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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, umfassend eine Gewindespindel und eine Gewindemutter, an denen jeweils Kugelrillen ausgebildet sind, die sich zu einem Kugelkanal ergänzen, in dem Kugeln laufen, wobei an den beiden Stirnseiten der Gewindemutter jeweils eine Aufnahme, in die ein Umlenkbauteil eingesetzt ist, vorgesehen ist, wobei jedes Umlenkbauteil einen mit dem Kugelkanal kommunizierenden Umlenkkanal aufweist, und wobei die beiden Umlenkkanäle über einen mutterseitig vorgesehenen Rücklaufkanal miteinander verbunden sind.
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige Kugeltriebe kommen in der Regel als Stellmittel dort zum Einsatz, wo zwei mit dem Kugelgewindetrieb gekoppelte Bauteile relativ zueinander zu bewegen sind. Ein nicht beschränkendes Beispiel ist ein elektromechanisches Lenksystem, wie es beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich verbaut wird.
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Ein Kugelgewindetrieb, wie er beispielsweise aus
US 5,791,192 A bekannt ist, umfasst eine Gewindespindel und eine auf dieser über Wälzkörper, hier Kugeln, geführte Gewindemutter. Die Gewindespindel weist an der äußeren Mantelfläche und die Gewindemutter an der inneren Mantelfläche jeweils eine Kugelrille auf, die sich zu einem Kugelkanal ergänzen, in dem die Kugeln laufen. Zur Bildung einer endlos umlaufenden Kugelkette sind mutterseitig zwei Umlenkbauteile vorgesehen, die bei der in Rede stehenden Ausführungsform in entsprechenden Aufnahmen in den beiden Stirnseiten der Gewindemutter eingesetzt sind. Es handelt sich also um einen Kugelgewindetrieb mit Stirnumlenkungen. Die beiden Umlenkbauteile weisen jeweils einen Kugelkanal auf, der jeweils mit einem mutterseitig vorgesehenen Rücklaufkanal verbunden ist. Dieser Rücklaufkanal kann sich entweder durch die Mutter erstrecken, ist also als Längsbohrung ausgeführt, oder er verläuft radial außerhalb der Mutter. Die im Kugelkanal laufenden Kugeln laufen in den Umlenkkanal eines Umlenkbauteils ein, gelangen von dort in den Rücklaufkanal und von diesem in den Umlenkkanal des anderen Umlenkbauteils, von wo aus sie wieder in den Kugelkanal einlaufen, jedoch versetzt am anderen Ende der Mutter. Der Aufbau und die Funktion eines solchen Kugelgewindetriebs mit Stirnumlenkung ist bekannt.
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Die Ausnehmungen und die Umlenkbauteile weisen, siehe beispielsweise
US 5,791,192 A , eine ovalförmige Geometrie auf. Die Aufnahme ist der Geometrie des Umlenkbauteils entsprechend auszuführen, so dass das Umlenkbauteil möglichst spielfrei in der Aufnahme aufgenommen werden kann. Da die Aufnahme üblicherweise spanend eingearbeitet wird, ist in der Regel ein Fräsvorgang von Nötigen, um die Aussparung auszubilden, was jedoch aufwändig ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Kugelgewindetrieb anzugeben, der demgegenüber verbessert ist und bei dem insbesondere die jeweilige Ausnehmung auf einfache Weise herstellbar ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass jede Ausnehmung einen teilrotationssymmetrischen Querschnitt aufweist, der im Wesentlichen dem Querschnitt des jeweiligen Umlenkbauteils entspricht.
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Auch beim erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb ist die Geometrie der Ausnehmung und die Geometrie des Umlenkbauteils aufeinander abgestimmt. Jedoch sind beide teilrotationssymmetrisch ausgeführt. Die Ausnehmung ist, soweit sie von der Mutter berandet ist, kreisförmig. Üblicherweise ist die Ausnehmung zur Kugelrille der Mutter hin offen, da ja das Umlenkbauteil zu dieser Seite hin mit seiner Kugelkanalöffnung gerichtet sein muss, um eine Kugel aufzunehmen oder abzugeben. Da die Ausnehmung damit vom Querschnitt her, soweit sie in das Muttermaterial eingebracht ist, rotationssymmetrisch, also rund ist, kann sie folglich auf einfache Weise durch einen einfachen Bohrvorgang eingebracht werden. Die Ausbildung einer solchen Aufnahme durch einfaches axiales Bohren ist wesentlich einfacher als die Ausbildung einer unsymmetrischen Ausnehmung durch einen Fräsvorgang.
