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Die Erfindung betrifft eine für einen Kugelgewindetrieb geeignete Gewindemutter mit einer Außenumlenkung zur Kugelrückführung.
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Ein Kugelgewindetrieb umfasst allgemein eine Gewindespindel, eine Gewindemutter, sowie zwischen der Gewindespindel und der Gewindemutter abrollende Kugeln. Weist ein Kugelgewindetrieb eine Kugelrückführung auf, so unterliegt der Stellbereich des Kugelgewindetriebs prinzipiell keinen Beschränkungen.
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Im Unterschied zu den in den genannten Dokumenten beschriebenen Kugelgewindetrieben weist ein in der
DE 10 2012 213 856 A1 offenbarter Kugelgewindetrieb eine Gewindemutter auf, innerhalb deren Wanddicke ein gerader Rücklaufkanal zur Kugelrückführung angeordnet ist.
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Eine weitere Bauform eines Kugelgewindetriebs mit Kugelrückführung ist in der
DE 73 14 698 U offenbart. In diesem Fall werden Kugeln, welche zur Gewindespindel zurückzuführen sind, durch eine rinnenförmige, mehrere Windungen einer Kugellaufbahn übergreifende Aussparung am Außenumfang der Kugelmutter hindurchgeführt, wobei die rinnenförmige Aussparung durch eine dachförmige Überbrückung abgedeckt ist. An den Enden des überdachten Rückführungskanals befinden sich rohrförmige Schenkel, welche an ihren freien Enden jeweils einen Fortsatz zum Ablenken der Kugeln aufweisen. Insgesamt beschreibt der Rückführungskanal eine U-Form, wobei zur Herstellung des Rückführungskanals ein dünnwandiger Werkstoff vorgeschlagen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine für einen Kugelgewindetrieb geeignete Gewindemutter gegenüber dem Stand der Technik sowohl unter fertigungstechnischen Aspekten als auch hinsichtlich des Verschleißverhaltens, des Raumbedarfs, sowie der akustischen Eigenschaften weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gewindemutter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Gewindemutter ist aus einem Muttergrundkörper, welcher aus Metall gefertigt ist, und mindestens einem zweiteiligen Rückführungskörper aus Kunststoff zusammengesetzt. Der der Kugelrückführung dienende Rückführungskörper ist hierbei derart aus zwei einzelnen Kunststoffteilen zusammengesetzt, dass zwischen diesen Kunststoffteilen ein Kugelrücklaufkanal gebildet ist. An beiden Enden des Kugelrücklaufkanals sind entweder in ein und dasselbe Kunststoffteil oder in beide Kunststoffteile Kugelabgriffselemente eingesetzt, welche zum Muttergrundkörper hin offen sind.
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Die Kugelabgriffselemente sind aus einem im Vergleich zu den beiden Kunststoffteilen, aus welchen der Rückführungskörper zusammengesetzt ist, härteren Material gefertigt. Beispielsweise handelt es sich bei den Kugelabgriffselementen um Metallteile oder um Keramikteile. Ebenso sind harte Kunststoffe für die Herstellung der Anschlusselemente geeignet. In jedem Fall sind die Kugelabgriffselemente als separate Elemente aus einem im Vergleich zu den beiden Kunststoffteilen des Rückführungskörpers verschleißfesteren Material hergestellt.
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Durch eines der Kugelabgriffselemente hindurch oder zumindest in Kontakt mit einem dieser Kugelabgriffselemente werden beim Betrieb des Kugelgewindetriebs Kugeln in den Rückführungskörper eingeleitet, indem sie aus dem Gewindegang der Gewindespindel herausgeleitet werden, während durch das andere Kugelabgriffselement hindurch beziehungsweise in Kontakt mit dem anderen Kugelabgriffselement Kugeln zum Muttergrundkörper der Gewindemutter und damit auch zur Gewindespindel zurückgeleitet werden. Bei umgekehrter Bewegungsrichtung der Gewindemutter in Relation zur Gewindespindel sind die Funktionen der beiden Kugelabgriffselemente vertauscht.
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Die Verwendung von metallischen Elementen am Einlass und Auslass des Rücklaufkanals ist nicht nur hinsichtlich des Verschleißes, sondern auch hinsichtlich der Formgebung und Fertigungsmöglichkeiten der beiden Kunststoffteile des Rückführungskörpers von Vorteil. Es hat sich gezeigt, dass ein günstiges Verschleißverhalten bereits dann erzielbar ist, wenn die metallischen Kugelabgriffselemente lediglich ein einziges der beiden Kunststoffteile kontaktieren. Die beiden Kugelabgriffselemente weisen vorzugsweise jeweils eine komplett gerade Form auf. In rationeller Weise sind die Anschlusselemente beispielsweise als Umformteile aus Blech, insbesondere Stahlblech, herstellbar. An die Kugelabgriffselemente anschließende Kurvenabschnitte des Kugelrücklaufkanals sind in bevorzugter Ausgestaltung jeweils ausschließlich durch die beiden Kunststoffteile des Rückführungskörpers gebildet. Die als separate Teile innerhalb der Kugelrückführung ausgebildeten Kugelabgriffselemente werden kurz auch als Kugelabgriff bezeichnet.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung sind die Kugelabgriffselemente jeweils als hülsenförmiges, im Wesentlichen zylindrisches Element ausgebildet. An das hülsenförmige Kugelabgriffselement kann ein Kragen angeformt sein, welcher in einem der Kunststoffteile des Rückführungskörpers gehalten ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kragen um einen segmentierten, das heißt in Umfangsrichtung unterbrochenen Kragen.
