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Die Erfindung betrifft einen zur Verwendung in einem Linearaktuator geeigneten Rollengewindetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein derartiger Rollengewindetrieb ist beispielsweise aus der
DE 103 54 064 A1 bekannt. Durch eine Gewindespindel und eine Spindelmutter des Rollengewindetriebs sind Gewindenuten gebildet, in welchen Rollen als Wälzkörper abrollen. Die Rollen des bekannten Rollengewindetriebs sind in einem Käfig geführt, welcher zwei zueinander beabstandet angeordnete Gurte aufweist, die eine Ebene aufspannen, zu der die Drehachse der Rollen parallel angeordnet ist. Die Drehachsen der Rollen sind quer zu den beiden Gurten ausgerichtet.
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Weitere Rollengewindetriebe sind beispielsweise aus den Dokumenten
DE 101 09 505 B4 und
GB 2 361 286 A bekannt. In beiden Fällen handelt es sich um Gewindetriebe mit Wälzkörperrückführung.
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Die Anwendung eines Rollengewindetriebs in einer elektromechanisch betätigbaren Scheibenbremse ist zum Beispiel aus der
DE 195 11 287 B4 bekannt. Der Rollengewindetrieb fungiert hierbei als Untersetzungsgetriebe, wobei ein Rotor eines Elektromotors den Rollengewindetrieb radial umgreift.
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Ein Rollengewindetrieb mit Rollen, die einzeln durch Käfigsegmente geführt sind, ist zum Beispiel in
DE 101 13 510 B4 offenbart.
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Die
WO 2009/053359 A1 beschreibt eine kombinierte Fahrzeugbremse mit elektromechanisch betätigbarer Feststellbremse. Ein in dieser Vorrichtung zum Einsatz kommender Gewindetrieb ist als Kugelgewindetrieb ausgeführt. Mehrere in einen Gewindegang eingelegte Schraubenfedern belasten die Wälzkörper, das heißt Kugeln, mit einer Kraft in Umfangsrichtung des Kugelgewindetriebs.
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Die
DE 10 2013 206 080 A1 offenbart einen Kugelgewindetrieb mit einer auf einer Gewindespindel angeordneten Gewindemutter, das heißt Spindelmutter, und einem um die Längsachse der Gewindespindel gewundenen Kugelkanal, in welchem zusätzlich zu den Kugeln mindestens eine Schraubenfeder aufgenommen ist, welche sich an einem Formteil abstützt, das in eine Ausnehmung der Gewindemutter eingesetzt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vielfältig einsetzbaren Rollengewindetrieb anzugeben, welcher sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen beanspruchtem Bauraum und übertragbaren Kräften auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Rollengewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Rollengewindetrieb weist in an sich bekanntem Grundaufbau zwei Gewindetriebskomponenten, nämlich eine Gewindespindel und eine Spindelmutter, auf. Das Gewinde des Rollengewindetriebs kann entweder als eingängiges oder als mehrgängiges Gewinde gestaltet sein. In jedem Fall rollen zwischen den beiden Gewindetriebskomponenten Rollen als Wälzkörper ab. Neben Zylinderrollen sind auch Nadeln als Rollen zu verstehen. Durch die Anordnung der Rollen im Rollengewindetrieb ist eine axiale Hauptbelastungsrichtung bestimmt, in welcher Kräfte zwischen den beiden Gewindetriebskomponenten übertragbar sind. Die Rollen des Rollengewindetriebs sind mit Hilfe einer Käfiganordnung, welche nicht notwendigerweise einteilig ist, geführt. Erfindungsgemäß ist zumindest ein Teil der Käfiganordnung als lasttragendes Element ausgebildet, welches in dieser Funktion bei axialer Belastung des Rollengewindetriebs entgegen der Hauptbelastungsrichtung wirksam ist.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass bei einem Wälzgewindetrieb verschiedene Belastungszustände, sowohl was die Häufigkeit dieser Zustände als auch die Beträge sowie Richtungen von Kräften betrifft, unsymmetrisch auftreten. Dieser Unsymmetrie wird bei dem Rollengewindetrieb dadurch Rechnung getragen, dass in einer ersten Belastungsrichtung, nämlich der Hauptbelastungsrichtung, Kräfte größtenteils oder praktisch vollständig über die Rollen des Gewindetriebs übertragen werden, wogegen in der entgegengesetzten Belastungsrichtung der mechanisch wesentlich schwächer belastbare Käfig als hauptsächliches kraftübertragendes Element genutzt wird.
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In bevorzugter Ausgestaltung umfasst die Käfiganordnung ein hülsenförmiges Metallteil, insbesondere Blechteil, welches auch als auch als Käfig im engeren Sinne bezeichnet wird und Aussparungen für die Rollen aufweist. Hierbei ist vorzugsweise jede Rolle in einer separaten Aussparung des Metallteils geführt.
