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Die Erfindung betrifft einen Spindeltrieb. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Spindeltrieb an einem Aktuator zum Einsatz in einem Kraftfahrzeug.
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Stand der Technik
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Ein Spindeltrieb umfasst eine Spindel und eine Spindelmutter, die koaxial zu einer gemeinsamen Drehachse gelagert sind. Die Spindelmutter trägt ein Innengewinde und die Spindel ein Außengewinde, wobei die beiden Gewinde miteinander kämmen. Werden Mutter und Spindel gegeneinander um die Drehachse verdreht, so entsteht zwischen Spindel und Spindelmutter eine translatorische Bewegung entlang der Drehachse. In einer Ausführungsform ist die Spindelmutter dazu eingerichtet, um die Drehachse in Drehung versetzt zu werden, um die Spindel entlang der Drehachse zu verschieben.
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Der Spindeltrieb kann beispielsweise in einem elektrohydraulischen Aktuator zum Einsatz an Bord eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Dabei kann die Spindel axial auf einen hydraulischen Kolben wirken, der in einem hydraulischen Zylinder aufgenommen ist. Ein Elektromotor kann zur Versetzung der Spindelmutter in Drehung bereitgestellt sein. Die Drehung des Elektromotors wird durch den Spindeltrieb in eine translatorische Bewegung und durch den Kolben in einen Volumenstrom oder eine Druckveränderung eines hydraulischen Fluids im Zylinder umgesetzt. So können beispielsweise eine Brems- oder Kupplungseinrichtung mittels des Elektromotors betätigt werden.
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DE 10 2009 005 886 A1 zeigt einen weiteren Spindeltrieb mit einem Schmierkanal, um die Gewinde an der Spindel und der Spindelmutter mit einem Schmierstoff zu benetzen, wenn die Spindel bezüglich der Spindelmutter in einer vorbestimmten Parkposition steht.
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EP 0 10 540 B1 betrifft einen Spindeltrieb mit einem elastischen Kolben zur Umwälzung von Schmierstoff.
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DE 10 2009 007 952 A1 schlägt vor, eine Entlüftungsöffnung in einem Reservoir für Schmierstoff an einem Spindeltrieb vorzusehen.
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Der Spindeltrieb kann empfindlich auf einen Schmierstoffmangel im Bereich der ineinander eingreifenden Gewinde reagieren. Reißt ein Schmierfilm im Bereich der Gewinde ab, sodass Abschnitte der Gewinde trocken aneinander reiben, können eines oder beide Gewinde starkem Verschleiß ausgesetzt sein. Ein Abrieb der Gewindeflanken kann den Effekt eines Schleifmittels auf weitere Gewindeflanken ausüben, sodass diese ebenfalls beschleunigt verschleißen. Im Extremfall kann die Spindel brechen, an der Spindelmutter axial durchrutschen oder Spindel und Spindelmutter können sich aneinander festfressen, sodass keine weitere Relativbewegung möglich ist. Derartige Schäden treten insbesondere bei hohen mechanischen Belastungen, hohen Zyklenzahlen oder hohen Umgebungstemperaturen auf, wie sie im Bereich von Aktuatoren in Kraftfahrzeugen vorliegen können.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spindeltrieb anzugeben, der eine verbesserte Belastungsfähigkeit aufweist und möglichst einfach aufgebaut ist. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Spindeltriebs mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein Spindeltrieb zur Umsetzung zwischen einer rotatorischen und einer translatorischen Bewegung umfasst eine Spindel zur translatorischen Bewegung und eine Spindelmutter zur rotatorischen Bewegung, wobei die Spindel und die Spindelmutter mittels Gewinden miteinander gekoppelt sind. Die Spindelmutter umfasst in axialer Verlängerung ihres Gewindes ein Reservoir, in den sich ein Abschnitt der Spindel erstreckt. Im Reservoir ist ein Schmierstoff aufgenommen und an der Spindel ist im Bereich des Reservoirs ein Verdrängungskörper angebracht, der sich radial weiter nach außen erstreckt als das Gewinde der Spindel.
