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Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, mit einer Gewindespindel und einer Gewindemutter, die auf der Gewindespindel über in Kugelkanälen geführte Kugeln läuft, die in einem Käfig aufgenommen sind, der an einem axialen Ende einen Anschlag aufweist, der zum Begrenzen einer Bewegung des Käfigs mit einem Gegenanschlag zusammenwirkt.
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Ein Kugelgewindetrieb dient dazu, eine Rotationsbewegung in eine translatorische Bewegung umzuwandeln oder eine translatorische Bewegung in eine Drehbewegung umzuwandeln.
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Kugelgewindetriebe bestehen im Allgemeinen aus einer Gewindespindel, die Kugelkanäle bzw. Rillen aufweist, in denen als Kugeln ausgebildete Wälzkörper angeordnet sind. Eine Gewindemutter weist ein entsprechend gegengleich ausgebildetes Innengewinde auf, so dass die Gewindemutter über die Kugeln auf der Gewindespindel läuft. Herkömmliche Kugelgewindetriebe besitzen zumeist eine Umlenkeinheit, die in die Gewindemutter eingesetzt ist und die eine Bewegung der Kugeln von einem Kugelkanal in einen anderen Kugelkanal bewirkt, so dass sich die Kugeln im Inneren der Gewindemutter in einem Umlauf befinden. Nachteilig ist dabei, dass das Vorsehen dieser benötigten Umlenkeinheit aufwendig ist, zudem kann eine Befüllung des Kugelgewindetriebs mit den Wälzkörpern erst nach dem Zusammenbau erfolgen.
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Um zu vermeiden, dass benachbarte Kugeln einander berühren, wodurch sich Reibung und Verschleiß erhöhen, ist in der
DE 10 2009 018 966 A1 bereits vorgeschlagen worden, die Kugeln in einen Käfig aufzunehmen, so dass diese in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Bei diesem Kugelgewindetrieb kann bei bestimmten Betriebsbedingungen eine axiale Bewegung des Käfigs auftreten. Zur Begrenzung dieser Bewegung des Käfigs sind daher an beiden Enden des Käfigs radiale Anschläge vorgesehen, die mit Gegenanschlägen zusammenwirken, die zum Beispiel an der Kugelgewindemutter angeordnet sein können.
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Aus
DE 11 2007 002 103 B4 ist eine Rollelement-Schraubspindelvorrichtung bekannt gewoeden, bei der ein besonderes Planetengetriebe zwischen der Spindelmutter und dem Käfig angeordnet ist, so dass diese Komponenten zwangsweise miteinander gekoppelt sind. Der Käfig weist keinen Anschlag auf.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelgewindetrieb anzugeben, der eine zuverlässige Rückstellung oder Rückführung des Käfigs in eine Ausgangsposition gewährleistet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass er einen ersten Gegenanschlag an der Gewindespindel und einen zweiten Gegenanschlag an einem axialen Ende der Gewindemutter aufweist.
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Durch die beiden erfindungsgemäß vorgesehenen Gegenanschläge wird eine Rückführung bzw. Rückstellung des Käfigs in eine Ausgangsposition ermöglicht. Auf diese Weise erfolgt eine Synchronisation der Position des Käfigs zu der Position der Gewindespindel und der Gewindemutter. Mittels der Gegenanschläge kann der Käfig wieder in seine Ausgangsposition zurück bewegt werden, falls durch Schlupf eine Verstellung des Käfigs relativ zur Gewindemutter erfolgt ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb wird bevorzugt, dass der Käfig bei einem Anschlagen an den ersten Gegenanschlag oder den zweiten Gegenanschlag durch eine Rückführbewegung der Gewindemutter zurück bewegbar ist. Demnach wird der Käfig bei einer entsprechenden Rückführbewegung der Gewindemutter von dieser mitgenommen bzw. mitgeschleppt, bis der Käfig seine Ausgangsposition erreicht hat. In der Ausgangsposition ist die Position des Käfigs wieder mit der Spindelmutter synchronisiert.