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Das heißt, dass der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb, bei dem sowohl die Ausnehmung als auch das Umlenkbauteil einen teilrotationssymmetrischen Querschnitt besitzen, mithin also in den Bereichen, in denen sie ineinandergreifen, rund sind, insoweit einfacher aufgebaut und insbesondere die Ausnehmung auf einfachere Weise herstellbar ist.
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Der teilrotationssymmetrische Querschnitt kann dabei zylindrisch sein, das heißt, dass sich die Ausnehmungsbrandung zylindrisch in die Mutter erstreckt. Alternativ kann der teilrotationssymmetrische Querschnitt auch konisch sein, also einen sich verjüngenden Durchmesser aufweist. Selbstverständlich entspricht die entsprechende Querschnittsform des Umlenkbauteils der jeweiligen Querschnittsform der Ausnehmung, das heißt, dass auch das Umlenkbauteil entweder abschnittsweise zylindrisch oder konisch ausgeführt ist.
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Der Rücklaufkanal kann sich dabei durch die Gewindemutter erstrecken und in der jeweiligen Ausnehmung bodenseitig münden, was der weiteren Kompaktierung zuträglich ist, da der Rücklaufkanal mutternseitig integriert ist und nicht durch ein zusätzliches Rohr radial außenliegend an der Mutter auszubilden ist.
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Bevorzugt ist in der Ausnehmung bodenseitig eine Senkung vorgesehen, in der der Rücklaufkanal mündet, wobei an jedem Umlenkbauteil ein den Umlenkkanal verlängernder hohler Zapfen vorgesehen ist, der in die Senkung eingreift. Auch diese Senkung ist – wie der Rücklaufkanal und die Ausnehmung selbst – durch einen einfachen Bohrvorgang herstellbar. Der Rücklaufkanal endet in der Senkung, die am Kanalende eine Schulter aufweist. Am Umlenkbauteil ist erfindungsgemäß ein den Umlenkkanal verlängernder Zapfen vorgesehen, der in die Senkung eingreift, in dieser also formschlüssig aufgenommen ist. Dies ermöglicht eine sehr gute Anbindung des Rücklaufkanals an den Umlenkkanal, das heißt, dass ein stufenfreier Übergang auf diese Weise einfach zu realisieren ist.
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Dabei kann die Senkung entweder zentrisch zur Symmetrieachse der Ausnehmung ausgebildet sein. Bevorzugt jedoch ist sie exzentrisch zur Symmetrieachse der Ausnehmung angeordnet, woraus sich eine Verdrehsicherung ergibt. Denn infolge der exzentrischen Anordnung ist zwangsläufig auch der Zapfen exzentrisch angeordnet. Eine Verdrehung ist, nachdem die Ausnehmung das Umlenkbauteil um mehr als 180° umgreift, in diesem Fall nicht mehr möglich. Das heißt, dass der Kombination aus Zapfen und Senkung folglich mehrere Funktionen zukommen. Der Zapfen enthält zum einen den Eingang zum Kugelkanal, er bildet die Schnittstelle zum Rücklaufkanal. Zum anderen ist aufgrund der Exzentrizität der Zapfen- und Senkungsanordnung eine Verdrehsicherung gewährleistet.
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Das Umlenkbauteil selbst kann ein einteiliges Bauteil sein. Bevorzugt jedoch Ist es, nicht zuletzt aufgrund der mitunter komplexen Geometrie des Umlenkkanals, zweiteilig ausgeführt, also aus zwei miteinander zu verbindenden respektive verbundenen Bauteilen. Diese können beispielsweise durch Verschweißen miteinander verbunden sein, denkbar ist auch ein Verkleben oder Ähnliches. Die Verbindung der beiden Teile ist formschlüssig, wozu bevorzugt am einen Teil ein zylindrischer Zapfen vorgesehen ist, der in eine entsprechende am anderen Teil ausgebildete Zapfenaufnahme formschlüssig eingreift.
