DE102016222771A1

DE102016222771A1 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102016222771A1
Application number: DE102016222771.8A
Authority: DE
Inventors: Dieter Adler; Sigurd Wilhelm; Markus OSWALD
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2016-11-18
Publication date: 2018-05-24
Also published as: WO2018091034A1; CN109890672A; KR20190084973A; CN109890672B; US20190277380A1

Abstract

Kugelgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (1) und einer darauf angeordneten Gewindemutter (2), und mit zwischen der Gewindespindel (1) und der Gewindemutter (2) angeordneten Kugeln (7), die in wenigstens einem Kugelkanal (8) angeordnet sind, der schraubenförmig um die Spindelachse gewundene Kugelrillen (9, 10) der Gewindemutter (2) und der Gewindespindel (1) aufweist, wobei eine äußere Mantelfläche der Gewindemutter (2) als äußere zylinderförmige Dichtfläche (5) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere zylinderförmige Dichtfläche (5) axial zumindest überlappend mit dem Kugelkanal (8) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb. Derartige Getriebe wandeln eine rotative in eine translatorische Bewegung um. Die Erfindung betrifft auch elektrohydraulische Bremsen und Bremskraftverstärker, in denen derartige Kugelgewindetriebe zum Erzeugen eines hydraulischen Drucks eingesetzt werden. Kugelgewindetriebe werden bevorzugt elektromotorisch betätigt. Wahlweise werden die Gewindemutter oder die Gewindespindel drehangetrieben.
Aus DE102012217092 A1 ist ein Bremskraftverstärker bekannt geworden, der einen Kugelgewindetrieb gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 aufweist. Die Gewindemutter des Kugelgewindetriebs ist als Kolben ausgeführt, dessen äußere Mantelfläche als äußere zylinderförmige Dichtfläche ausgebildet ist. Der mit der Gewindemutter kombinierte Kolben ist längsverschieblich in einem Gehäuse eines Bremskraftverstärkers angeordnet und bedingt durch seine kombinierte Bauweise erheblichen axialen Bauraum. In modernen Kraftfahrzeugen ist der zur Verfügung stehende Bauraum knapp bemessen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Kugelgewindetrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, der in axialer Richtung raumsparend ausgebildet werden kann.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Kugelgewindetrieb gemäß Anspruch 1 gelöst, der mit einer Gewindespindel und einer darauf angeordneten Gewindemutter versehen ist. Vorzugsweise ist die Gewindespindel drehangetrieben und axial stillstehend; die Gewindemutter wird in diesem Fall unter Drehbetätigung der Gewindespindel axial gegenüber der Gewindemutter verschoben.
Zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter sind Kugeln angeordnet, die in wenigstens einem Kugelkanal angeordnet sind, der schraubenförmig um die Spindelachse gewundene Kugelrillen der Gewindemutter und der Gewindespindel aufweist.
Eine äußere Mantelfläche der Gewindemutter ist als äußere zylinderförmige Dichtfläche ausgeführt. An dieser Dichtfläche kann beispielsweise eine Dichtung anliegen, die die Gewindemutter umgreift. Diese Dichtung kann als Dichtring ausgeführt sein. Diese äußere zylinderförmige Dichtfläche ist erfindungsgemäß axial zumindest überlappend mit dem Kugelkanal angeordnet. Demzufolge ist in axialer Richtung gesehen der Teil der Gewindemutter als Kolben nutzbar, in dem die Kugelkanäle untergebracht sind. Der Kugelkanal ist erfindungsgemäß demzufolge teilweise oder vollständig axial innerhalb der axialen Erstreckung der zylinderförmigen Dichtfläche angeordnet. Wenn die Überlappung vollständig ist umgibt die zylinderförmige Dichtfläche vollständig die Kugelkanäle in axialer Richtung. Jedenfalls stellt die Erfindung einen Kugelgewindetrieb bereit, dessen zylinderförmige Dichtfläche und der Kugelkanal ineinander verschachtelt angeordnet sind, so dass eine sehr kompakte Bauweise in axialer Richtung möglich ist. Ineinander verschachtelt bedeutet demzufolge, dass der Kugelkanal radial innerhalb und axial teilweise oder vollständig innerhalb der zylinderförmigen Dichtfläche angeordnet ist.
Die Gewindemutter kann als Kolben ausgebildet sein, der in einem Zylinder längsverschieblich angeordnet ist und gemeinsam mit dem Zylinder einen Druckraum begrenzt. Die zylinderseitige Dichtung kann dichtend an der zylinderförmigen Dichtfläche des Kolbens anliegen, der zugleich die Gewindemutter des Kugelgewindetriebes bildet. Auf diese Weise kann der axiale Bauraum beispielsweise eines Bremskraftverstärkers erheblich reduziert werden.