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Ebenso sind Bauformen des hülsenförmigen Kugelabgriffselementes realisierbar, welche keinen Kragen aufweisen. In diesem Fall ist eine radial nach außen weisende, das heißt dem durch die Kunststoffteile gebildeten Kugelrücklaufkanal zugewandte Stirnfläche des Kugelabgriffselementes im Wesentlichen eben und nur durch eine einzige, als Orientierungsnut bei der Montage nutzbare Nut unterbrochen.
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Gemäß einer alternativen Bauform sind die Kugelabgriffselemente als plättchenförmige Elemente gestaltet. Die Plättchen sind hierbei in Anpassung an den Querschnitt des Kugelrücklaufkanals gekrümmt, wobei jedes Plättchen im Querschnitt einen Bogen von weniger als 180° beschreibt.
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Unabhängig davon, ob die Kugelabgriffselemente hülsenförmig oder flächig gestaltet sind, weist jedes Kugelabgriffselement vorzugsweise eine zum Muttergrundkörper weisende, gegenüber dem übrigen Kugelabgriffselement verjüngte Zunge auf. Die Zungen sind diejenigen Abschnitte der Kugelabgriffselemente, welche bei der Ausleitung der Kugeln aus dem Gewindegang der Gewindespindel zuerst kontaktiert werden und von daher mechanisch besonders belastet sind. Dadurch, dass die Zungen als integrale Bestandteile der als separate Elemente in den Rückführungskörper eingesetzten Kugelabgriffselemente ausgebildet sind, ist an diesen Stellen ein erhöhter Verschleißschutz gegeben. Darüber hinaus stellen die aus dem Rückführungskörper herausragenden Zungen auch Mittel zur Montagevereinfachung dar.
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Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass mechanisch besonders belastete Abschnitte eines Kugelrücklaufkanals einer Gewindemutter im Sinne einer Zweikomponentenlösung aus metallischen, keramischen oder sonstigen besonders verschleißfesten Elementen gefertigt sind, während der übrige Rückführungskanal ausschließlich durch vergleichsweise weiche Kunststoffteile gebildet ist, was hinsichtlich der Flexibilität der Formgebung von besonderem Vorteil ist. Insbesondere durch die Halterung beider Kugelabgriffselemente in nur einem der Kunststoffteile des Rückführungskörpers ist die Verwendung metallischer Elemente oder sonstiger nicht aus Kunststoff gefertigter Elemente innerhalb des Rückführungskörpers minimiert. Gleichzeitig sind durch die Ausbildung auch gekrümmter Abschnitte des Kugelrücklaufkanals durch die Kunststoffteile besonders günstige akustische Eigenschaften der Gewindemutter gegeben.
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Die Gewindemutter ist besonders für Kugelgewindetriebe in der Kraftfahrzeugtechnik geeignet. Beispielhaft sind Betriebsbremsen, Parkbremsen, elektrische Antriebe sowie elektromechanische Lenkungen zu nennen. Ebenso ist die Gewindemutter für Kugelgewindetriebe in stationären Anwendungen, beispielsweise in der Robotik sowie in der Gebäudetechnik, geeignet.
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Nachfolgend werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 in teilweise geschnittener Darstellung eine Gewindemutter mit zugehöriger Gewindespindel,
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2 ein Detail nach Anordnung der 1,
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3 eine Ansicht eines Rückführungskörpers der Gewindemutter nach 1 radial von innen,
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4 ein Kugelabgriffselement des Rückführungskörpers nach 3,
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5 eines von zwei Kunststoffteilen des Rückführungskörpers nach 3,
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6 einen Schnitt durch die Anordnung nach 3,
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7 eine Seitenansicht des Rückführungskörpers,
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8 das zweite Kunststoffteil des Rückführungskörpers mit eingesetzten Kugelabgriffselementen,
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9 bis 14 Einzelheiten einer weiteren Bauform einer Gewindemutter in Darstellungen analog 3 bis 8,
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15 einen Rückführungskörper eines dritten Ausführungsbeispiels einer Gewindemutter in einer Ansicht analog 3,
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16 ein Kugelabgriffselement der Anordnung nach 15,
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17 bis 19 ein Kunststoffteil des Rückführungskörpers nach 15 mit eingelegten Kugelabgriffselementen.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind allen Figur mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Kugelgewindetrieb umfasst eine Gewindemutter 2 sowie eine Gewindespindel 3. Zwischen der Gewindemutter 2 und der Gewindespindel 3 abrollende Wälzkörper, nämlich Kugeln, sind in den Figuren nicht dargestellt.