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In besonders simpler Bauform ist unmittelbar durch das hülsenförmige Metallteil eine Gleitlagerkomponente des Rollengewindetriebs gebildet, welche zumindest dann wirksam ist, wenn zwischen den beiden Gewindetriebskomponenten eine Axialkraft entgegen der Hauptbelastungsrichtung wirkt. In dieser Ausgestaltung kann die Käfiganordnung ausschließlich aus dem Metallteil bestehen. Das Metallteil stützt sich in seiner Funktion als Gleitlagerkomponente auf seiner Innenseite unmittelbar an der Gewindespindel und auf seiner Außenseite unmittelbar an der Spindelmutter ab.
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Optional ist das hülsenförmige Metallteil, welches zumindest bei Belastung des Rollengewindetriebs entgegen der Hauptbelastungsrichtung als Gleitlagerkomponente fungiert, mit einer reibungs- und/oder verschleißmindernden Beschichtung versehen. Bei einer solchen Beschichtung kann es sich beispielsweise um eine Kunststoff, insbesondere PTFE (Polytetrafluorethylen), enthaltende Beschichtung oder um eine DLC-Beschichtung (diamond like carbon) handeln. In entsprechender Weise kann zusätzlich oder alternativ auch eine der Gewindetriebskomponenten oder jede Gewindetriebskomponente, das heißt sowohl die Gewindespindel als auch die Spindelmutter, verschleiß- und/oder reibungsmindernd beschichtet sein.
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Gemäß einer weiterentwickelten Bauform umfasst die Käfiganordnung mindestens ein gesondertes Gleitelement, welches zumindest bei Belastung des Rollengewindetriebs entgegen der Hauptbelastungsrichtung mindestens eine der beiden Gewindetriebskomponenten kontaktiert. Das Gleitelement kann entweder mit einer der Gewindetriebskomponenten oder mit dem Metallteil der Käfiganordnung fest verbunden sein. Prinzipiell sind auch Ausführungsformen realisierbar, in welchen das Gleitelement mit keinem der genannten Teile fest verbunden ist.
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Das hülsenförmige Metallteil der Käfiganordnung ist in verschiedenen Ausgestaltungen des Rollengewindetriebs durch die Kraft einer als Schraubenfeder ausgebildeten Feder belastet, welche in den zwischen den Gewindetriebskomponenten gebildeten, schraubenförmig gewundenen Kanal eingelegt ist. Die Schraubenfeder stützt sich hierbei an der Spindelmutter oder einem an der Spindelmutter befestigten Element ab. Optional ist zwischen die Schraubenfeder und das hülsenförmige Metallteil ein Wälzkörper, nämlich eine Kugel, eingelegt. Dieser Wälzkörper bietet der Schraubenfeder im Vergleich zu dem dünnwandigen, hülsenförmigen Metallteil eine größere Angriffsfläche, was dem Risiko von Fehlpositionierungen der Schraubenfeder effizient entgegenwirkt.
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Ebenso wie die Schraubenfeder kann das Gleitelement im Gewindegang des Rollengewindetriebs einliegen. Mit ihrem dem Metallteil der Käfiganordnung abgewandten Ende kann sich die Schraubenfeder am Gleitelement abstützen, welches fest mit der Spindelmutter verbunden ist. Sofern das dem hülsenförmigen Metallteil zugewandte Ende der Schraubenfeder unter Zwischenschaltung einer Kugel an dem Metallteil abgestützt ist, kann die Kugel bei geeigneter Dimensionierung zusätzlich zum Gleitelement innerhalb des Rollengewindetriebs Kräfte bei Belastungen entgegen der Hauptbelastungsrichtung übertragen. Eine solche Funktion der Kugel ist nicht gegeben, wenn - wie dies in bevorzugten Bauformen der Fall ist - der Durchmesser der Kugel signifikant kleiner als der Durchmesser der Rollen des Gewindetriebs ist.
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Bei dem Rollengewindetrieb handelt es sich vorzugsweise um einen Gewindetrieb ohne Wälzkörperrückführung. Der Rollengewindetrieb ist beispielsweise zur Verwendung in einer elektromechanischen Bremse eines Kraftfahrzeugs geeignet.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Rollgengewindetriebs,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Rollgengewindetriebs,
- 3 ein Detail „X“ des Rollgengewindetriebs nach 2,
- 4 eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 2 modifizierte Bauform eines Rollgengewindetriebs,
- 5 einen Rollgengewindetrieb mit Kugel als zusätzlichem Wälzkörper,
- 6 ein Detail „Y“ des Rollgengewindetriebs nach 5,
- 7 bis 10 eine weitere Bauform eines Rollgengewindetriebs mit verschiedenartigen Wälzkörpern.