Der Kugelkanal ist vorzugsweise endlos ausgebildet und weist einen Lastabschnitt sowie einen Umlenkabschnitt auf. Der Lastabschnitt ist von den schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen gebildet. Der Umlenkabschnitt verbindet einen Anfang und ein Ende des Lastabschnitts endlos miteinander. Der Umlenkabschnitt ist in diesem Fall zumindest axial überlappend mit der zylinderförmigen Dichtfläche angeordnet. Diese Umlenkabschnitte können mutterseitig angeordnet sein und müssen in diesem Fall die Gewindeschulter der spindelseitig vorgesehenen Kugelrille übergreifen. Der Umlenkabschnitt ist gemäß dieser zweckmäßigen Weiterbildung radial innerhalb der äußeren Mantelfläche der Gewindemutter untergebracht, ohne diese Mantelfläche zu durchdringen.
Der genannte Umlenkabschnitt kann ein Umlenkstück aufweisen, das in einer am Innenumfang der Gewindemutter vorgesehenen Ausnehmung angeordnet ist, die innerhalb der Wanddicke der Gewindemutter ausgebildet ist. Zu diesem Zweck kann eine Tasche am Innenumfang der Gewindemutter ausgebildet werden, die die äußere Mantelfläche der Gewindemutter nicht durchstößt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass der endlose Kugelkanal radial vollständig innerhalb der äußeren Mantelfläche untergebracht ist und axial innerhalb der zylinderförmigen Dichtfläche liegen kann.
Zweckmäßigerweise können mehrere entlang der Spindelachse angeordnete endlose Kugelkanäle vorgesehen werden, deren Umlenkabschnitte jeweils einen Anfang und ein Ende des Lastabschnitts einer gemeinsamen Windung verbinden, wobei die Umlenkstücke über den Umfang verteilt und axial hintereinander in den taschenförmigen Ausnehmungen angeordnet sind.
Die Gewindemutter kann an ihrem Außenumfang mit wenigstens einer koaxial angeordneten Ringnut zur Aufnahme eines Dichtrings versehen sein, wobei die Ringnut axial benachbart zu der zylinderförmigen Dichtfläche angeordnet ist. Diese Ausbildung ist zweckmäßig, wenn der Kugelgewindetrieb beispielsweise Teil eines elektrohydraulischen Bremskraftverstärkers ist. Die Gewindemutter kann in diesem Fall als Kolben ausgeführt sein, der in einem Zylinder längsverschieblich angeordnet ist und mit diesem einen hydraulischen Druckraum begrenzt. Die Abdichtung zwischen Kolben und Zylinder ist in diesem Fall in günstiger Weise dergestalt, dass der kolbenseitige Dichtring an der Wandung des Zylinders dichtend anliegt und ein zylinderseitig angebrachter Dichtring an der zylinderförmigen Dichtfläche des Kolbens anliegen kann.
Die Gewindemutter kann in einer zweckmäßigen Weiterbildung an ihrem Innenumfang mit einer inneren zylinderförmigen Dichtfläche versehen sein, die axial benachbart zu dem Kugelkanal angeordnet ist. Diese Weiterbildung kann ebenfalls für den vorstehend beschriebenen Anwendungsfall geeignet sein, wenn in die Gewindemutter oder in den durch die Gewindemutter gebildeten Kolben ein weiterer Kolben eingreift, der längsverschieblich gegenüber der Gewindemutter angeordnet ist und dichtend an der inneren zylinderförmigen Dichtfläche anliegt. Diese innere zylinderförmige Dichtfläche kann axial überlappend mit der oben beschrieben Ringnut am Außenumfang der Gewindemutter angeordnet sein.
Sofern die Gewindemutter als Kolben ausgebildet ist, ist vorzugsweise ein einstückig hergestelltes Bauteil bezeichnet, dessen Kolben und Gewindemutter aus einem einzigen Bauteil erzeugt werden wie „aus einem Guss“.
Erfindungsgemäße Kugelgewindetriebe sind bevorzugt in Bremskraftverstärkern eingesetzt, wobei die Gewindemutter als Kolben ausgebildet ist, der in einem Zylinder längsverschieblich angeordnet ist, und wobei die Gewindespindel drehangetrieben ist für eine axiale Verlagerung des Kolbens gegenüber dem Zylinder. Dadurch, dass die Kugelkanäle und die äußere zylinderförmigen Dichtfläche in axialer Richtung einander überlappen, kann eine axial kurze Bauweise des Bremskraftverstärkers erzielt werden, die in Anbetracht des knapp bemessenen Bauraums in modernen Kraftfahrzeugen sehr vorteilhaft ist.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt vier Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb in einer ersten Lage,
2 einen Längsschnitt durch den Kugelgewindetrieb aus 1 in einer zweiten Lage,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes in perspektivischer Darstellung und aufgebrochen und
4 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges mit Bremskraftverstärker.