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Wie beschrieben dient das Umlenkbauteil zum Aufnehmen respektive Abgeben der umlaufenden Kugeln. Zu diesem Zweck ist am Umlenkbauteil bevorzugt ein in den Kugelkanal eingreifender und in den Umlenkkanal führender Abschnitt vorgesehen, der quasi zungenartig ausgeführt ist und ein sicheres Einlaufen der Kugeln respektive Auslaufen ermöglicht. Dieser Abschnitt kann entweder komplett an einem der beiden Teile ausgebildet sein, mithin also massiv ausgeführt sein. Alternativ dazu kann er mit je einem Teilabschnitt an beiden Teilen ausgeführt sein. Im letzteren Fall wird er also bei der Montage komplettiert.
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Weiterhin können an jedem Umlenkbauteil mehrere seitliche, insbesondere rippenartige Erhebungen vorgesehen sein, um die Überprüfbarkeit der Abmaße zu vereinfachen. Diese Erhebungen oder Abstimmrippen verlaufen axial an der Außenfläche des jeweiligen Umlenkbauteils respektive wenigstens eines der Teile, sofern dieses zweiteilig ist.
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Die Sicherung des Umlenkbauteils in der Mutter kann durch beliebige Maßnahmen erfolgen, beispielsweise durch Federelemente, die das Umlenkbauteil in der Ausnehmung fixieren, durch andersartige Sicherungselemente, etwaige Schraubverbindungen, durch Schweißverbindungen oder durch einfaches Einkleben.
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Die Umlenkbauteile selbst, insbesondere deren beiden Teile, sind bevorzugt aus Kunststoff, was insbesondere im Hinblick auf die Ausbildung der mitunter komplexeren Geometrien von Vorteil ist. Alternativ ist es aber auch denkbar, als Material ein Metall zu wählen, oder eine Metall-Kunststoff-Werkstoffkombination.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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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 eine Teilansicht im Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb,
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2 eine Stirnansicht der Gewindemutter des Kugelgewindetriebs aus 1,
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3 eine Stirnansicht ohne eingesetztem Umlenkbauteil,
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4 eine Perspektivansicht eines Umlenkbauteils,
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5 eine Ansicht der zur Ausnehmung gerichteten Seite des Umlenkbauteils,
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6 eine Ansicht der gegenüberliegenden Seite des Umlenkbauteils,
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7 eine Seitenansicht des Umlenkbauteils,
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8 eine Perspektivansicht des einen Teils des Umlenkbauteils,
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9 eine Seitenansicht des Teils aus 8,
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10 eine Stirnansicht des Teils aus 8,
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11 eine Perspektivansicht des zweiten Teils des Umlenkbauteils,
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12 eine Seitenansicht des Teils aus 11,
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13 eine Stirnansicht des Teils, und
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14 eine Stirnansicht eines Umlenkbauteils einer zweiten Ausführungsform.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt eine Teilansicht eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes 1, umfassend eine hier nur gestrichelt gezeigte Gewindespindel 2 mit einer Kugelrille 3 sowie eine Gewindemutter 4 mit einer weiteren Kugelrille 5, wobei sich die Kugelrillen 3 und 5 zu einem Kugelkanal 6 ergänzen, in dem hier nicht näher gezeigte Kugeln laufen, über welche die Gewindemutter 4 auf der Gewindespindel 2 geführt ist.
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An der Mutter 4 sind stirnseitig zwei Umlenkbauteile 7, die vom Aufbau her identisch sind, in entsprechenden Aufnahmen 8 angeordnet. Die Umlenkbauteile 7 weisen jeweils einen Umlenkkanal 9 auf, der mit einem Ende im Kugelkanal 6 mündet, und der mit dem anderen Ende mit einem Rücklaufkanal 10 kommuniziert, der hier als axiale Bohrung durch die Gewindemutter 4 ausgeführt ist. Die beiden Umlenkkanäle 9 und der Rücklaufkanal 10 bilden eine Kanalstruktur, die es ermöglicht, die am einen Umlenkbauteil 7 einlaufenden Kugeln zum anderen Umlenkbauteil 7 zu führen und dort wieder in den Kugelkanal 6 zu setzen. Es ist also eine endlose umlaufende Kugelkette realisiert.
