DE102016222894A1

DE102016222894A1 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102016222894A1
Application number: DE102016222894.3A
Authority: DE
Inventors: Stephan Ruffershöfer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-24
Anticipated expiration: 2036-11-22
Also published as: CN109863330A; WO2018091032A1; KR20190084980A; DE102016222894B4; US20200049240A1

Abstract

Ein Kugelgewindetrieb weist eine als Hohlspindel (2) ausgebildete Gewindespindel auf, welche aus einem einen Gewindegang (7) aufweisenden Außenteil (5) und einer mit dem Außenteil (5) ohne zusätzliche Bauteile verbundenen Innenhülse (6) zusammengesetzt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, welcher eine als Hohlspindel ausgebildete Gewindespindel aufweist.
Ein Kugelgewindetrieb ist allgemein aus einer Gewindespindel und einer mit dieser zusammenwirkenden Kugelgewindemutter aufgebaut, wobei zwischen der Gewindespindel und der Kugelgewindemutter Kugeln als Wälzkörper abrollen. Ist die Gewindespindel als Hohlspindel gestaltet, so kann in der Gewindespindel ein weiteres Bauteil, insbesondere eine zusätzliche Spindel, aufgenommen sein.
Aus der DE 202 07 122 U1 ist eine Vorrichtung zur linearen Hubverstellung bekannt, welche als Fuß eines Möbelstücks verwendbar sein soll und drei gegeneinander verschiebbare Teleskoprohre umfasst. Die Vorrichtung nach der DE 202 07122 U1 weist mehrere Spindeln auf, welche zum Teil als Hohlspindeln gestaltet sind. Die Hohlspindeln werden über eine Stirnradverzahnung elektrisch angetrieben.
Weitere, ebenfalls für Möbel vorgesehene Antriebseinheiten mit Gewindetrieben, die jeweils eine Hohlspindel aufweisen, sind zum Beispiel in den Dokumenten DE 200 00 487 U1 und DE 20 2009 007 347 U1 beschrieben.
Die DE 202 14 566 U1 offenbart einen elektromotorischen Linearantrieb mit einer als Hohlspindel ausgebildeten Gewindespindel sowie einer aus mehreren Mutterteilen zusammengesetzten Kugelgewindemutter. Auch dieser Linearantrieb soll für die Verwendung in Möbeln geeignet sein.
Gewindetriebe, insbesondere Kugelgewindetriebe, dienen generell der Umsetzung einer rotativen Bewegung in eine lineare Bewegung oder umgekehrt. Hierbei kann entweder die Gewindespindel oder die Kugelgewindemutter als rotierendes Teil fungieren, während das jeweils andere Teil verschiebbar und in der Regel gegen Verdrehung gesichert ist.
Ein Kugelgewindetrieb mit einer Kugelgewindemutter mit integrierter Verdrehsicherung ist beispielsweise aus der DE 10 2014 219 256 A1 bekannt. Die Kugelgewindemutter weist in diesem Fall zusätzlich einen mutterseitigen Umfangsanschlag auf.
Eine Kugelumlaufspindelanordnung mit Anschlagskonturen ist auch aus der EP 2 573 418 B1 bekannt. In diesem Fall sind mehrere Anschläge in Form eines primären Kugelmutteranschlags und eines sekundären Kugelumlaufspindelanschlags gegeben.
Kugelgewindetriebe kommen auch in der Kraftfahrzeugtechnik zum Einsatz. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die DE 10 2011 118 365 A1 verwiesen, welche ein elektronisch regelbares Bremsbetätigungssystem betrifft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterentwickelten Kugelgewindetrieb mit einer Hohlspindel anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser Kugelgewindetrieb weist eine als Hohlspindel ausgebildete Gewindespindel auf, welche mehrteilig aufgebaut ist. Hierbei ist ein einen Gewindegang aufweisendes Außenteil der Gewindespindel mit einer Innenhülse ohne zusätzliche Bauteile, insbesondere durch eine Pressverbindung, verbunden.
Bei der Gewindespindel kann es sich um eine eingängige oder mehrgängige Gewindespindel handeln. In beiden Fällen sind keine zusätzlichen Verbindungselemente zur Herstellung einer dauerhaft festen Verbindung zwischen der Innenhülse und dem Außenteil erforderlich.
