DE102017109140A1

DE102017109140A1 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102017109140A1
Application number: DE102017109140.8A
Authority: DE
Inventors: Philippe Ott; Raphael Wittmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-10-31
Anticipated expiration: 2037-04-29
Also published as: US20200032885A1; DE102017109140B4; CN110446882B; CN110446882A; KR102590305B1; WO2018196916A1; US11493118B2; KR20190141678A

Abstract

Ein Kugelgewindetrieb umfasst zwei Spindeltriebsteile (3,4), nämlich eine Gewindespindel (3) und eine Spindelmutter (4), wobei in eine durch eines der Spindeltriebsteile (3,4) gebildete Vertiefung (7) ein Umlenkstück (6) zur Einzelumlenkung von Kugeln (5) derart eingesetzt ist, dass zwischen dem Boden (15) der Vertiefung (7) und dem Umlenkstück (6) ein Spaltraum (16) gebildet ist und das Umlenkstück (6) mit seitlichen Anlageflächen (17) neben der Vertiefung (7) auf dem Spindeltriebsteil (3,4) aufliegt.

Description

Die Erfindung betrifft einen zur Verwendung in einem Kupplungsausrücksystem geeigneten Kugelgewindetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger Kugelgewindetrieb ist zum Beispiel aus der DE 10 2014 213 411 A1 bekannt. Der bekannte, zum Einbau in ein Ausrücksystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehene Kugelgewindetrieb umfasst eine Spindel mit einem Außenprofil und eine Kugelgewindemutter, das heißt Spindelmutter, mit einem Innenprofil, wobei zwischen den genannten Profilen Kugeln als Wälzkörper abrollen und das Innenprofil der Kugelgewindemutter als gotisches Profil ausgebildet ist. Zur Umlenkung der Wälzkörper in dem Kugelgewindetrieb sind Umlenkungen vorhanden, welche als separate Bauteile ausgebildet sind.
Ein weiteres Kupplungsausrücksystem mit einem Kugelgewindetrieb ist in der DE 102 16 136 A1 offenbart. Eine Kugelumlenkung ist in diesem Fall mit Hilfe von Umlenkkappen realisiert.
Ein in der EP 1 490 609 B1 offenbarter Kugelgewindetrieb mit Umlenkstücken ist unter anderen für die Verwendung in Kraftfahrzeuglenkungen geeignet. Die Umlenkstücke sind aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt.
Generell dient ein Kugelgewindetrieb dazu, eine Rotation eines Spindeltriebsteils, das heißt entweder einer Gewindespindel oder einer Spindelmutter, in eine lineare Bewegung des anderen Spindeltriebsteils umzusetzen. Je nach Auslegung eines Kugelgewindetriebs ist auch eine Umsetzung einer linearen Bewegung in eine Rotation eines der Spindeltriebsteile möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelgewindetrieb mit Einzelumlenkung gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterzuentwickeln, wobei auch unter Bedingungen der Serienfertigung lediglich eine sehr geringe Streuung von Produktparametern gegeben sein soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieser Kugelgewindetrieb umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption zwei Spindeltriebsteile, nämlich eine Gewindespindel und eine Spindelmutter, wobei in eines der Spindeltriebsteile mindestens ein Umlenkstück zur Einzelumlenkung der Wälzkörper, das heißt Kugeln, des Kugelgewindetriebs eingesetzt ist. Erfindungsgemäß ist das Umlenkstück derart in eine in einem der Spindeltriebsteile gebildete Vertiefung eingesetzt, das zwischen dem Boden der Vertiefung und dem Umlenkstück ein Spaltraum existiert, das heißt das Umlenkstück nicht auf dem Boden der Vertiefung aufliegt. Vielmehr liegt das Umlenkstück mit seitlich über die Vertiefung hinausragenden Anlageflächen auf dem Spindeltriebsteil auf. Bei den Anlageflächen handelt es sich um Oberflächenabschnitte des Umlenkstücks, welche zumindest annähernd parallel zum Boden der Vertiefung ausgerichtet sind.
Die durch das Spindeltriebsteil bereit gestellten Flächen, auf welchen die Anlageflächen des Umlenkstücks aufliegen, sind durch eine Laufbahn des Spindeltriebsteil für die Kugeln des Kugelgewindetriebs gebildet oder einer solchen Laufbahn benachbart. Es hat sich gezeigt, dass durch das Aufliegen des Umlenkstücks auf der Laufbahn des Spindeltriebsteils oder auf einem an die Laufbahn angrenzenden Oberflächenabschnitt des Spindeltriebsteils eine besonders hohe mechanische Präzession, insbesondere was die Überleitung von Kugeln von der Laufbahn zum Umlenkstück betrifft, erreichbar ist. Ist das Umlenkstück mit der Gewindespindel verbunden, so stützt es sich am Außenumfang der Gewindespindel ab. In Fällen, in denen das Umlenkstück mit der Spindelmutter verbunden ist, stützt es sich an deren Innenumfang ab.