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2 zeigt eine Stirnansicht der Gewindemutter 4, in deren Ausnehmung 8 das Umlenkbauteil 7 eingesetzt ist. Wie aus dieser Figur sowie aus 3 zu entnehmen ist, in welcher die Kugelgewindemutter 4 ohne Umlenkbauteil 7 gezeigt ist, weist die Ausnehmung 8 einen teilrotationssymmetrischen Querschnitt auf, hier in Zylinderform. Die Ausnehmung 8 ist folglich, soweit sie im Material der Kugelgewindemutter 4 ausgebildet ist, kreisrund und zylindrisch, sie ist zwangsläufig zum Inneren der Kugelgewindemutter 4 hin offen. Diese teilrotationssymmetrische Querschnittsform ermöglicht es, die Ausnehmung 8 durch einfaches Bohren auszubilden. Das heißt, dass mit einem geeigneten Bohrwerkzeug axial in die Stirnseite 11 der Gewindemutter 4 gebohrt wird, um die Ausnehmung 8 auszubilden. Ersichtlich weist auch das Umlenkbauteil 7 insoweit eine teilrotationssymmetrische Geometrie auf, das heißt, dass auch das Umlenkbauteil 7 eine zylindrische Außenseite aufweist, und zwar in dem Bereich, in dem das Umlenkbauteil 7 in der Ausnehmung 8 aufgenommen ist. Die Geometrie des Umienkbauteils 7 am Innenumfang ist der Mutterinnengeometrie entsprechend ausgeführt. Lediglich mit einem Abschnitt 12 greift das Umlenkbauteil 7 radial nach innen, was jedoch erforderlich ist, um eine Kugel aus dem Kugelkanal 6 aufzunehmen respektive in diesen auslaufen zu lassen.
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Wie 3 zeigt, ist am Boden 13 der Ausnehmung 8 eine Senkung 14 ausgebildet, in welcher der Rücklaufkanal 10 mündet. Die Senkung 14 dient der Aufnahme eines nachfolgend noch näher zu beschreibenden, am Umlenkbauteil 7 vorgesehenen Zapfens 15, der formschlüssig in die Senkung 14 eingreift, und der den Umlenkkanal 9 fortsetzt. Wie der Schnittansicht gemäß 4 zu entnehmen ist, ermöglicht es dieser Zapfen 15, der als Schnittstelle zum Rücklaufkanal 10 dient, den Übergang von Umlenkkanal 9 zum Rücklaufkanal 10 stufenlos zu gestalten.
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Wie 3 zeigt, ist die Senkung 14 exzentrisch zur Mitte respektive zum Zentrum der Bohrung der Ausnehmung 8 angeordnet, zwangsläufig damit aber auch der Zapfen 15 des Umlenkbauteils. Hierüber wird gleichzeitig eine Verdrehsicherung realisiert, nachdem es bei Eingriff des Zapfens 15 in die Senkung 14 ausgeschlossen ist, dass sich das Umlenkbauteil 7 in der zylindrischen Ausnehmung 8 verdrehen kann.
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Die 4–7 zeigen in einer detaillierteren Weise den Aufbau des Umlenkbauteils 7. Dieses besteht aus zwei separaten, vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Teilen 16 und 17, die fest miteinander verbunden werden und einander ergänzen. Deutlich zu erkennen ist der Zapfen 15, der wie zuvor beschrieben in die Senkung 14 eingreift und der den Umlenkkanal 9, der teils geöffnet ist und quasi offen durch das Umlenkbauteil 7 läuft, fortsetzt. Gezeigt ist ferner der Abschnitt 12, der in den Kugelkanal 6 eingreift und in den Umlenkkanal 9 führt.
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Wie insbesondere die 4 und 5 zeigen, weist das Teil 17 an der zum Boden 13 weisenden Seite eine offene Rippenstruktur 18 auf, was seine Herstellung vereinfacht. Auch am Teil 16 ist außenseitig eine Rippenstruktur 19 vorgesehen.
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Die 8–10 zeigen in einer vergrößerten Darstellung das erste Teil 16, an dem der wesentliche Kanalabschnitt 9a des Umlenkkanals 9 ausgeführt ist, wie auch ein Abschnitt 15a zur Bildung des Zapfens 15.