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Die Gewindemutter 2 weist einen metallischen Muttergrundkörper 4 sowie einen Rückführungskörper 5 auf, welcher auf einer Mantelfläche 6 des Muttergrundkörpers 4 gehalten ist. Von einem Gewindegang 7 der Gewindespindel 3 aus werden die Kugeln des Kugelgewindetriebs 1 durch eine Öffnung 8 im Muttergrundkörper 4 hindurch in einen Kugelrücklaufkanal 9 im Rückführungskörper 5 eingeleitet. Durch eine weitere Öffnung in der Gewindemutter 2 gelangen die Kugeln zurück zur Gewindespindel 3, wobei durch den Kugelrücklaufkanal 9 mehrere Windungen des Gewindegangs 7 überbrückt werden. Insgesamt ist der Kugelrücklaufkanal 9 als Außenumlenkung zur Kugelrückführung innerhalb des Kugelgewindetriebs 1 gestaltet.
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Der Rückführungskörper 5 ist aus zwei Kunststoffteilen 10, 11 zusammengesetzt, welche im Spritzgussverfahren hergestellt sind. Der Kugelrücklaufkanal 9 wird sowohl vom ersten Kunststoffteil 10 als auch vom zweiten Kunststoffteil 11 begrenzt. Dies gilt auch für einen Kurvenabschnitt 12 des Kugelrücklaufkanals 9. In die Öffnungen 8 des Muttergrundkörpers 4 eingreifende Stutzen des Rückführungskörpers 5 sind mit 13 und 14 bezeichnet. In jeden Stutzen 13, 14 ist ein Kugelabgriffselement 15 aus Metall eingesetzt. Das Kugelabgriffselement 15 weist eine radial nach innen gerichtete, das heißt der Gewindespindel 3 zugewandte, Zunge 16 auf.
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In den Bauformen nach den 1 bis 14 sind die Kugelabgriffselemente 15 hülsenförmig gestaltet. Die Kugelabgriffselemente 15 kontaktieren hierbei ausschließlich das zweite Kunststoffteil 11, indem sie in die Stutzen 13, 14 eingesteckt sind.
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In der Bauform nach den 1 bis 8 sind die Kugelabgriffselemente 15 durch Umspritzen fest mit dem Kunststoffteil 11 verbunden. Das Kugelabgriffselement 15 weist, wie aus 4 hervorgeht, einen Kragen 17 auf, der in Form einzelner Kragenabschnitte 18 segmentiert ist. Dagegen weist in der Bauform nach den 9 bis 14 das Kugelabgriffselement 15 eine im Wesentlichen ebene Stirnfläche 19 auf, welche durch eine in Längsrichtung des Kugelabgriffselementes 15, das heißt in Radialrichtung des Kugelgewindetriebs 1, verlaufende Nut 20, die als Orientierungsnut der Montagevereinfachung dient, unterbrochen ist.
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Sowohl in der Bauform nach den 1 bis 8 als auch in der Bauform nach den 9 bis 14 handelt es sich bei dem ersten Kunststoffteil 10 um ein radial innenliegendes Teil des Rückführungskörper 5 und bei dem zweiten Kunststoffteil 11 um ein radial weiter außen liegendes Teil des Rückführungskörpers 5.
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Im Unterschied hierzu stoßen die beiden Kunststoffteile 10, 11 der Gewindemutter 2 nach den 15 bis 19 an einer Teilungsebene T aneinander, welche die Mittelachse des Kugelgewindetriebs 1 schneidet. Die Kugelabgriffselemente 15 weisen in diesem Fall eine Plättchenform auf, wie insbesondere aus 16 hervorgeht. Jeweils ein Kugelabgriffselement 15, welches auch in diesem Fall als Blechteil ausgebildet ist, ist in eines der beiden Kunststoffteile 10, 11 eingelegt. Alternativ sind die Kugelabgriffselemente 15 aus einem anderen im Vergleich zu den Kunststoffteilen 10, 11 härteren, verschleißfesteren Werkstoff, beispielsweise einem harten Kunststoff oder einem keramischen Werkstoff, herstellbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgewindetrieb
- 2
- Gewindemutter
- 3
- Gewindespindel
- 4
- Muttergrundkörper
- 5
- Rückführungskörper
- 6
- Mantelfläche
- 7
- Gewindegang
- 8
- Öffnung im Muttergrundkörper
- 9
- Kugelrücklaufkanal
- 10
- erstes Kunststoffteil
- 11
- zweites Kunststoffteil
- 12
- Kurvenabschnitt
- 13
- Stutzen
- 14
- Stutzen
- 15
- Kugelabgriffselement
- 16
- Zunge
- 17
- Kragen
- 18
- Kragenabschnitt
- 19
- Stirnfläche
- 20
- Nut
- T
- Teilungsebene
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1830106 A1 [0003]
- EP 0985851 A1 [0003]
- DE 102009009851 A1 [0003]
- DE 102012213856 A1 [0004]
- DE 7314698 U [0005]
