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Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, mit einer auf einer Spindel angeordneten Kugelumlaufmutter und an der Spindel und an der Kugelumlaufmutter ausgebildeten, sich ergänzenden Laufbahnen, in denen Kugeln in einem Umlauf geführt sind, wobei entweder die Spindel oder die Kugelumlaufmutter mit einem Antrieb koppelbar oder gekoppelt ist und die jeweilige andere axial bewegbare Komponente mit einem Kolben verbunden ist.
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Kugelgewindetriebe dienen im Allgemeinen dazu, eine Drehbewegung in eine Verschiebung (Translation) umzuwandeln. Dazu ist entweder die Spindel oder die Kugelumlaufmutter mit einem Antrieb, beispielsweise einem Elektromotor, gegebenenfalls über ein zwischengeschaltetes Getriebe, verbunden. Wenn die Spindel durch den Antrieb gedreht wird, wird die Kugelumlaufmutter, die über die in den Laufbahnen angeordneten Kugeln mit der Spindel verbunden ist, axial, in Längsrichtung der Spindel verschoben. Alternativ kann der Antrieb, insbesondere der Elektromotor, auch mit der Kugelumlaufmutter gekoppelt sein, so dass die Kugelumlaufmutter durch den Antrieb in Rotation versetzt wird, woraufhin die Spindel axial verschoben wird.
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Für bestimmte Anwendungen werden Kugelgewinde eingesetzt, bei denen die axial bewegbare Komponente mit einem Kolben verbunden ist. Beispiele dafür sind ein elektromechanischer Bremskraftverstärker oder eine elektromechanische Parkbremse.
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Der Kolben erfordert eine sehr genaue Positionierung, da er zumeist in einem Zylinder oder einer Führung bewegbar gelagert ist. Kritisch ist dabei insbesondere die Verbindung zwischen Kolben und der axial bewegbaren Komponente des Kugelgewindetriebs, da sowohl Winkelfehler als auch ein paralleler Versatz auftreten können, der als Deachsierung bezeichnet wird. Es ist zwar bereits vorgeschlagen worden, an dieser Stelle ein aus einem Elastomer hergestelltes Bauteil anzubringen, um vorhandene Toleranzen oder Abweichungen auszugleichen, allerdings ist die Entwicklung derartiger Bauteile teuer, zudem senken sie den Wirkungsgrad.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Kugelgewindetrieb anzugeben, der so ausgebildet ist, dass Lagetoleranzen und Winkelfehler zwischen dem Kolben und der damit verbundenen axial bewegbaren Komponente kompensiert werden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Kolben mittels eines Halteelements mit der axial bewegbaren Komponente verbunden ist, das dazu ausgebildet ist, eine Deachsierung und/oder einen Winkelfehler zwischen dem Kolben und der axial bewegbaren Komponente zu kompensieren.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass Winkelfehler sowie eine Deachsierung ausgeglichen werden können, wenn der Kolben und die axial bewegbare Komponente nicht direkt miteinander verbunden sind, sondern mittels eines Halteelements, das zwischen dem Kolben und der axial bewegbaren Komponente angeordnet ist. Insbesondere wird dadurch eine starre Verbindung zwischen dem Kolben und der axial bewegbaren Komponente vermieden, die bei Positions- und Winkelabweichungen zu Problemen führen kann.
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Erfindungsgemäß wird es besonders bevorzugt, dass das Halteelement als Zugfeder ausgebildet ist. Demnach sind der Kolben und die axial bewegbare Komponente vorzugsweise über eine Zugfeder miteinander verbunden, die so ausgebildet ist, dass Abweichungen, insbesondere eine Deachsierung und/oder ein Winkelfehler kompensiert werden. Die Zugfeder ist dazu sowohl mit dem Kolben als auch mit der axial bewegbaren Komponente verbunden. Vorzugsweise ist die Zugfeder des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs vorgespannt. Somit wird stets, auch im Ruhezustand bzw. im „eingefahrenen“ Zustand, eine zumindest geringe Vorspannkraft zwischen Kolben und der axial bewegbaren Komponente erzeugt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass die Zugfeder zumindest an einem Ende mit dem Kolben oder der axial bewegbaren Komponente kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, vorzugsweise durch Schweißen oder Prägen. Wesentlich ist dabei, dass die Zugfeder fest mit der wenigstens einen Komponente verbunden ist, die Zugfeder und die mit ihr verbundene Komponente können somit als vorgefertigte bzw. vormontierte Baueinheit ausgebildet sein.
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Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Zugfeder zumindest an einem Ende eine Öse zur Befestigung an dem Kolben oder an der axial bewegbaren Komponente aufweist. Somit kann die Öse beispielsweise an einem Stift oder einem Steg eingehängt sein.