Die 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes, der eine drehangetriebene Gewindespindel 1 und eine auf der Gewindespindel 1 axial verschieblich angeordnete Gewindemutter 2. 1 zeigt den Kugelgewindetrieb mit eingefahrener Gewindemutter 2 und 2 mit ausgefahrener Gewindemutter 2.
Die Gewindemutter 2 ist als Kolben 3 ausgebildet, der in einen lediglich angedeuteten Zylinder 4 eingreift. Anstelle eines Zylinders kann ein Gehäuse vorgesehen sein. Die äußere Mantelfläche der Gewindemutter 2 ist als zylinderförmige Dichtfläche 5 des Kolbens 3 ausgebildet. Nicht abgebildet ist ein hydraulischer Druckraum, der von dem Kolben 3 und von dem Zylinder 4 begrenzt wird. Dieser Druckraum schließt an das rechts gelegene Ende des Zylinders 4 an. Unter Betätigung des Kugelgewindetriebes - also unter Drehantrieb der Gewindespindel 1 - wird der Kolben 3 axial gegenüber dem Zylinder 4 verlagert und somit der Druckraum vergrößert oder verkleinert.
Am Innenumfang des Zylinders 4 sind zwei axial benachbart angeordnete Dichtringe 6 angeordnet, die dichtend an der zylinderförmigen Dichtfläche 5 des Kolbens 3 anliegen und somit den Druckraum hydraulisch abdichten.
Zwischen der Gewindespindel 1 und der Gewindemutter 2 sind Kugeln 7 ( 3) angeordnet, die in mehreren endlosen Kugelkanälen 8 angeordnet sind. Jeder Kugelkanal 8 ist von schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen 9, 10 der Gewindemutter 2 und der Gewindespindel 1 sowie von Umlenkabschnitten 11 gebildet. Die Umlenkabschnitte 11 verbinden jeweils einen Anfang und ein Ende eines Lastabschnitts 12 einer gemeinsamen Windung.
Die Umlenkabschnitte 11 sind jeweils an einem Umlenkstück 13 ausgebildet. Diese Umlenkstücke 13 sind über den Umfang verteilt und axial aufeinander folgend in taschenförmigen Ausnehmungen 14 der Gewindemutter 2 angeordnet. Die Figuren zeigen deutlich die Anordnung der taschenförmigen Ausnehmungen 14 radial innerhalb der Mantelfläche der Gewindemutter 2, also innerhalb der Wanddicke der Gewindemutter 2.
Die taschenförmigen Ausnehmungen 14 durchstoßen demzufolge nicht die zylinderförmige Dichtfläche 5 am Außenumfang der Gewindemutter 2.
Die Figuren zeigen deutlich, dass die zylinderförmige Dichtfläche 5 und die Kugelkanäle 8 axial einander überlappend angeordnet sind.
3 zeigt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, das sich von dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die als Kolben 3 ausgebildete Gewindemutter 2 an ihrem einen axialen Ende an ihrem Außenumfang mit zwei koaxial zur Spindelachse und axial benachbart angeordneten Ringnuten 15 zur Aufnahme von nicht abgebildeten Dichtringen versehen ist, wobei die Ringnuten 15 beide axial benachbart zu der zylinderförmigen Dichtfläche 5 angeordnet sind.
Ein weiterer Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass die Gewindemutter 2 axial durchgehend geöffnet ist und an ihrem Innenumfang mit einer inneren zylinderförmigen Dichtfläche 16 versehen ist, die axial benachbart zu den Kugelkanälen 8 angeordnet ist. Diese innere zylinderförmige Dichtfläche 16 ist axial überlappend mit den Ringnuten 15 angeordnet. An dieser inneren zylinderförmigen Dichtfläche 16 kann ein nicht abgebildeter innerer Kolben längsverschieblich geführt sein und mit seinen Dichtringen dichtend anliegen.
Ferner ist in 3 am linksseitigen Ende der Gewindespindel 1 ein mit Zähnen versehenes Ritzel 17 ausgebildet, das über ein nicht abgebildetes Antriebsrad angetrieben werden kann. Über das fest mit der Gewindespindel 1 verbundene Ritzel 17 wird die Gewindespindel 1 drehangetrieben.
4 zeigt lediglich schematisch einen Ausschnitt einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeuges. In diesem Ausschnitt sind abgebildet: ein Bremskraftverstärker 18 mit dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb wie beschrieben, ein Hauptbremszylinder 19 und ein Bremspedal 20. Der in den 1 und 2 angedeutete Zylinder 4 ist Teil des Bremskraftverstärkers 18 und kann an einem Gehäuse des Bremskraftverstärkers 18 gelagert sein.
Bezugszeichenliste