Zusätzlich zu einer Pressverbindung sind auch durch Schweißen oder Clinchen hergestellte Verbindungen als mögliche Gestaltungen einer dauerhaften, ein Drehmoment übertragenden Verbindung zwischen der Innenhülse und dem Außenteil zu nennen. Auch durch Formgebung von Außenteil und Innenhülse, beispielsweise in Form von Polygonkonturen oder Verzahnungen, kann eine Drehmomentübertragung zwischen den genannten Teilen ermöglicht oder eine Zusatzsicherung gegeben sein.
Die Innenhülse und das Außenteil sind nicht notwendigerweise aus dem gleichen Material gefertigt. Vielmehr sind Ausführungsformen von Vorteil, bei welchen die Innenhülse aus einem weicheren Material als das Außenteil gefertigt ist. Insbesondere weist die Innenhülse eine geringere Oberflächenhärte als das Außenteil oder zumindest dessen den Gewindegang beschreibende Mantelfläche auf. Zur Herstellung der Innenhülse sind insbesondere umformende Verfahren wie Tiefziehen geeignet. Ebenso können umformende Verfahren bei der Herstellung des Außenteils zum Einsatz kommen. Beispielsweise ist der Gewindegang des Außenteils durch Rollieren herstellbar. Auch spanabhebende Verfahren sind zur Herstellung oder teilweisen Bearbeitung des Außenteils geeignet.
Der Vorteil des mehrteiligen Aufbaus der Gewindespindel liegt insbesondere darin, dass mittels des Innenteils besonders einfach Zusatzfunktionen bereitgestellt werden können. Solche Zusatzfunktionen können zum Beispiel durch einen Kragen übernommen werden, welcher integraler Bestandteil der Innenhülse ist und das zylindrische, hohle Außenteil stirnseitig überragt. An dem Kragen kann ein Anschlagelement oder eine Mehrzahl an Anschlagelementen angeformt sein. Im einfachsten Fall sind Anschläge als radial nach außen gerichtete Fortsätze des Kragens ausgebildet. Ebenso können Anschläge jeweils die Form einer an den Kragen anschließenden, umgebogenen, in Axialrichtung der Gewindespindel weisenden Zunge haben. Insbesondere eine solche, in Axialrichtung des Kugelgewindetriebs ausgedehnte Anschlagnase kann eine Mehrfachfunktion aufweisen, indem sie sowohl mit einer Anschlagkontur einer Kugelgewindemutter als auch mit einer Verdrehsicherungskontur eines Gehäuses, an welches die Gewindespindel angeschlossen ist, zusammenwirkt.
In alternativen Ausgestaltungen ist an den Kragen eine Verzahnung angeformt. Eine solche Verzahnung kann entweder der Verdrehsicherung oder dem rotativen Antrieb der Gewindespindel dienen.
Unabhängig vom Vorhandensein und der Ausgestaltung eines Kragens kann die Innenhülse einen Bodenabschnitt, das heißt einen radial nach innen gerichteten Flansch, aufweisen, welcher als Endanschlag nutzbar ist. An eine zentrale Aussparung, welche sich im Bodenabschnitt befindet, kann radial nach außen eine Aussparung am Umfang des Bodenabschnitts anschließen. Eine solche Umfangsaussparung ist beispielsweise als Kabeldurchlass nutzbar.
Die Innenhülse der Gewindespindel kann ein- oder mehrteilig aufgebaut sein. Im Fall eines mehrteiligen Aufbaus liegt eine Trennebene, in welcher zwei Einzelteile der Innenhülse aneinander stoßen, beispielsweise in einer zur Rotationsachse des Kugelgewindetriebs normalen Ebene. In diesem Fall ist ein erstes Einzelteil der Innenhülse beispielsweise mit einem Kragen versehen, während an das zweite Einzelteil der Innenhülse ein nach innen gerichteter Flansch, das heißt Boden, anschließt. Zusätzlich oder alternativ zum Presssitz der Einzelteile der Innenhülse im Außenteil der Gewindespindel ist prinzipiell auch eine sonstige zur Übertragung eines Drehmoments geeignete Verbindung zwischen den verschiedenen Teilen der Gewindespindel, beispielsweise eine Verbindung mittels eines Rändels, möglich. Dies gilt für eine mehrteilige Innenhülse ebenso wie im Fall einer einteiligen Innenhülse.