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Eine besonders zuverlässige Funktion ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb, wenn der Kolben und die axial bewegbare Komponente eine gemeinsame Anlagefläche aufweisen, die als Ballus oder als Kugelsegment oder elliptisch oder parabolisch ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Anlagefläche an der axial bewegbaren Komponente dabei nach außen gewölbt, die Anlagefläche an dem Kolben ist gegengleich geformt und womit vorzugsweise nach innen gewölbt. Diese Ausgestaltung ermöglicht den Ausgleich von Winkelfehlern.
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Alternativ oder zusätzlich kann es bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb vorgesehen sein, dass zwischen dem Kolben und der axial bewegbaren Komponente ein elastisches und/oder komprimierbares Element angeordnet ist. Dieses Element ist vorzugsweise ringförmig ausgebildet und besteht vorzugsweise aus einem Elastomer. Die Verformbarkeit des elastischen und/oder komprimierbaren Elements ermöglicht somit den Ausgleich von Positions- und Winkelfehlern durch Komprimierung des Elements. Das Element wird von dem Halteelement, insbesondere der Zugfeder, durchsetzt.
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Erfindungsgemäß wird eine Ausführung besonders bevorzugt, bei der die Kugelumlaufmutter mit dem Antrieb koppelbar oder gekoppelt und die Spindel axial bewegbar ist. Der Kugelgewindetrieb eignet sich besonders gut für einen Einsatz bei einem elektromechanischen Aktuator.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs in einer geschnittenen Seitenansicht;
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2 ein Detail des in 1 gezeigten Kugelgewindetriebs beim Vorhandensein einer Koaxialität;
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3 den in 1 gezeigten Kugelgewindetrieb mit der in 2 gezeigten Koaxialität;
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4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs mit einem Ballus;
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5 einen Schnitt durch Windungen einer Zugfeder des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs;
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6 eine weitere Ausführung einer Zugfeder;
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7 eine weitere Ausführung einer Zugfeder; und
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8 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Kugelgewindetriebs in einer geschnittenen Ansicht.
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Der in 1 in einer geschnittenen Ansicht gezeigte Kugelgewindetrieb 1 umfasst im Wesentlichen eine Kugelumlaufmutter 2, die auf einer Spindel 3 angeordnet ist. Die Spindel 3 weist an ihrer Außenseite Gewinderillen auf, ebenso weist die Kugelumlaufmutter 2 an ihrer Innenseite Gewinderillen gleicher Steigung auf. Beide Gewinderillen ergänzen sich zu Laufbahnen 4, in denen Kugeln 5 angeordnet und geführt sind, die zwischen der Kugelumlaufmutter 2 und der Spindel 3 abwälzen.
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Die Kugelumlaufmutter weist lediglich schematisch dargestellte Kugelumlenkungen auf, so dass die Kugeln 5 in einem Umlauf bewegt werden.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kugelumlaufmutter 2 mit einem Antrieb (nicht gezeigt) verbunden, der sich an der in 1 rechten Seite befindet. Der Antrieb ist als Elektromotor ausgebildet. Bei eingeschaltetem Antrieb wird die Kugelumlaufmutter 2 über ein zwischengeschaltetes Getriebe in Drehung versetzt. Dadurch wird die mit der Kugelumlaufmutter 2 kämmende Spindel 3 axial, entlang der Achse 6, verschoben.
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die Spindel 3 die axial bewegbare Komponente des Kugelgewindetriebs 1, die Spindel 3 ist mit einem Kolben 7 verbunden. Der Kolben 7 ist Bestandteil eines hydraulischen Systems, in diesem Ausführungsbeispiel ist er ein Bestandteil eines elektromechanischen Bremskraftverstärkers.
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Der Kolben 7 ist mittels eines Halteelements mit der Spindel 3 als axial bewegbare Komponente verbunden, wobei das Haltelement als Zugfeder 8 ausgebildet ist. Die Zugfeder 8 ist entlang der Achse 6 angeordnet und an ihrem äußeren Ende 9 in einem Sackloch 10 des Kolbens 7 befestigt. Das Ende 9 der Zugfeder 8 ist am Grund des Sacklochs 10 verschweißt. Bei anderen Ausführungen kann das Ende der Zugfeder auch verprägt sein. Durch das jeweils eingesetzte Fügeverfahren ergibt sich eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung. An ihrem entgegengesetzten, inneren Ende weist die Zugfeder 8 eine Öse 11 auf, die an einem quer zur Achse 6 angeordneten Zapfen 12 der hohl ausgebildeten Spindel 3 angebracht ist.
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2 ist ein Detail eines Ausführungsbeispiels des Kugelgewindetriebs 1, bei dem eine Deachsierung vorliegt, das heißt die Längsachse des Kolbens 7 und die Längsachse der Spindel 3 weichen voneinander ab und sind koaxial zueinander. Eine derartige Abweichung kann sowohl fertigungsbedingt sein, ebenso kann auch eine nicht optimale Montage zu der in 2 gezeigten Deachsierung führen.