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Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Rollgengewindetrieb umfasst zwei Gewindetriebskomponenten 2, 3 nämlich eine Gewindespindel 2 und eine Spindelmutter 3, zwischen welchen Rollen 4 als Wälzkörper abrollen. Eine zwischen den Gewindetriebskomponenten 2, 3 wirkende Kraft ist mit F bezeichnet. Die Kraft F wirkt in Hauptbelastungsrichtung des Rollengewindetriebs 1, wie unter anderem in den 1 und 2 skizziert ist. Hierbei wird in der Anordnung nach 1 die Gewindespindel 2 und in der Anordnung nach 2 die Spindelmutter 3 mit der Kraft F belastet. Wird der Rollengewindetrieb 1 in der Gegenrichtung verstellt, so spricht man von einem Rückhub.
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Die Rollen 4 sind in einer Käfiganordnung 5 geführt, welche in allen Ausführungsbeispielen ein hülsenförmiges Metallteil 6 sowie mindestens eine Feder 7, nämlich Schraubenfeder, umfasst. Das als Blechhülse ausgeführte Metallteil 6 ist hierbei über die mindestens eine Feder 7 an der Spindelmutter 3 abgestützt. Das Metallteil 6 wird auch als Käfig im engeren Sinne bezeichnet.
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Bei den Rollen 4 handelt es sich um Zylinderrollen, welche auf Gewindebahnen 8, 9 abrollen, die einerseits durch die Gewindespindel 2 und andererseits durch die Spindelmutter 3 gebildet sind.
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Das hülsenförmige Metallteil 6 der Käfiganordnung 5 weist Taschen 10 zur Führung der Rollen 4 auf. Durch das hülsenförmige Metallteil 6 wird ein Verkippen der Rollen 4 innerhalb des Rollgengewindetriebs 1 verhindert. Die Gewindespindel 2 ist als antreibendes Element des Rollgengewindetriebs 1 nutzbar, wobei ein Drehmoment über einen nicht dargestellten Antrieb, insbesondere elektrischen Antrieb, in einen Spindelzapfen 11 der Gewindespindel 2 einleitbar ist. Durch die Rotation der Gewindespindel 2 wird die Spindelmutter 3 linear verlagert, wobei sie in nicht dargestellter Weise verdrehgesichert ist.
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In der Ausgestaltung nach 1 ist die Käfiganordnung 5 ausschließlich aus dem hülsenförmigen Metallteil 6 und zwei Federn 7 aufgebaut, von welchen nur eine in 1 erkennbar ist. Die Taschen 10 sind als Einzeltaschen zur Führung jeweils einer einzelnen Rolle 4 ausgebildet. Ein zwischen den Gewindebahnen 8, 9 gebildeter, schraubenförmig gewundener Kanal, in welchem sämtliche Rollen 4, durch das Metallteil 6 voneinander separiert, abrollen, ist mit 12 bezeichnet. In diesen Kanal 12 sind auch die Federn 7, das heißt Schraubenfedern, eingelegt.
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Die in einer schraubenförmigen Reihe hintereinander angeordneten Taschen 10 erstrecken sich nur über einen Teil der Länge des hülsenförmigen Metallteils 6. Eine Fortsetzung dieser Schraubenlinie ist gegeben durch zwei Stützstege 13, 14, welche ebenfalls jeweils eine Schraubenlinie beschreiben. Hierbei ist der durch das Metallteil 6 gebildete Stützsteg 13 radial nach innen und der ebenfalls durch diese Metallteil 6 gebildete Stützsteg 14 radial nach außen gerichtet. Die Stützstege 13, 14 erfüllen den Zweck, Kräfte zwischen den Gewindetriebskomponenten 2, 3 zu übertragen, sobald der Rollgengewindetrieb 1 insgesamt entgegen der Hauptbelastungsrichtung belastet ist. Hierbei fungiert das hülsenförmige Metallteil 6 als Gleitlagerelement, wobei sich der innere Stützsteg 13 an der Gewindespindel 2 und der äußere Stützsteg 14 an der Spindelmutter 3 abstützt. Das hülsenförmige Metallteil 6, welches zur Kontaktierung der Gewindetriebskomponenten 2, 3 vorgesehen ist, weist eine reibungsmindernde Beschichtung auf.