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Eine besonders zuverlässige Funktion ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb, wenn er derart ausgebildet ist, dass beim Anschlagen des Anschlags an den ersten Gegenanschlag eine weitere axiale Bewegung des Käfigs und der Kugeln gestoppt wird. Der erste, an der Gewindespindel angeordnete Gegenanschlag verhindert eine weitere Drehung des Käfigs, so dass dieser sich nicht weiter herausdrehen kann. Der erste an der Gewindespindel vorgesehene Gegenanschlag erstreckt sich vorzugsweise axial entlang der Gewindespindel, so dass der an dem Käfig angeformte Anschlag gegen den Gegenanschlag anstößt, woraufhin eine weitere Drehung des Käfigs und dementsprechend auch eine weitere Axialbewegung des Käfigs blockiert wird.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass der Kugelgewindetrieb derart ausgebildet ist, dass beim Anschlagen des Anschlags an den zweiten Gegenanschlag der Käfig und die Kugeln gemeinsam durch die Gewindemutter zurückbewegbar sind. Der zweite, an dem axialen Ende der Gewindemutter vorgesehene Gegenanschlag bewirkt, dass der Anschlag des Käfigs daran anschlägt und anschließend bei einer Drehbewegung der Gewindemutter mitgeschleppt wird. Die durch den Käfig geführten Kugeln führen dabei eine Schlupfbewegung durch und werden mit dem Käfig zurück in die Ausgangsposition bewegt.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass der Anschlag des Käfigs als radiale Lasche ausgebildet ist. Eine derartige radiale Lasche kann einfach hergestellt werden, zum Beispiel durch einen Biegevorgang. Während des Betriebs schlägt der als radiale Lasche ausgebildete Anschlag gegen den ersten Gegenanschlag oder den zweiten Gegenanschlag, wodurch im ersten Fall eine weitere axiale Bewegung des Käfigs gestoppt wird und im zweiten Fall bei einer Bewegung der Gewindemutter ein Mitschleppen erfolgt.
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Es hat sich als besonders günstig herausgestellt, dass der Anschlag an demjenigen Ende des Käfigs angeordnet ist, an dem im Betrieb die niedrigere Last auftritt. Es wurde festgestellt, dass sich der Käfig vorzugsweise in Richtung zu derjenigen Seite des Käfigs bewegt, an dem im Betrieb die niedrigere Last auftritt. Dementsprechend ist der Anschlag an dieser Seite vorgesehen, so dass eine unerwünschte Verschiebung des Käfigs mittels der beiden Gegenanschläge gestoppt bzw. in eine Umkehrbewegung umgewandelt werden kann, um den Käfig in eine Ausgangsposition zurückzubewegen.
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Im Hinblick auf die Herstellung des Käfigs des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs wird es bevorzugt, dass der Käfig spanlos hergestellt ist, vorzugsweise durch Stanzen und Biegen eines Blechs. Grundsätzlich ist es jedoch auch denkbar, den Käfig durch Spritzgießen aus einem Kunststoffmaterial herzustellen.
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Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb eignet sich besonders gut für Anwendungen, bei denen ein Hub der Gewindemutter von näherungsweise 30 mm bis 70 mm benötigt wird.
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Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb wird vorzugsweise bei Anwendungen mit einem elektrischen Aktuator eingesetzt, da mittels des Kugelgewindetriebs z. B. eine automatische Nachstellung erfolgen kann. Beispiele für derartige Anwendungen sind eine elektrische Feststellbremse oder eine elektrisch betätigte Kupplung. Besonders gut geeignet sind Anwendungen, bei denen der Kugelgewindetrieb nach einem oder wenigen Arbeitshüben in eine Ausgangsposition zurückbewegt wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs in einer perspektivischen Ansicht;
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2 eine weitere perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs; und
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3 den Käfig des Kugelgewindetriebs;
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Der in 1 in einer perspektivischen Ansicht gezeigte Kugelgewindetrieb umfasst im Wesentlichen eine Gewindespindel 2 und eine Gewindemutter 3, die auf der Gewindespindel 2 über in Kugelkanälen 4 geführten Kugeln 5 läuft.
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Ein Ende 6 der Gewindespindel 2 weist eine Verzahnung auf, mittels der die Gewindespindel 2 direkt oder ggf. über ein zwischengeschaltetes Getriebe mit einem elektrischen Aktuator gekoppelt werden kann. Bei einer Drehung des Aktuators wird die Gewindespindel 2 gedreht, die auf der Gewindespindel 2 laufende Gewindemutter 3 führt dann eine Translationsbewegung durch. Durch eine Umkehrung der Drehrichtung des elektrischen Antriebsmotors kann die Gewindemutter 3 in die entgegengesetzte Richtung verschoben werden. Der Kugelgewindetrieb 1 kann Bestandteil einer elektromechanischen Feststellbremse für ein Kraftfahrzeug sein.
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Die Kugeln 5 sind in einem Käfig 7 aufgenommen, der in 3 in einer perspektivischen Ansicht gezeigt ist. Der Käfig 7 weist eine Vielzahl von kreisförmigen Ausnehmungen 8 auf, die regelmäßig, in Spalten und Reihen, angeordnet sind. Der Käfig 7 ist aus einem Blech durch Stanzen und Umformen hergestellt.
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Da die Kugeln 5 in dem Käfig 7 voneinander beabstandet gehalten und geführt sind, kann bei dem Kugelgewindetrieb 1 auf eine Umlenkeinheit verzichtet werden, die bei anderen Kugelgewindetrieben erforderlich ist, um Kugeln von einem Kugelkanal der Gewindespindel zu einem anderen Kugelkanal umzulenken, so dass die Kugeln in einem Umlauf laufen.