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Des Weiteren ist am Teil 16 ein vorzugsweise zumindest abschnittsweise zylindrischer Zapfen 20 vorgesehen, der bevorzugt hohl ist, also eine Bohrung 21 aufweist. Diese Bohrung 21 verhindert eine Anhäufung des Kunststoffmaterials beim Spritzguss und sorgt für eine gleichmäßige Wandstärke des Zapfens 20. Dieser Zapfen 20 dient der formschlüssigen Verbindung der beiden Teile 16, 17, worauf nachfolgend noch eingegangen wird.
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Wie 9 zeigt, ist am Teil 16 auch ein Teilabschnitt 12a des Abschnitts 12 ausgebildet, nachdem die Trennebene 22 (siehe hierzu 7) durch den Abschnitt 12 läuft.
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Die 11–13 zeigen die Ausgestaltung des zweiten Teils 17. An ihm ist zum einen der zweite Abschnitt 15b des Zapfens 15 ausgebildet, wie auch der zweite Teilabschnitt 12b des Abschnitts 12. Weiterhin ist dort der zweite Kanalabschnitt 9b ausgebildet, wobei sich die beiden Kanalabschnitte 9a, 9b zum geschlossenen Kugelkanal 9 verbinden.
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Wie insbesondere die 11 und 13 zeigen, ist am Teil 17 eine offene Zapfenaufnahme 23 ausgebildet, in die der Zapfen 20, siehe insbesondere 5, formschlüssig eingreift. Hierüber kann eine Montagereferenz realisiert werden. Die Zapfenaufnahme 23 umschließt den Zapfen 20 gabelförmig um mehr als die Hälfte seines Außendurchmessers, so dass eine sichere Fixierung gegeben ist. Die beiden Teile 16, 17 können beispielsweise miteinander nach axialem Zusammenstecken verschweißt werden, so dass sich eine feste Verbindung ergibt.
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Der Kugelkanal 9 ist vom Durchmesser her etwas größer gewählt als der Kugeldurchmesser, wobei sein Umlenkradius ebenfalls größer als der Kugeldurchmesser ist, um zu verhindern, dass es zu einem Hakeln oder einem Kugelstau kommt.
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14 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform eines Umlenkbauteils 7, das insoweit dem zuvor beschriebenen Beispiel entspricht. Jedoch sind bei diesem Umlenkbauteil 7 an der Außenseite drei radiale Erhebungen 24 vorgesehen, die als Abstimmrippen dienen, um die Überprüfbarkeit der Abmaße zu vereinfachen.
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Zur Montage wird das zuvor zusammengesetzte Umlenkbauteil 7 in die Aufnahme 8 eingesetzt und dort fixiert, beispielsweise durch Federelemente oder sonstige Sicherungselemente wie Schrauben oder Ähnlichem. Alternativ ist auch ein Einkleben oder dergleichen denkbar. Da der Rücklaufkanal 10 integral als Axialbohrung in der Gewindemutter 4 vorgesehen ist, ist mit dem Einsetzen der Umlenkbauteile 7 an beiden Stirnseiten der Gewindemutter 4 dieselbe komplettiert. Alternativ zur integralen Ausbildung des Rücklaufkanals 10 ist es auch denkbar, diesen mittels eines an der Mutteraußenseite geführten Rohres zu realisieren, wobei in diesem Fall natürlich die Umlenkbauteile 7 von der Führung des jeweiligen Umlenkkanals 9 her anders zu konzipieren wären, da diese ja mit dem radial außenliegenden Rohr kommunizieren müssen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgewindetrieb
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Kugelrille
- 4
- Gewindemutter
- 5
- Kugelrille
- 6
- Kugelkanal
- 7
- Umlenkbauteil
- 8
- Ausnehmung
- 9
- Umlenkkanal
- 9a
- Kanalabschnitt
- 9b
- Kanalabschnitt
- 10
- Rücklaufkanal
- 11
- Stirnseite
- 12
- Abschnitt
- 12a
- Teilabschnitt
- 12b
- Teilabschnitt
- 13
- Boden
- 14
- Senkung
- 15
- Zapfen
- 15a
- Abschnitt
- 15b
- Abschnitt
- 16
- Teil
- 17
- Teil
- 18
- Rippenstruktur
- 19
- Rippenstruktur
- 20
- Zapfen
- 21
- Bohrung
- 22
- Trennebene
- 23
- Zapfenaufnahme
- 24
- Erhebung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5791192 A [0003, 0004]