Der Kugelgewindetrieb ist besonders geeignet für einen Stellantrieb in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise für einen Fahrwerksaktuator oder für eine elektromechanisch betätigte Bremse. Ebenso ist der Kugelgewindetrieb für stationäre Anwendungen, beispielsweise in der Gebäudetechnik, geeignet.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 eine mehrteilige Gewindespindel in perspektivischer Darstellung,
2 die Gewindespindel nach 1 in einer geschnittenen Ansicht,
3 und 4 ein Außenteil sowie eine Innenhülse einer weiteren Gewindespindel,
5 eine Gewindespindel in Explosionsdarstellung,
6 eine weitere Bauform einer Gewindespindel in perspektivischer Ansicht,
7 eine Innenhülse der Gewindespindel nach 6,
8 und 9 die Gewindespindel nach 6 mit zugehöriger Kugelgewindemutter,
10 u. 11 eine den Gewindetrieb nach 8 sowie ein Gehäuse umfassende Anordnung in verschiedenen Montagezuständen.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind stets mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein Kugelgewindetrieb 1 ist aufgebaut aus einer Gewindespindel 2, nämlich Hohlspindel, und einer Kugelgewindemutter 3. Zwischen einem Gewindegang 7 der Gewindespindel 2 und der Kugelgewindemutter 3 abrollende Wälzkörper, nämlich Kugeln, sind in den Figuren nicht dargestellt. Ebenso ist eine Kugelrückführung der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Die Gewindespindel 2 ist aus zwei Spindelteilen 5, 6, nämlich einem Außenteil 5, an dessen Mantelfläche der Gewindegang 7 geformt ist, und einer Innenhülse 6, zusammengesetzt. Im Vergleich zum Außenteil 5 ist Innenhülse 6 wesentlich dünnwandiger. Die Innenhülse 6 ist durch eine Pressverbindung fest mit dem Außenteil 5 verbunden. An einer Stirnseite der Gewindespindel 2 ragt die Innenhülse 6 geringfügig über das Außenteil 5 hinaus; an der entgegengesetzten Stirnseite überragt das Außenteil 5 die Innenhülse 6.
An derjenigen Stirnseite der Gewindespindel 2, an welcher die Innenhülse 6 das Außenteil 5 überragt, ist ein Kragen 8 der Innenhülse 6 erkennbar, welcher stirnseitig an das Außenteil 5 anschlägt. An den Kragen 8 schließt sich in Axialrichtung eine Presssitzfläche 19 an, mit welcher der Presssitz zwischen der Innenhülse 6 und dem Außenteil 5 hergestellt ist. Optional sind weitere Presssitzflächen vorhanden, welche in den Figuren nicht erkennbar sind.
An der dem Kragen 8 abgewandten Stirnseite der Innenhülse 6 weist diese einen ringförmigen Bodenabschnitt 10, das heißt einen radial nach innen gerichteten Flansch, auf. Der Bodenabschnitt 10, welcher als Endanschlag fungiert, begrenzt eine zentrale, kreisförmige Aussparung 11 und ist an seinem Umfang unterbrochen durch eine Aussparung 12, welche auch als Umfangsaussparung bezeichnet wird und insbesondere als Kabeldurchlass nutzbar ist.
Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 sind an dem Kragen 8 mehrere radial exakt nach außen weisende Anschlagelemente 9 angeformt, die beispielsweise zur Verdrehsicherung der Gewindespindel 2 oder als Anschlag für eine hier nicht dargestellte Kugelgewindemutter nutzbar sind.
Im Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 ist der Kragen 8 nicht mit einzelnen Anschlagelementen, sondern mit einer Verzahnung 13 versehen. Mittels der Verzahnung 13 ist die gesamte Gewindespindel 2 antreibbar, wobei durch den Presssitz, welcher mit Hilfe der Presssitzfläche 19 realisiert ist, eine drehmomentübertragende Verbindung zwischen der Innenhülse 6 und dem Außenteil 5 der Gewindespindel 2 hergestellt ist. Zusätzliche, etwa formschlüssige Verdrehsicherungsmechanismen zwischen der Innenhülse 6 und dem Außenteil 5 sind nicht erforderlich. Das Außenteil 5 weist damit trotz der Zusatzfunktionen der Gewindespindel 2 eine besonders einfache Geometrie auf und ist beispielsweise durch Abtrennen von einem längeren, mit dem Gewindegang 7 versehenen Rohr auf einfache Weise in der gewünschten Länge bereitstellbar.