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Die Länge des Käfigs 7 des Kugelgewindetriebs 1 ist so bemessen, dass die Gewindemutter 3 den benötigten axialen Arbeitshub vor und zurück fahren kann. Typischerweise tritt zwischen den Kugeln 5 und der Gewindespindel 2 bzw. der Gewindemutter 3 Schlupf auf, was nach mehrmaliger Betätigung, das heißt nach mehreren Arbeitshüben der Gewindemutter 3, dazu führen kann, dass der Käfig 7 in eine Richtung „wegläuft”. Diese zu beobachtende Relativverschiebung des Käfigs könnte in den Endlagen zum Blockieren des Käfigs 7 und generell zu Schwergängigkeit in dem Kugelgewindetrieb 1 führen.
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Um sicherzustellen, dass der Kugelgewindetrieb 1 bei einem verschobenen Käfig 7 wieder in eine definierte Ausgangsposition zurückbewegt werden kann, weist der Käfig 7 an einem axialen Ende einen Anschlag 9 auf. In 3 erkennt man, dass der Anschlag 9 einstückig an dem Käfig 7 angeformt ist und als sich in Radialrichtung erstreckende Lasche ausgebildet ist. Für die jeweilige Anwendung des Kugelgewindetriebs 1 wird diejenige Seite bestimmt, bei der das Lastniveau niedriger ist. Der Anschlag 9 ist an derjenigen Seite ausgebildet, die der Bewegungsrichtung mit niedrigerer Last entspricht.
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In 1 erkennt man, dass an der Gewindespindel 2 ein erster Gegenanschlag 10 angeordnet ist. Der in den 1 und 2 dargestellte Gegenanschlag 10 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet, seine Längsrichtung ist parallel zur Achse der Gewindespindel 2 ausgerichtet. Wenn die Verschiebung des Käfigs 7 ein bestimmtes Maß erreicht hat, stößt der Käfig 7 mit seinem Anschlag 9 gegen den ersten Gegenanschlag 10, wodurch eine weitere Verschiebung des Käfigs 7 gestoppt wird. Der Käfig 7 durchsetzt die Gewindemutter 3 und wird durch den ersten Gegenanschlag 10 am weiteren Herausdrehen gehindert. Auf diese Weise wird bei dem Arbeitshub mit geringerer Last bzw. bei der entsprechenden Translationsbewegung der Gewindemutter 3 eine weitere Wanderung oder Verschiebung des Käfigs 7 verhindert, nachdem der Anschlag 9 des Käfigs 7 an den ersten Gegenanschlag 10 der Gewindespindel 2 angestoßen ist. Dementsprechend tritt eine automatische Zwangsbremsung der Kugeln 5 auf.
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2 zeigt den Zustand, wenn der Anschlag 9 gegen den ersten Gegenanschlag 10 stößt. Dieser Betriebszustand, der bei einem zu schnellen Rücklauf des Käfigs 7 auftreten kann, wird der Käfig 7 über seinen Anschlag 9 durch den ersten Gegenanschlag 10, der an der Gewindespindel 2 angebracht ist, gestoppt.
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Darüber hinaus umfasst der Kugelgewindetrieb 1 einen zweiten Gegenanschlag 11, der an einem axialen Ende der Gewindemutter 3 angeordnet ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Gegenanschlag 11 als sich in Axialrichtung erstreckender Zapfen ausgebildet, der zweite Gegenanschlag kann bei anderen Ausführungen jedoch auch eckig, zum Beispiel quaderförmig oder sechseckig ausgebildet sein.
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1 zeigt den Zustand, bei dem der Käfig 7 während des Arbeitshubs mit geringerer Last zu langsam läuft, d. h. langsamer als die Gewindemutter 3. In diesem Fall wird der Käfig 7 durch den zweiten Gegenanschlag 11 aufgehalten, wodurch ein weiteres Einlaufen des Käfigs in die Gewindemutter 3 vermieden wird. Da der Anschlag 9 an dem zweiten Gegenanschlag 11 anliegt, wird der Käfig 7 von der Gewindemutter 3 mitgeschleppt. Dementsprechend werden auch die als Kugeln 5 ausgebildeten Wälzkörper mitbewegt. Nachdem der Käfig 7 in Umfangsrichtung mit seinem Anschlag 9 an dem zweiten Gegenanschlag 11 angeschlagen ist, schlupfen die Kugeln 5 über die als Laufbahnen dienenden Kugelkanäle 4 und der Käfig 7 wird in die definierte Ausgangsposition zurück bewegt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgewindetrieb
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Gewindemutter
- 4
- Kugelkanal
- 5
- Kugel
- 6
- Ende
- 7
- Käfig
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Anschlag
- 10
- 1. Gegenanschlag
- 11
- 2. Gegenanschlag