Zur Einleitung der Kugeln von der Laufbahn des Spindeltriebsteils in das Umlenkstück weist dieses in bevorzugter Ausgestaltung zwei über die Vertiefung seitlich hinausragende, sich in tangentialer Richtung der Spindeltriebsteile erstreckende Umlenknasen auf. Bei diesen Umlenknasen handelt es sich um integrale Bestandteile des Umlenkstücks. Unabhängig vom Vorhandensein von Umlenknasen ist das Umlenkstück rationell im Spritzgussverfahren aus Kunststoff herstellbar, wobei eine einfache Entformbarkeit gegeben ist.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weist das in die Vertiefung des einen Spindeltriebsteil eingesetzte Umlenkstück eine Deckfläche auf, das heißt eine dem Boden der Vertiefung gegenüberliegende Oberfläche, welche komplementär zum Gewinde des anderen Spindeltriebsteils konturiert ist. Die Konturierung der Deckfläche ist derart gestaltet, dass zwischen der Deckfläche des Umlenkstücks und dem eine Laufbahn für die Kugeln des Gewindetriebs bereitstellenden Gewinde des anderen Spindeltriebsteils ein Spalt verbleibt, dessen in radialer Richtung der Spindeltriebsteile gemessene Breite geringer als die Eintauchtiefe des Umlenkstücks in der Vertiefung ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass durch das Umlenkstück keine oder in Zusammenwirkung mit Schmierstoff lediglich eine äußerst geringe Reibung zwischen den Spindeltriebsteilen erzeugt wird, solange das Umlenkstück in der vorgesehenen Weise, das heißt, mit Kontakt der Anlageflächen zum Spindeltriebsteil, in die Vertiefung eingesetzt ist. Löst sich das Umlenkstück teilweise aus der Vertiefung, beispielsweise durch Zentrifugalkräfte und/oder Vibrationen, so hat dies zwar eine geringfügig erhöhte Reibung zwischen den Spindeltriebsteilen zur Folge, wobei jedoch ein komplettes Herauslösen des Umlenkstücks aus der Vertiefung verhindert ist, so dass die Funktion des Umlenkstücks erhalten bleibt. Zudem ist durch die geringe Dimensionierung des Spaltes zwischen der Deckfläche des in das eine Spindeltriebsteil eingesetzten Umlenkstücks und der schraubenförmigen Wälzkörperlaufbahn des anderen Spindeltriebsteils ein Schmiermittel, insbesondere Fett, rückhaltender Effekt gegeben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Umlenkstück zusätzlich zur Anlagefläche eine Anschlagfläche auf, welche orthogonal zur Anlagenfläche ausgerichtet und zur Zusammenwirkung mit dem anderen Spindeltriebsteil vorgesehen ist. Hierbei ist ein Anschlag in Axialrichtung zwischen dem Umlenkstück und dem anderen Spindeltriebsteil oder einem mit dem anderen Spindeltriebsteil verbundenen Element vorgesehen. Ein besonders weicher Anschlag zwischen den Spindeltriebsteilen ist gegeben, wenn das Umlenkstück an einer Dichtung, die am anderen Spindeltriebsteil befestigt ist, anschlägt. Unabhängig davon, an welcher Stelle das mit einem der Spindeltriebsteile verbundene Umlenkstück am anderen Spindeltriebsteil oder an einer mit dem anderen Spindeltriebsteil verbundenen Komponente anschlägt, kann der Kugelgewindetrieb entweder an einer einzigen Stirnseite oder an beiden Stirnseiten einen durch ein Umlenkstück gebildeten Axialanschlag aufweisen.
Eine besonders präzise Positionierung des Umlenkstücks in der Vertiefung des Spindeltriebsteils wird durch eine rillenförmige Ausnehmung erleichtert, welche zwischen der seitlichen Anlagefläche des Umlenkstücks und einem in die Vertiefung eingreifenden zentralen Abschnitt des Umlenkstücks ausgebildet ist.
Bei dem Spindeltriebsteil, in welche das Umlenkstück eingesetzt ist, kann es sich entweder um die Gewindespindel oder um die Spindelmutter des Kugelgewindetriebs handeln. In beiden Fällen können in Axialrichtung des Kugelgewindetriebs mehrere Einzelumlenkungen mit jeweils einem Umlenkstück hintereinander angeordnet sein.
Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