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3 zeigt den Kugelgewindetrieb 1, der die in 2 gezeigte Deachsierung aufweist. Problematisch ist dabei, dass derartige Positionsabweichungen zu Störungen beim Betrieb des Kugelgewindetriebs 1 führen können. Da der Kolben 7 Bestandteil eines hydraulischen Systems ist, ist eine exakte Positionierung und Ausrichtung des Kolbens 7 wichtig, ansonsten wird die Funktion des Kugelgewindetriebs 1 nachteilig beeinflusst, beispielsweise durch eine erhöhte Reibung und eine verringerte Wirksamkeit.
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In 2 erkennt man, dass die Windungen der Zugfeder 8 im Bereich einer gemeinsamen Anlagefläche 13 koaxial verschoben sind. Die Zugefeder 8 ist somit in der Lage, der vorhandenen Deachsierung zwischen dem Kolben 7 und der Spindel 3 zu folgen. Zudem ist die Zugfeder 8 so ausgebildet, dass sie eine Zugkraft zwischen der Spindel 3 und dem Kolben 7 erzeugt, das heißt die Zugfeder 8 ist vorgespannt. Daher wird der Kolben 7 permanent gegen die Spindel 3 gezogen. Die Zugfeder 8 ist somit ein Halteelement, das eine Kompensation der in 2 gezeigten Deachsierung ermöglicht. Trotz der vorhandenen Deachsierung ist eine zuverlässige Funktion gewährleistet und der Kolben 7 kann seine Funktion erfüllen.
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4 zeigt ein Detail eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Kugelgewindetriebs im Bereich des Kolbens. Eine Spindel 14 weist an ihrem kolbenseitigen Ende einen Ballus 15 auf, das heißt das axiale Ende der Spindel 14 weist einen Radius auf. Der Kolben 16, der an dem Ballus 15 anliegt, ist gegengleich dazu geformt. In Übereinstimmung mit dem vorangehenden Ausführungsbeispiel verbindet die vorgespannte Zugfeder 8 den Kolben 16 mit der Spindel 14. Durch den Ballus 15 wird ein Winkelfehler, das heißt eine Verkippung zwischen dem Kolben 16 und der Spindel 14, kompensiert.
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Die 5 bis 7 zeigen exemplarisch verschiedene Ausführungen von Zugfedern, die für einen derartigen Kugelgewindetrieb eingesetzt werden können. Die gezeigten Querschnitte der Zugfedern sind jedoch lediglich Beispiele und nicht als Beschränkung der Erfindung zu verstehen.
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Die in 5 gezeigte Zugfeder weist einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf, beide Querschnitte sind tailliert. Die in 6 gezeigte Zugfeder weist einen rechteckigen Querschnitt auf. Die in 7 gezeigte Zugfeder weist einen kreisförmigen Querschnitt auf.
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8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kugelgewindetriebs, der ähnlich wie der in 1 gezeigte Kugelgewindetrieb aufgebaut ist. Auf eine nochmalige detaillierte Erläuterung übereinstimmender Komponenten wird daher an dieser Stelle verzichtet.
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Der Kugelgewindetrieb 1 umfasst die Kugelumlaufmutter 2, die Spindel 3 und den Kolben 7. Die Spule 3 und der Kolben 7 sind über das als Zugfeder 8 ausgebildete Halteelement miteinander verbunden, wobei die Zugfeder 8 vorgespannt ist.
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Anders als das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel ist im Bereich der Anlagefläche zwischen dem Kolben 7 und der Spindel 3 ein elastisches und komprimierbares Element 17 angeordnet. Das Element 17 ist im Wesentlichen ringförmig ausgebildet und aus einem Elastomer hergestellt. Das Element 17 weist einen sich axial erstreckenden Bund 18 auf und ist an dem äußeren Ende der Spindel 3 angeordnet. Das elastische und komprimierbare Element 17 wird von der Zugfeder 8 durchsetzt. Bei einem vorhandenen Winkelfehler, das heißt bei einer Verkippung, wird das Element 17 lokal komprimiert, wodurch die Verkippung ausgeglichen wird. Das elastische Element ist somit zusätzlich zur Zugfeder 8 vorhanden, die eine gegebenenfalls vorhandene Deachsierung kompensiert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgewindetrieb
- 2
- Kugelumlaufmutter
- 3
- Spindel
- 4
- Laufbahn
- 5
- Kugel
- 6
- Achse
- 7
- Kolben
- 8
- Zugfeder
- 9
- Ende
- 10
- Sackloch
- 11
- Öse
- 12
- Zapfen
- 13
- Anlagefläche
- 14
- Spindel
- 15
- Ballus
- 16
- Kolben
- 17
- Element
- 18
- Bund