1: Gewindespindel
2: Gewindemutter
3: Kolben
4: Zylinder
5: zylinderförmige Dichtfläche
6: Dichtring
7: Kugel
8: Kugelkanal
9: Kugelrille
10: Kugelrille
11: Umlenkabschnitt
12: Lastabschnitt
13: Umlenkstück
14: taschenförmige Ausnehmung
15: Ringnut
16: innere zylinderförmige Dichtfläche
17: Ritzel
18: Bremskraftverstärker
19: Hauptbremszylinder
20: Bremspedal

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012217092 A1 [0002]

Claims

Kugelgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (1) und einer darauf angeordneten Gewindemutter (2), und mit zwischen der Gewindespindel (1) und der Gewindemutter (2) angeordneten Kugeln (7), die in wenigstens einem Kugelkanal (8) angeordnet sind, der schraubenförmig um die Spindelachse gewundene Kugelrillen (9, 10) der Gewindemutter (2) und der Gewindespindel (1) aufweist, wobei eine äußere Mantelfläche der Gewindemutter (2) als äußere zylinderförmige Dichtfläche (5) ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere zylinderförmige Dichtfläche (5) axial zumindest überlappend mit dem Kugelkanal (8) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dessen Kugelkanal (8) endlos ausgebildet ist und einen von den schraubenförmig gewundenen Kugelrillen (9, 10) gebildeten Lastabschnitt (12) sowie einen einen Anfang und ein Ende des Lastabschnitts (12) endlos verbindenden Umlenkabschnitt (11) aufweist, der zumindest axial überlappend mit der zylinderförmigen Dichtfläche (5) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 2, dessen Umlenkabschnitt (11) radial innerhalb der zylinderförmigen Dichtfläche (5) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 3, dessen den Umlenkabschnitt (11) aufweisendes Umlenkstück (13) in einer am Innenumfang der Gewindemutter vorgesehenen Ausnehmung (14) angeordnet ist, die innerhalb der Wanddicke der Gewindemutter (2) ausgebildet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 4, mit mehreren entlang der Spindelachse angeordneten endlosen Kugelkanälen (8), deren Umlenkabschnitte (11) jeweils einen Anfang und ein Ende des Lastabschnitts (12) einer gemeinsamen Windung verbinden, wobei die Umlenkstücke (13) über den Umfang verteilt und axial hintereinander in den taschenförmigen Ausnehmungen (14) angeordnet sind.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dessen Gewindemutter (2) an ihrem Außenumfang mit wenigstens einer koaxial angeordneten Ringnut (15) zur Aufnahme eines Dichtrings versehen ist, wobei die Ringnut (15) axial benachbart zu der äußeren zylinderförmigen Dichtfläche (5) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dessen Gewindemutter (2) an ihrem Innenumfang mit einer inneren zylinderförmigen Dichtfläche (16) versehen ist, die axial benachbart zu dem Kugelkanal (8) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach den Ansprüchen 6 und 7, dessen innere zylinderförmige Dichtfläche (16) axial überlappend mit der Ringnut (15) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dessen Gewindemutter (2) als Kolben (3) ausgebildet ist, der in einem Zylinder (4) oder in einem Gehäuse längsverschieblich angeordnet ist, wobei eine zylinderseitige Dichtung (6) dichtend an der äußeren zylinderförmigen Dichtfläche (5) des Kolbens (3) anliegt.
Bremskraftverstärker mit einem Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dessen Gewindemutter (2) als Kolben (3) ausgebildet ist, der in einem Zylinder (4) längsverschieblich angeordnet ist, wobei die Gewindespindel (1) drehangetrieben ist für eine axiale Verlagerung des Kolbens (4) gegenüber dem Zylinder (4).