (8), mit einem Mantel (14), wenigstens einem Mutterkörper (16) und einem Federelement (24). Das Federelement (24) ist radial zwischen dem Mantel (14) und dem Mutterkörper (16), vorzugsweise zwischen Innenumfang des Mantels (14) und Außenumfang des Mutterkörpers (16), angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kugelumlaufmutter für einen Kugelgewindetrieb, mit einem Mantel, wenigstens einem Mutterkörper und einem Federelement.
Kugelgewindetriebe finden in vielen Bereichen des Maschinenbaus Anwendung. Auch im Automobilbau sind sie weit verbreitet, insbesondere als Teil einer Lenkeinrichtung. Hierbei ist im Regelfall die Gewindespindel des Kugelgewindetriebs als Teil der Lenkstange mit dem Fahrwerk und den Rädern einerseits und dem Lenkrad andererseits verbunden. Als eines der Verbindungsstücke zwischen Fahrer und Fahrbahn trägt die Gewindespindel deswegen zu einem erheblichen Teil zum Fahrgefühl des Fahrers bei. So überträgt die Gewindespindel Informationen, beispielsweise über den Fahrbahnbelag in Form von Vibrationen, von den Rädern zum Fahrer. Ist nun die Kugelumlaufmutter des Kugelgewindetriebs mit dem Gehäuse gekoppelt, so werden diese Vibrationen von der Gewindespindel durch die Kugelumlaufmutter auf die Karosserie übertragen und von ihr geschluckt. Somit gehen dem Fahrer Informationen verloren, wodurch sein Fahrgefühl beeinträchtigt wird. Des Weiteren kommt es bei einer starren Halterung der Gewindespindel an der Karosserie zu einer erhöhten Belastung der äußeren Kugeln des Kugelgewindetriebs, wenn sich die Gewindespindel durchbiegt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Kugelgewindetrieb bereitzustellen, der eine bessere Rückmeldung des Fahrwerks zum Fahrer erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kugelumlaufmutter für einen Kugelgewindetrieb mit einem Mantel, wenigstens einem Mutterkörper und einem Federelement. Das Federelement ist dabei radial zwischen dem Mantel und dem Mutterkörper, vorzugsweise zwischen Innenumfang des Mantels und Außenumfang des Mutterkörpers angeordnet. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Einführung des Federelements das radiale Spiel zwischen dem Mantel und dem Mutterkörper vergrößert werden kann. Durch dieses radiale Spiel erhält die Gewindespindel gegenüber der Karosserie mehr Bewegungsfreiheit, sodass Vibrationen und leichte Stöße nicht auf die Karosserie übertragen und von dieser geschluckt werden. Zudem kann der Mutterkörper Bewegungen der Gewindespindel zu einem gewissen Grad folgen, sodass die Kugeln des Getriebes zu jeder Zeit gleichmäßig belastet sind. Somit wird durch eine erfindungsgemäße Kugelumlaufmutter die Rückmeldung der Radaufhängung zum Fahrer verbessert und eine gleichmäßige Belastung der Kugeln gewährleistet.
Vorzugsweise besteht das Federelement aus einem Elastomer, sodass das radiale Spiel des Mutterkörpers durch die elastischen Eigenschaften des Federelements realisiert wird.
Besonders bevorzugt verbindet das Federelement den Mutterkörper kraft- und/oder formschlüssig mit dem Mantel, um die Übertragung des Drehmoments vom Mantel auf den Mutterkörper zu gewährleisten.
Beispielsweise weisen der Mantel und/oder der Mutterkörper Nuten auf, in die das Federelement eingreift. Dadurch ergibt sich ein Formschluss, der die Drehmomentübertragung zwischen dem Mantel und dem Mutterkörper verbessert.
In einer Ausführungsvariante ist das Federelement als Stift oder Ringsegment ausgeführt, wodurch eine platzsparende Ausführung der Kugelumlaufmutter möglich ist.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Kugelumlaufmutter wenigstens ein Zentrierelement auf, das den Mutterkörper in der für ihn vorgesehenen Position im Mantel radial und/oder axial hält, wodurch eine stets optimale Position des Mutterkörpers gegenüber der Gewindespindel gewährleistet ist.
Beispielsweise ist das wenigstens eine Zentrierelement federnd ausgebildet, insbesondere besteht es aus einem Elastomer, sodass es Bewegungen der Gewindespindel auffangen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante ist das wenigstens eine Zentrierelement das Federelement, wodurch eine besonders bauteileffiziente Ausgestaltung der Kugelumlaufmutter erreicht werden kann.
Beispielsweise ist der Mutterkörper mit dem Mantel durch Passform, Verzahnung, Nut-Feder-Verbindung, Mitnehmer oder dergleichen kraft- oder formschlüssig verbunden, um die Kraftübertragung zwischen Mantel und Mutterkörper zu gewährleisten.