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Der Verdrängungskörper bewegt sich zusammen mit der Spindel in axialer Richtung, wenn die Spindelmutter gegenüber der Spindel verdreht wird. Dadurch wird der Schmierstoff im Reservoir von der einen axialen Seite des Verdrängungskörpers zur anderen umgewälzt. Durch das Umwälzen kann eine Benetzung des Gewindes der Spindel in verbesserter Weise gelingen, sodass das Schmiermittel bei wiederholten axialen Bewegungen der Spindel entlang des Raums zwischen den Gewinden der Spindelmutter und der Spindel verteilt wird. Ein Trockenlaufen des Spindeltriebs kann dadurch verhindert werden. Durch das Umwälzen kann auch ein Verklumpen des Schmiermittels vermieden werden, sodass ein vergrößerter Anteil des Schmiermittels an der Schmierung der beiden Gewinde teilnehmen kann. Ferner kann durch das Umwälzen eine Separation von verschiedenen Komponenten des Schmiermittels, beispielsweise eines Grundöls und eines Verdickers, verhindert werden. Durch die verbesserte Schmierung kann ein erhöht belastbarer oder verbessert zuverlässiger Spindeltrieb bereitgestellt sein.
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Bevorzugterweise erstreckt sich das Reservoir axial wenigstens so weit wie die Spindel axial beweglich ist. Es ist besonders bevorzugt, dass sich die beiden axialen Maße ungefähr entsprechen. So kann ein optimales Umwälzen bzw. Durchmischen des Schmierstoffs im Reservoir erzielt werden. Bei einem Spindeltrieb mit bekanntem Arbeits- oder Maximalhub, beispielsweise zur Betätigung einer Kupplung, können die axiale Beweglichkeit der Spindel und die axiale Ausdehnung des Reservoirs genau aneinander angepasst werden.
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In einer Ausführungsform taucht die Spindel nur einseitig in das Reservoir ein. In einer bevorzugten Ausführungsform durchläuft die Spindel das Reservoir hingegen vollständig. Vorteilhafterweise ist dabei die Änderung des im Reservoir aufgenommenen Volumens der Spindel über den Hub der Spindel weniger stark oder gar nicht veränderlich. Durch die verringerte Verdrängungsarbeit kann ein mechanischer Widerstand verringert sein.
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In einer Ausführungsform ist das Reservoir rotationssymmetrisch. Dadurch kann vermieden werden, dass sich Schmierstoff in einer radialen Tasche ansammelt, wo er nicht umgewälzt wird. Besonders bevorzugt ist es, dass das Reservoir zylindrische Form aufweist. Ein Ringspalt zwischen der radialen Begrenzung des Reservoirs und dem Rotationskörper des Verdrängungskörpers kann für eine gleichmäßige Umwälzung des Schmierstoffs im Reservoir sorgen.
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Der Verdrängungskörper kann drehfest mit der Spindel verbunden sein. Dadurch kann dem Schmierstoff auch eine rotatorische Bewegung aufgeprägt werden, die zu einer verbesserten Umwälzung beitragen kann.
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Der Verdrängungskörper kann rotationssymmetrisch sein. Insbesondere kann der Verdrängungskörper eine Kunststoffscheibe umfassen, die um die Spindel gespritzt ist oder auf die Spindel aufgepresst ist. Der radiale Spalt zwischen dem Verdrängungskörper und der Begrenzung des Reservoirs kann dadurch besonders genau eingehalten sein. Ein Klumpen des Schmierstoffs, der größer als der Spaltabstand ist, kann dadurch zuverlässig am axialen Passieren des Verdrängungskörpers gehindert werden. Stattdessen kann der Klumpen im Spalt zerschert werden.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Verdrängungskörper eine einseitig offene Scheibe, wobei die Spindel eine radiale Nut zur Montage der Scheibe aufweist. Eine derartige Scheibe ist als Sicherungs- oder Bz-Scheibe bekannt. Durch die radiale Montage kann das Zusammenfügen der Teile des Spindeltriebs erleichtert sein.
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Der Schmierstoff umfasst bevorzugterweise ein Fett mit niedriger Viskosität. Insbesondere kann der Schmierstoff ein Heißlagerfett umfassen. Ferner kann dem Schmierstoff ein Trockenschmiermittel wie Graphit oder Molybdändisulfid beigemischt sein.