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Eine Gleitlagerfunktion der Käfiganordnung 5 ist auch bei der Bauform nach den 2 und 3 gegeben. Anstelle eines äußeren Stützsteges ist in diesem Fall ein Gleitelement 15 vorhanden, welches, vergleichbar mit der Feder 7, in einen Abschnitt des schraubenförmigen Kanals 12 eingelegt ist. Hierbei ist das Gleitelement 15 durch die Feder 7 mit einer Kraft in Tangentialrichtung der Gewindetriebskomponenten 2, 3 belastet. Die Reihe der Rollen 4 wiederum stützt sich in Tangentialrichtung der Gewindetriebskomponenten 2, 3 am Gleitelement 15 ab. Wie aus 2 hervorgeht, weist das hülsenförmige Metallteil 5 insgesamt eine der Form der Gewindebahnen 8,9 sowie des Kanals 12 angepasst Konturierung auf.
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Was die Aufnahme sämtlicher Rollen 4, des Gleitelementes 15, sowie zweier jeweils als Schraubenfedern gestalteter Federn 7 im schraubenförmigen Kanal 12 des Rollengewindetriebs 1 betrifft, stimmt die Bauform nach 4 mit der Bauform nach 2 überein. Der Rollgengewindetrieb 1 nach 4 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach 2 dadurch, dass die Federn 7 unter Zwischenschaltung jeweils einer Kugel 16 am hülsenförmigen Metallteil 6 abgestützt sind. Dies setzt voraus, dass die Länge der Rollen 4 mindestens so groß wie deren Durchmesser ist, was in der Ausgestaltung nach 4 gegeben ist. Zusätzlich zum Gleitelement 15 ermöglichen die Kugeln 16 die Übertragung von Kräften innerhalb des Rollgengewindetriebs 1 bei Belastung entgegen der Hauptbelastungsrichtung.
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Im Fall von 5 und 6 sind zwei Gleitelemente 15, welche auch in diesem Fall der Käfiganordnung 5 zuzurechnen sind, mit Hilfe von Schrauben 17 an der Spindelmutter 3 befestigt. Statt der Schrauben 17 könnten auch Stifte oder sonstige Befestigungsmittel verwendet werden. Dank der beiden Federn 7 ist das hülsenförmige Metallteil 6, in welchem die Rollen 4 geführt sind, innerhalb der Spindelmutter 3 beschränkt in Axialrichtung verlagerbar. Eine Wälzkörperrückführung ist, ebenso wie in allen anderen Ausführungsbeispielen, nicht vorgesehen.
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Die Bauform nach den 7 bis 10 unterscheidet sich von der Bauform nach 5 und 6 dadurch, dass die Käfiganordnung 5 zusätzlich zu den Gleitelementen 15 radial nach innen beziehungsweise außen gerichtete Stützstege 13, 14 umfasst, welche unmittelbar durch das aus Blech gefertigte, hülsenförmige Metallteil 6 gebildet sind. Somit ist die Gewindespindel 2 mehrfach gegenüber der Spindelmutter 3 gleitgelagert. Die Taschen 10 im hülsenförmigen Metallteil 6 sind derart ausgebildet, dass auch in Betriebszuständen, in welchen die Gewindespindel 2 nahezu vollständig aus der Spindelmutter 3 herausgeschraubt ist, wie in 10 dargestellt, die Rollen 4 in der Käfiganordnung 5 gehalten werden. Das Halten der Rollen 4 durch das hülsenförmige Metallteil 6, das heißt den Käfig im engeren Sinne, ist bei der Montage des Rollengewindetriebs 1 von Vorteil. Weiterhin ist die Tatsache vorteilhaft, dass das hülsenförmige Metallteil 6 verschiedene, als Stege ausgebildete Bereiche aufweist, welche unterhalb und oberhalb der Drehachsen der Rollen 4 angeordnet sind, das heißt einen geringeren beziehungsweise größeren Abstand von der Mittelachse des Rollengewindetriebs 1 als die Mittelachsen der Rollen 4 aufweisen, was eine besonders dichte Anordnung der Rollen 4 innerhalb der Käfiganordnung 5 ermöglicht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rollgengewindetrieb
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Spindelmutter
- 4
- Rolle
- 5
- Käfiganordnung
- 6
- hülsenförmiges Metallteil
- 7
- Feder
- 8
- Gewindebahn
- 9
- Gewindebahn
- 10
- Tasche, Aussparung
- 11
- Spindelzapfen
- 12
- Kanal
- 13
- Stützsteg
- 14
- Stützsteg
- 15
- Gleitelement
- 16
- Kugel
- 17
- Schraube
- F
- Kraft in Hauptlastrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10354064 A1 [0002]
- DE 10109505 B4 [0003]
- GB 2361286 A [0003]
- DE 19511287 B4 [0004]
- DE 10113510 B4 [0005]
- WO 2009/053359 A1 [0006]
- DE 102013206080 A1 [0007]