1 einen Kugelgewindetrieb als Teil eines Kupplungsausrücksystems,
2 und 3 Details der Anordnung nach 1,
4 eine alternative Ausgestaltung eines Kugelgewindetriebs,
5 ein Detail der Anordnung nach 4,
6 eine weitere Ausgestaltung eines Kugelgewindetriebs in einem Kupplungsausrücksystem,
7 ein Detail der Anordnung nach 6.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Kupplungsausrückvorrichtung 1, welche in verschiedenen Varianten in den 1, 4 und 6 dargestellt ist, ist als Zentralausrücker gestaltet und in einem Hybridmodul eines Kraftfahrzeugs verwendbar. Die Kupplungsausrückvorrichtung 1 arbeitet mit einem Kugelgewindetrieb 2, welcher zwei Spindeltriebsteile 3, 4, nämlich eine Gewindespindel 3 und eine Spindelmutter 4, umfasst. Zwischen den Spindeltriebsteilen 3, 4 rollen Kugeln als Wälzkörper 5 ab. Der Kugelgewindetrieb 2 ist als Gewindetrieb mit Einzelumlenkung gestaltet, wobei zur Umlenkung der Kugeln 5 ein Umlenkstück 6 vorgesehen ist, welches in eine Vertiefung 7 am Außenumfang der Gewindespindel 3 eingesetzt ist. Die Gewindespindel 3 ist mit Hilfe eines Wälzlagers 8, welches als zweireihiges Kugellager aufgebaut ist, rotierbar gelagert. Auf der Gewindespindel 3 ist die Spindelmutter 4 in verdrehgesicherter Weise verschiebbar. Die Spindelmutter 4 wiederum bildet eine Komponente eines Kupplungsausrücklagers 9, welches in prinzipiell bekannter Weise als Schrägkugellager aufgebaut ist. Der mit 10 bezeichnete rotierbare Außenring des Kupplungsausrücklagers 9 ist zur Betätigung einer nicht dargestellten Tellerfeder einer Reibungskupplung vorgesehen.
Die Wälzkörper 5 des Kugelgewindetriebs 2 rollen auf einer Laufbahn 12 der Gewindespindel 3 sowie einer Laufbahn 11 der Spindelmutter 4 ab. Durch das Umlenkstück 6 ist die Laufbahn 12 unterbrochen, wobei die Kugeln 5 mit Hilfe des Umlenkstücks 6 aus der Laufbahn 11 der Spindelmutter 4 ausgeleitet und eine Windung weiter wieder in diese eingeleitet werden. Während des Durchlaufens des Umlenkstücks 6 werden die Kugeln 5 nicht nur in axialer Richtung des Kugelgewindetriebs 2 abgelenkt, sondern in vergleichsweise geringem Maße auch radial nach innen, das heißt in Richtung zur Rotationsachse der Gewindespindel 3, geleitet. Bei dem Umlenkstück 6 handelt es sich um ein einstückiges Kunststoffteil, welches im Spritzgussverfahren gefertigt ist.
Innerhalb des Umlenkstücks 6 ist ein radial nach außen offener Umlenkkanal 13 erkennbar, welcher in einem mit 14 bezeichneten zentralen Abschnitt des Umlenkstücks 6 ausgebildet ist. Der zentrale Abschnitt 14 ist derjenige Abschnitt des Umlenkstücks 6, welcher in die Vertiefung 7 eingreift. Der zentrale Abschnitt 14 liegt jedoch nicht auf dem mit 15 bezeichneten Boden der Vertiefung 7 auf. Vielmehr ist zwischen der Unterseite des zentralen Abschnitts 14 und dem Boden 15 ein Spaltraum 16 gebildet, dessen in radialer Richtung des Kugelgewindetriebs 2 gemessene Breite mit Sp bezeichnet ist. Mit T ist die in derselben Richtung gemessene Eintauchtiefe des Umlenkstücks 6 in der Vertiefung 7 bezeichnet. Die Eintauchtiefe T beträgt ein Mehrfaches der Spaltbreite Sp.