Das Ausführungsbeispiel nach 5 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 dadurch, dass die Innenhülse 6 mehrteilig, nämlich aus einem ersten Hülsenstück 14 und einem zweiten Hülsenstück 15, aufgebaut ist. Auch das zweite Hülsenstück 15, an welches der Bodenabschnitt 10 angeformt ist, ist hierbei durch eine Pressverbindung mit dem Außenteil 5 verbunden.
Die 6 und 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Gewindespindel 2, welche sich von der Bauform nach den 1 und 2 dadurch unterscheidet, dass die Anschlagelemente 9 als in Axialrichtung umgebogene, mit dem Gewindegang 7 teilweise überlappende Zungen ausgebildet sind. Die zungenförmigen Anschlagelemente 9 sind zur Zusammenwirkung einer mit 16 bezeichneten Anschlagkontur der Kugelgewindemutter 3 geeignet. Darüber hinaus sind die Anschlagelemente 9 auch als Verdrehsicherungselemente gegenüber einem Gehäuse 4 nutzbar. Das Gehäuse 4 weist hierbei als Ausnehmungen geformte Verdrehsicherungskonturen 17 auf, in welche die Anschlag-elemente 9 eingreifen können. Die Anschlagelemente 9 können hierbei teilweise aus der Verdrehsicherungskontur 17 herausragen, wie in 10 dargestellt, und damit einen Anschlag gegenüber der Kugelgewindemutter 3 bilden. Ist diese Anschlagsfunktion nicht gewünscht, so ist die Möglichkeit gegeben, die Gewindespindel 2 soweit in das Gehäuse 4 einzusetzen, dass die Anschlagelemente 9 nicht mehr aus der Verdrehsicherungskontur 17 herausragen, wie in 11 dargestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Kugelgewindetrieb
2: Gewindespindel, Hohlspindel
3: Kugelgewindemutter
4: Gehäuse
5: Außenteil
6: Innenhülse
7: Gewindegang
8: Kragen
9: Anschlagelement
10: Bodenabschnitt
11: zentrale Aussparung im Bodenabschnitt
12: Aussparung am Umfang des Bodenabschnitts, Kabeldurchlass
13: Verzahnung
14: erstes Hülsenstück
15: zweites Hülsenstück
16: Anschlagkontur der Kugelgewindemutter
17: Verdrehsicherungskontur des Gehäuses
18: Abflachung
19: Presssitzfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 20207122 U1 [0003]
DE 20000487 U1 [0004]
DE 202009007347 U1 [0004]
DE 20214566 U1 [0005]
DE 102014219256 A1 [0007]
EP 2573418 B1 [0008]
DE 102011118365 A1 [0009]

Claims

Kugelgewindetrieb, mit einer als Hohlspindel (2) ausgebildeten Gewindespindel, welche aus einem einen Gewindegang (7) aufweisenden Außenteil (5) und einer mit dem Außenteil (5) ohne zusätzliche Bauteile verbundenen Innenhülse (6) zusammengesetzt ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (6) durch eine Pressverbindung mit dem Außenteil (5) verbunden ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (6) einen das Außenteil (5) stirnseitig überragenden Kragen (8) aufweist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch mindestens ein an den Kragen (8) angeformtes Anschlagelement (9).
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine mit der Gewindespindel (2) zusammenwirkende, eine zur Zusammenwirkung mit dem Anschlagelement (9) vorgesehene Anschlagkontur (16) aufweisende Kugelgewindemutter (3).
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (4), welches eine zur zumindest partiellen Aufnahme des Anschlagelementes (9) vorgesehene Verdrehsicherungskontur (17) aufweist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine an den Kragen (8) angeformte Verzahnung (13).
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (6) einen eine zentrale Aussparung (11) aufweisenden Bodenabschnitt (10) aufweist, wobei an die zentrale Aussparung (11) radial nach außen eine Aussparung (12) am Umfang des Bodenabschnitts (10) anschließt.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (6) mehrteilig aufgebaut ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (6) eine geringere Oberflächenhärte als der Gewindegang (7) des Außenteils (5) aufweist.