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In noch einer weiteren Ausführungsform ist eine Belüftungsöffnung zur Verbindung des Reservoirs mit einer Umgebung vorgesehen. Die Veränderung des verbleibenden Volumens im Reservoir, wenn die Spindel bezüglich der Spindelmutter axial bewegt wird, kann so verbessert ausgeglichen werden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 einen Spindeltrieb in einer ersten Ansicht;
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2 den Spindeltrieb aus 1 in einer zweiten Ansicht, und
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3 Verdrängungskörper für den Spindeltrieb aus einer der 1 oder 2 darstellt.
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Genaue Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt einen Spindeltrieb 100, insbesondere zum Einsatz an Bord eines Kraftfahrzeugs. Der Spindeltrieb 100 kann beispielsweise zur axialen Betätigung eines hydraulischen Kolbens in einem hydraulischen Zylinder vorgesehen sein. Der Spindeltrieb 100 umfasst eine Spindel 105 mit einem Außengewinde 110 und eine Spindelmutter 115 mit einem Innengewinde 120, wobei die Gewinde 110 und 120 ineinander kämmen und koaxial zu einer Drehachse 125 angeordnet sind. Rein exemplarisch ist die dargestellte Spindelmutter 115 mittels eines Radiallagers 130 in radialer Richtung gelagert. Es kann auch ein anderes Lager verwendet werden, welches zur Aufnahme von axialen oder Kippkräften eingerichtet ist. In exemplarischer Weise ist die Spindelmutter 115 mittels eines Schneckengetriebes 135 mit einem Elektromotor (nicht dargestellt) verbunden. Das Schneckengetriebe 135 umfasst ein Schneckenrad 140, das hier einstückig mit der Spindelmutter 115 und koaxial zur Drehachse 125 ausgeführt ist, und eine Schnecke 145, die mit dem Schneckenrad 140 kämmt und zur Befestigung auf einer Welle des Elektromotors eingerichtet ist. Anstelle des Schneckengetriebes 135 kann auch eine andere Einrichtung zur Kraftübertragung auf die Spindelmutter 115 vorgesehen sein.
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An der Spindelmutter 115 ist ein Reservoir 150 ausgebildet, das zur Aufnahme eines Schmierstoffs 155 eingerichtet ist. Das Reservoir 150 liegt in axialer Verlängerung des Innengewindes 120 der Spindelmutter 115. Dabei ist das Reservoir 150 bezüglich der Drehachse 125 bevorzugterweise rotationssymmetrisch, insbesondere kreiszylindrisch ausgeführt.
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Die Spindel 105 ist dazu eingerichtet, einen maximalen axialen Arbeitsweg entlang der Drehachse 125 zu durchlaufen. Unabhängig von der Stellung der Spindel 105 auf ihrem Arbeitsweg liegt stets ein Abschnitt der Spindel 105 im Reservoir 150. Dabei kann die Spindel 105 mit einem axialen Ende mehr oder weniger tief in das Reservoir 150 eintauchen oder wie in der dargestellten Ausführungsform das Reservoir 150 vollständig durchlaufen. Dabei ist bevorzugterweise ein Dichtelement 160 vorgesehen, um das Reservoir 150 an einem ersten axialen Ende bezüglich der Spindel 105 abzudichten. Am anderen axialen Ende des Reservoirs 150 liegen die ineinander kämmenden Abschnitte des Außengewindes 110 der Spindel und des Innengewindes 120 der Spindelmutter 115.
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Im Bereich des Reservoirs 150 ist an der Spindel 105 ein Verdrängungskörper 165 angebracht. Der Verdrängungskörper 165 erstreckt sich in radialer Richtung weiter als die Außenverzahnung 110 der Spindel 105 und kann unterschiedliche Formen aufweisen, wie unten mit Bezug auf 3 genauer erläutert wird. Der Verdrängungskörper 165 ist axial an der Spindel 105 befestigt, sodass sich der Verdrängungskörper 165 axial durch das Reservoir 150 bewegt, wenn die Spindel 105 axial bezüglich der Spindelmutter 115 bewegt wird. Der Verdrängungskörper 165 wälzt den Schmierstoff 155 im Reservoir 150 um, sodass das Außengewinde 110 der Spindel 105 verbessert mit Schmierstoff 155 benetzt wird. Die Drehbewegung des Innengewindes 120 der Spindelmutter 115 kann den Schmierstoff 155 dann in axialer Richtung weiter tragen und so einen Schmierfilm zwischen dem Innengewinde 120 und dem Außengewinde 110 entlang des gesamten Eingriffsbereichs sicher stellen.