In einer weiteren Ausführungsvariante sind das Federelement und das wenigstens eine Zentrierelement einstückig ausgeführt. Auf diese Weise ist eine besonders bauteileffiziente Realisierung der Kugelumlaufmutter möglich.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Mutterkörper mehrteilig ausgeführt. Dadurch wird die Bewegungsfreiheit des Mutterkörpers bei Bewegung der Gewindespindel weiter erhöht.
Vorzugsweise erstreckt sich das wenigstens eine Zentrierelement zumindest teilweise zwischen den Teilen des Mutterkörpers und gewährleistet auf diese Weise die Positionierung der Teile des Mutterkörpers zueinander.
Besonders bevorzugt ist wenigstens ein Federelement für jeden Teil des Mutterkörpers vorgesehen, um die Entkopplung jedes Teils des Mutterkörpers sicherzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform weist der Mantel eine Gegenfläche und eine Spannmutter auf, wobei die Spannmutter auf der axial der Gegenfläche abgewandten Seite des Mutterkörpers am Mantel befestigt ist, vorzugsweise den Mutterkörper in der für ihn vorgesehenen Position im Mantel axial hält. Auf diese Weise ist die korrekte axiale Positionierung des Mutterkörpers gewährleistet.
Besonders bevorzugt spannt die Spannmutter die Teile des Mutterkörpers unter Benutzung der federnden Eigenschaften des Zentrierelements gegeneinander vor, sodass der Kugelgewindetrieb in axialer Richtung kein Spiel aufweist.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist der Mantel zumindest teilweise als eine Riemenscheibe ausgeführt, um den Kugelgewindetrieb anzutreiben.
Die Erfindung betrifft ferner einen Kugelgewindetrieb mit einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter und einer Spindel, die sich durch die Kugelumlaufmutter erstreckt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs mit einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter,
2 die Kugelumlaufmutter des Kugelgewindetriebs nach 1 und
3 einen Schnittansicht der Kugelumlaufmutter entlang Schnittlinie III-III in 2.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Kugelgewindetrieb 8 mit einer Kugelumlaufmutter 10 und einer sich durch die Kugelumlaufmutter 10 erstreckenden Gewindespindel 12 im Querschnitt dargestellt. Die Kugelumlaufmutter 10 und somit auch der Kugelgewindetrieb 8 sind mit einem Gehäuse 13, beispielsweise mittels eines Wälzlagers, drehbar verbunden.
Die Kugelumlaufmutter 10, in 2 einzeln dargestellt, weist einen Mantel 14 auf, in dessen Innerem sich ein Mutterkörper 16 befindet, der in der gezeigten Ausführungsform aus zwei Teilen besteht. Die Teile des Mutterkörpers 16 weisen über ihre Innenflächen Laufbahnen 18 auf, die Kugeln (nicht gezeigt) des Kugelgewindetriebs aufnehmen können.
Zudem weist der Mantel 14 seitlich neben dem Mutterkörper 16 eine Gegenfläche 20 auf, die den Innenraum des Mantels 14 in axialer Richtung einseitig abschließt, wobei in der Gegenfläche 20 jedoch eine Aussparung für die Gewindespindel 12 vorgesehen ist. Auf der axial gegenüberliegenden Seite des Mutterkörpers 16 ist eine Spannmutter 22 vorgesehen, die, ebenso wie die Gegenfläche 20, den Innenraum des Mantels 14 axial abschließt. Dabei ist die Spannmutter 22 mit dem Mantel 14 entlang der Gewindespindel 12 beweglich verbunden, vorzugsweise weist sie an ihrem Außenumfang ein Außengewinde auf, das in ein Innengewinde am Innenumfang des Mantels 14 eingreift.
Im Innenraum des Mantels 14 weisen die radial innenliegende Fläche des Mantels 14 und die äußere Oberfläche des Mutterkörpers 16 axiale Nuten 23 auf, die sich jeweils gegenüberliegen. In je zwei gegenüberliegenden Nuten 23 ist ein stiftförmiges Federelement 24 vorgesehen, das den Mantel 14 mit dem Mutterkörper 16 verbindet (vgl. 3). Zentrierelemente 26 erstrecken sich zum einen axial zwischen Teilen des Mutterkörpers 16 und der Gegenfläche 20 oder der Spannmutter 22, zwischen Teilen des Mutterkörpers 16 untereinander und zwischen den Federelementen 26. Zum anderen erstrecken sich die Zentrierelemente 26 radial zwischen der Gewindespindel 12 und dem Mantel 14 und zwischen den Teilen des Mutterkörpers 16 und dem Mantel 14.