Das Umlenkstück 6 ragt derart seitlich über die Vertiefung 7 hinaus, dass seitliche Anlageflächen 17 gebildet sind, welche auf der Gewindespindel 3 aufliegen. Die Positionierung des Umlenkstücks 6 in radialer Richtung ist durch den Kontakt der Anlageflächen 17 mit der Gewindespindel 3 exakt definiert. Mit dieser exakten Positionierung ist insbesondere sichergestellt, dass die Kugeln 5 beim Übergang zwischen der Laufbahn 12 und dem Umlenkkanal 13 keine Stufe zu durchlaufen haben. Mit 18 sind rillenförmige Ausnehmungen bezeichnet, die an den Übergängen zwischen dem zentralen Abschnitt 14 und den seitlichen Anlagenflächen 17 ausgebildet sind. Die rillenförmigen Ausnehmungen 18 sind lediglich in der Detailansicht nach 2 erkennbar, jedoch auch bei den anderen Ausführungsformen vorhanden.
Entsprechendes gilt für eine Umlenknase 19, welche in 3 erkennbar ist und eine Funktion bei der Überleitung der Kugeln 5 von der Laufbahn 12 in den Umlenkkanal 13 hat. Die Umlenknasen 19, welche an jedem Umlenkstück 6 zweifach vorhanden sind, ragen in tangentialer Richtung der Laufbahn 12 weit über die Vertiefung 7 hinaus und sorgen für eine weiche Überleitung der Kugeln 5 von der Laufbahn 12 in den Umlenkkanal 13 mit geringen Beschleunigungskräften.
Auf der der Spindelmutter 4 zugewandten Oberseite des Umlenkstücks 6 ist eine Rillenstruktur 20 erkennbar, die Teil einer mit 21 bezeichneten Deckfläche des Umlenkstücks 6 ist. Die dem Umlenkkanal 13 benachbarte Rillenstruktur 20 ist komplementär zur schraubenförmig gewundenen Laufbahn 11 der Spindelmutter 4 ausgebildet. Zwischen der Deckfläche 21 und der Spindelmutter 4 existiert ein Spalt, so dass das Umlenkstück 6 praktisch ohne Reibungseinflüsse relativ zur Spindelmutter 4 bewegbar ist. Die Breite des genannten Spaltes ist, gemessen in Radialrichtung der Spindeltriebsteile 3, 4, wesentlich geringer als die Eintauchtiefe T.
Zwischen der Gewindespindel 3 und der Spindelmutter 4 befindet sich im bestimmungsgemäßen Betrieb des Kugelgewindetriebs 2 Schmiermittel, insbesondere Fett, wobei durch Dichtungen 22, 23 eine Abdichtung zwischen den Spindeltriebsteilen 3, 4 gegeben ist. Die Dichtungen 22, 23 weisen jeweils einen Metallkern 24 auf, welcher mit einem Elastomerelement 25 verbunden ist. Durch das Elastomerelement 25 sind zwei Dichtlippen 26, 27 gebildet.
In den Bauformen nach 1 und 4 ist der Kugelgewindetrieb 2 derart gestaltet, dass das Umlenkstück 6 an der Dichtung 23 anschlagen kann, welche sich an derjenigen Stirnseite der Spindelmutter 4 befindet, die dem Außenring 10 des Kupplungsausrücklagers 9 abgewandt ist. Hierbei kontaktiert eine Anschlagfläche 28 des Umlenkstücks 6 die Dichtlippe 26, das heißt einen Abschnitt des Elastomerelements 25.
In analoger Weise ist in der Bauform nach 6 ein axialer Anschlag des Kugelgewindetriebs 2 in Form eines Kontaktes zwischen der Axial-Anschlagfläche 28 des Umlenkstücks 6 und der Dichtung 22 vorgesehen. Durch die axiale Anschlagfunktion des Umlenkstücks 6 in Zusammenwirkung mit der Spindelmutter 4 ist bereits bei der Montage des Kugelgewindetriebs 2 eine Sicherung gegen Überdrehen gegeben, wobei insbesondere das Herausfallen von Kugeln 5 verhindert wird.
Bezugszeichenliste