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Der Verdrängungskörper 165 ist in Umfangsrichtung fest auf der Spindel 105 fixiert. In die Spindel 105 kann eine Nut 170 zur axialen Fixierung des Verdrängungskörpers 165 eingebracht sein. Bevorzugterweise handelt es sich um eine radiale Ringnut. In einer Ausführungsform ist eine Belüftungsöffnung 175 zum Druckausgleich des Reservoirs mit einer Umgebung vorgesehen, wenn beispielsweise ein Anteil des Schmierstoffs 155 das Reservoir verlässt.
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2 zeigt den Spindeltrieb 100 aus 1 in einer zweiten Ansicht in einer weiteren Ausführungsform. Hier ist der Bereich des Reservoirs 150 vergrößert dargestellt. Der Verdrängungskörper 165 bildet mit einer radialen Begrenzung des Reservoirs 150 einen Ringspalt 205. Der Verdrängungskörper 165 und der Ringspalt 205 teilen das Reservoir 150 in einen ersten axialen Abschnitt 210, in 2 oben dargestellt, und einen zweiten axialen Abschnitt 215, in 2 unten dargestellt. Wird der Verdrängungskörper 165 zusammen mit der Spindel 105 in axialer Richtung bewegt, so wird das Volumen des einen axialen Abschnitts vergrößert und das des anderen verkleinert. Der Schmierstoff 155 füllt das Reservoir 150 bevorzugterweise zumindest unmittelbar nach dem Befüllen so weit wie möglich aus. Die sich ändernden Volumina der Abschnitte 210 und 215 zwingen den Schmierstoff 155, durch den Ringspalt 205 zu passieren. Dadurch wird der Schmierstoff 155 im Reservoir 150 umgewälzt und durchmischt. Der Schmierstoff 155 kann dadurch auf verbesserte Weise das Außengewinde 110 der Spindel 105 benetzen und in den Bereich zwischen dem Außengewinde 110 und dem Innengewinde 120 der Spindelmutter 115 eindringen. Die Gewinde 110 und 115 können so verbessert mit Schmierstoff 155 versehen werden, wodurch eine Lebensdauer, eine Belastbarkeit oder eine Zuverlässigkeit des Spindeltriebs 100 gesteigert sein können.
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Der Verdrängungskörper 165 kann auf unterschiedliche Weisen an der Spindel 105 realisiert sein. 3 zeigt exemplarische Verdrängungskörper 165 für den Spindeltrieb 100 aus den 1 und 2. Von oben nach unten sind ein erster Verdrängungskörper 305, ein zweiter Verdrängungskörper 310 und ein dritter Verdrängungskörper 315 dargestellt.
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Der erste Verdrängungskörper 305 ist zur axialen Montage an der Spindel 105 eingerichtet. Der dargestellte erste Verdrängungskörper 305 ist in Form eines Wellensicherungsrings ausgeführt, der auch als Bz-Scheibe bekannt ist. Es kann auch eine andere Bauform eines Außen-Sicherungsrings verwendet werden. Dabei kann der erste Verdrängungskörper 305 in der Nut 170 der Spindel 105 drehbar sein.
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Der zweite Verdrängungskörper 310 ist zur axialen Montage an der Spindel 105 vorgesehen. Radial nach innen weisende Federzungen ermöglichen eine Montage und halten den zweiten Befestigungskörper 310 in axialer Richtung in der Nut 170.
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Der dritte Verdrängungskörper 315 hat die Form einer Anlauf- oder Unterlegscheibe. Er kann beispielsweise stoffschlüssig, etwa durch Löten oder Schweißen, an der Spindel 105 befestigt sein. Es ist auch möglich, die Spindel 105 so auszuführen, dass der dritte Verdrängungskörper 315 in der Nut 170 zur Befestigung axial gepresst wird. In noch einer weiteren Ausführungsform wird der dritte Verdrängungskörper 315 beispielsweise aus Kunststoff an der Spindel 105 angespritzt. Dabei kann die Spindel 105 ebenfalls aus Kunststoff oder beispielsweise aus Stahl hergestellt sein.
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Weitere mögliche Varianten des Verdrängungskörpers 165 ergeben sich dem Fachmann unmittelbar durch Betrachtung der 1 bis 3 und die obigen Ausführungen zu Zweck und Beschaffenheit des Verdrängungskörpers 165.