Gerät die Gewindespindel 12 in Schwingung oder wird sie aufgrund eines Stoßes durchgebogen, schwingen die Teile des Mutterkörpers 16 mit der Gewindespindel 12 oder folgen ihrer Biegung. Dabei werden die Federelemente 24 elastisch verformt, sodass die Bewegung nicht auf den Mantel 14 und über das Gehäuse 13 auf die Karosserie übertragen wird. Dadurch wird die Übertragung von Vibrationen oder Stößen von der Gewindespindel 12 auf die Karosserie unterdrückt und damit das Fahrgefühl des Fahrers verbessert. Zudem werden die äußeren Kugeln des Kugelgewindetriebs 8 bei Durchbiegen der Gewindespindel 12 nicht stärker als andere Kugeln beansprucht. Dies wird durch das Spiel der Teile des Mutterkörpers 16 erreicht, da die Gewindespindel 12 und die einzelnen Teile des Mutterkörpers 16 immer in optimaler Position zueinander stehen können.
Zur Betätigung des Kugelgewindetriebs wird der Mantel 14 durch einen Riementrieb 28 mit einem Drehmoment beaufschlagt. Aufgrund des Formschlusses zwischen Mantel 14 und Mutterkörper 16, der durch das in den Nuten 23 liegende Federelement 24 erzeugt wird, wird das Drehmoment vom Mantel 14 auf den Mutterkörper 16 übertragen. Die Rotation des Mutterkörpers 16 veranlasst mithilfe der Kugeln eine axiale Bewegung der Gewindespindel 12. Axiales Spiel des Kugelgewindetriebs 8 wird dadurch verhindert, dass während der Montage die Teile des Mutterkörpers 16 vorgespannt werden. Hierzu wird die Spannmutter 22 in Richtung der Gegenfläche 20 bewegt, sodass sich die Teile des Mutterkörpers 16 aufeinander zu bewegen und dabei das zwischen ihnen angeordnete Zentrierelement 26 elastisch vorspannen. Aufgrund der elastischen Eigenschaften des Federelements 26 sind die Teile des Mutterkörpers 16 auf diese Weise gegeneinander entlang der Gewindespindel 12 vorgespannt.

Claims

Kugelumlaufmutter (10) für einen Kugelgewindetrieb (8), mit einem Mantel (14), wenigstens einem Mutterkörper (16) und einem Federelement (24), dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) radial zwischen dem Mantel (14) und dem Mutterkörper (16), vorzugsweise zwischen Innenumfang des Mantels (14) und Außenumfang des Mutterkörpers (16) angeordnet ist.
Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) aus einem Elastomer besteht.
Kugelumlaufmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) den Mutterkörper (16) kraft- und/oder formschlüssig mit dem Mantel (14) verbindet.
Kugelumlaufmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (14) und/oder der Mutterkörper (16) Nuten (23) aufweisen, in die das Federelement (24) eingreift.
Kugelumlaufmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufmutter (10) wenigstens ein Zentrierelement (26) aufweist, das den Mutterkörper (16) in der für ihn vorgesehenen Position im Mantel (14) radial und/oder axial hält.
Kugelumlaufmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) als ein Stift oder ein Ringsegment ausgeführt ist.
Kugelumlaufmutter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zentrierelement (26) federnd ausgebildet ist, insbesondere aus einem Elastomer besteht.
Kugelumlaufmutter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Zentrierelement (26) das Federelement (24) ist.
Kugelumlaufmutter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mutterkörper (16) mit dem Mantel (14) durch Passform, Verzahnung, Nut-Feder-Verbindung, Mitnehmer oder dergleichen kraft- oder formschlüssig verbunden ist.
Kugelumlaufmutter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (24) und das wenigstens eine Zentrierelement (26) einstückig ausgeführt sind.
Kugelumlaufmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mutterkörper (16) mehrteilig ausgeführt ist.
Kugelumlaufmutter nach einem der Ansprüche 6 bis 10 und Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sich das wenigstens eine Zentrierelement (26) zumindest teilweise zwischen den Teilen des Mutterkörpers (16) erstreckt.
Kugelumlaufmutter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Federelement (24) für jeden Teil des Mutterkörpers (16) vorgesehen ist.
Kugelumlaufmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (14) eine Gegenfläche (20) und eine Spannmutter (22) aufweist, wobei die Spannmutter (22) auf der axial der Gegenfläche (20) abgewandten Seite des Mutterkörpers (16) am Mantel (14) befestigt ist, vorzugsweise den Mutterkörper (16) in der für ihn vorgesehenen Position am Mantel (14) axial hält.
Kugelumlaufmutter nach den Ansprüchen 7, 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmutter (22) die Teile des Mutterkörpers (16) unter Benutzung der federnden Eigenschaften des Zentrierelements (26) gegeneinander vorspannt.
Kugelumlaufmutter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel (14) zumindest teilweise als eine Riemenscheibe ausgeführt ist.
Kugelgewindetrieb mit Kugelumlaufmutter (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 und einer Gewindespindel (12), die sich durch die Kugelumlaufmutter (10) erstreckt.