1: Kupplungsausrückvorrichtung
2
3: Gewindespindel
4: Spindelmutter
5: Wälzkörper, Kugel
6: Umlenkstück
7: Vertiefung
8: Wälzlager
9: Kupplungsausrücklager
10: Außenring
11: Laufbahn der Spindelmutter
12: Laufbahn der Gewindespindel
13: Umlenkkanal
14: zentraler Abschnitt
15: Boden
16: Spaltraum
17: Anlagefläche
18: rillenförmige Ausnehmung
19: Umlenknase
20: Rillenstruktur
21: Deckfläche
22: Dichtung
23: Dichtung
24: Metallkern
25: Elastomerelement
26: Dichtlippe
27: Dichtlippe
28: Anschlagfläche
Sp: Spaltbreite
T: Eintauchtiefe

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102014213411 A1 [0002]
DE 10216136 A1 [0003]
EP 1490609 B1 [0004]

Claims

Kugelgewindetrieb, mit zwei Spindeltriebsteilen (3,4), nämlich einer Gewindespindel (3) und einer Spindelmutter (4), wobei in eines der Spindeltriebsteile (3,4) mindestens ein Umlenkstück (6) zur Einzelumlenkung von Kugeln (5) eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkstück (6) derart in eine durch das Spindeltriebsteil (3,4) gebildete Vertiefung (7) eingesetzt ist, dass zwischen dem Boden (15) der Vertiefung (7) und dem Umlenkstück (6) ein Spaltraum (16) gebildet ist und das Umlenkstück (6) mit seitlichen Anlageflächen (17) neben der Vertiefung (7) auf dem Spindeltriebsteil (3,4) aufliegt.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkstück (6) zwei über die Vertiefung (7) hinausragende, sich in Tangentialrichtung der Spindeltriebsteile (3,4) erstreckende Umlenknasen (19) aufweist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Vertiefung (7) des einen Spindeltriebsteil (3,4) eingesetzte Umlenkstück (6) eine Deckfläche (21) aufweist, welche komplementär zu einem Gewinde des anderen Spindeltriebsteil (4,3) geformt ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Deckfläche (21) des Umlenkstücks (6) und dem Gewinde des anderen Spindeltriebsteil (4,3) ein Spalt gebildet ist, dessen in radialer Richtung der Spindeltriebsteile (3,4) gemessene Breite (Sp) geringer als eine Eintauchtiefe (T) des Umlenkstücks (6) in der Vertiefung (7) ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine orthogonal zur Anlagefläche (17) des in eines der Spindeltriebsteile (3,4) eingesetzten Umlenkstücks (6) ausgerichtete Anschlagfläche (28) des Umlenkstücks (6) als zur Zusammenwirkung mit dem anderen Spindeltriebsteil (4,3) vorgesehene Axial-Anschlagfläche ausgebildet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagfläche (28) zur Zusammenwirkung mit einer am anderen Spindeltriebsteil (4,3) gehaltenen Dichtung (22,23) vorgesehen ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine zwischen der seitlichen Anlagefläche (17) und einem in die Vertiefung (7) eingreifenden zentralen Abschnitt (14) des Umlenkstücks (6) ausgebildeten rillenförmigen Ausnehmung (18) des Umlenkstücks (6).
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkstück (6) in die Gewindespindel (3) eingesetzt ist.