DE102018116898A1 - Wälzgewindetrieb - Google Patents

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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
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    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
    • F16H25/2233—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls with cages or means to hold the balls in position

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Abstract

Ein Wälzgewindetrieb, insbesondere Kugelgewindetrieb, umfasst eine Gewindespindel (2), eine Spindelmutter (4), sowie zwischen der Gewindespindel (2) und der Spindelmutter (4) abrollende, in einem Käfig (6) geführte Wälzkörper (7), wobei der Käfig (6) fest mit der Spindelmutter (4) verbunden ist.A roller screw drive, in particular a ball screw drive, comprises a threaded spindle (2), a spindle nut (4) and rolling bodies (7) which roll between the threaded spindle (2) and the spindle nut (4) and are guided in a cage (6), the cage ( 6) is firmly connected to the spindle nut (4).

Description

Die Erfindung betrifft einen beispielsweise für einen elektromechanischen Aktuator geeigneten Wälzgewindetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a roller screw drive suitable, for example, for an electromechanical actuator according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Wälzgewindetrieb ist zum Beispiel in der DE 10 2015 201 257 B3 offenbart. Der bekannte Wälzgewindetrieb ist als Kugelgewindetrieb ausgebildet und umfasst eine auf einer Spindel, das heißt Gewindespindel, angeordnete Kugelgewindemutter, wobei die Spindel und die Gewindemutter sich ergänzende Laufbahnen für Kugeln aufweisen. Die Kugeln sind in einem Käfig aufgenommen. Ferner ist ein Federelement zum Erzeugen einer Rückstellkraft vorgesehen. Zwischen dem Käfig und dem Federelement ist eine Kugel angeordnet, welche entweder als tragende Kugel oder als nicht tragende Kugel ausgelegt sein kann.Such a roller screw drive is for example in the DE 10 2015 201 257 B3 disclosed. The known roller screw drive is designed as a ball screw drive and comprises a ball screw nut arranged on a spindle, that is to say a threaded spindle, the spindle and the screw nut having complementary raceways for balls. The balls are housed in a cage. A spring element for generating a restoring force is also provided. A ball is arranged between the cage and the spring element, which ball can be designed either as a load-bearing ball or as a non-load-bearing ball.

Verschiedene Komponenten für Wälzgewindetriebe, welche entweder mit Kugeln oder mit Rollen als Wälzkörper arbeiten, sind in der DE 10 2016 215 910 B3 beschrieben. Dieser Kugelgewindetrieb weist eine Einzelumlenkung für die Wälzkörper auf.Various components for roller screws, which work either with balls or with rollers as rolling elements, are in the DE 10 2016 215 910 B3 described. This ball screw drive has a single deflection for the rolling elements.

Ein elektromechanischer Aktuator für Kraftfahrzeuge, nämlich ein Fahrwerksaktuator, welcher einen Spindeltrieb sowie eine integrierte Überlastsicherung umfasst, ist in der DE 10 2015 224 211 A1 offenbart.An electromechanical actuator for motor vehicles, namely a chassis actuator, which comprises a spindle drive and an integrated overload protection, is in the DE 10 2015 224 211 A1 disclosed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelten Wälzgewindetrieb anzugeben, welcher insbesondere für Anwendungen mit geringem Hub geeignet ist und sich durch einen besonders kompakten, fertigungsfreundlichen Aufbau auszeichnet.The invention is based on the object of specifying a roller screw drive which is further developed compared to the prior art and which is particularly suitable for applications with a small stroke and is distinguished by a particularly compact, production-friendly construction.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Wälzgewindetrieb umfasst in an sich bekanntem Grundaufbau eine Gewindespindel, eine Spindelmutter, sowie zwischen der Gewindespindel und der Spindelmutter abrollende, in einem Käfig geführte Wälzkörper.This object is achieved according to the invention by a roller screw drive with the features of claim 1. The roller screw drive comprises, in a basic structure known per se, a threaded spindle, a spindle nut, and rolling elements guided in a cage and rolling between the threaded spindle and the spindle nut.

Erfindungsgemäß ist der Käfig des Wälzgewindetriebs fest mit der Spindelmutter verbunden. Durch die feste Verbindung zwischen dem Käfig und der Spindelmutter ist der Wälzgewindetrieb prinzipbedingt für einen limitierten Hub ausgelegt. Hierbei kann entweder die Gewindespindel oder die Spindelmutter als rotierendes Teil vorgesehen sein, während das jeweils andere Teil in verdrehgesicherter Weise verschiebbar ist.According to the cage of the rolling screw drive is firmly connected to the spindle nut. Due to the fixed connection between the cage and the spindle nut, the roller screw is designed for a limited stroke. In this case, either the threaded spindle or the spindle nut can be provided as a rotating part, while the other part can be displaced in a manner secured against rotation.

Durch die starre Verbindung zwischen dem Käfig und der Spindelmutter steht den Wälzkörpern, welche im Käfig geführt sind, ein begrenzter Weg zur Verfügung. Rollen die Wälzkörper bis zum Ende dieses Weges, das heißt schraubenförmig gewundenen Kugelkanals, ab, so ist damit zugleich ein Anschlag zwischen Gewindespindel und Spindelmutter gegeben. Gesonderte Anschlagkonturen, sei es in Umfangsrichtung oder in Längsrichtung des Wälzgewindetriebs, sind nicht erforderlich.Due to the rigid connection between the cage and the spindle nut, the rolling elements which are guided in the cage have a limited path available. If the rolling elements roll down to the end of this path, i.e. helically wound ball channel, there is also a stop between the threaded spindle and the spindle nut. Separate stop contours, be it in the circumferential direction or in the longitudinal direction of the roller screw drive, are not required.

In bevorzugter Ausgestaltung ist in dem Kugelkanal, in welchem die Wälzkörper geführt sind, auch eine Feder, insbesondere in Form einer Schraubenfeder angeordnet. Die Anzahl der Kugelkanäle, welche innerhalb des Käfigs gebildet sind, unterliegt keinen theoretischen Beschränkungen. Typischerweise befindet sich in jedem Kugelkanal eine einzelne Feder.In a preferred embodiment, a spring, in particular in the form of a helical spring, is also arranged in the ball channel in which the rolling bodies are guided. The number of spherical channels that are formed within the cage is not subject to any theoretical restrictions. Typically, there is a single spring in each ball channel.

Die in den Kugelkanal eingelegte Feder kann sich am Ende des Kugelkanals direkt an dem Käfig abstützen. Ebenso ist es möglich, zwischen das Ende des Kugelkanals und die Feder, insbesondere Schraubenfeder, einen einzelnen Wälzkörper einzulegen, an welchem sich die Feder abstützt, womit eine größere Abstützfläche für die Feder zur Verfügung steht und die Lage der Feder im Kugelkanal präziser definiert ist.The spring inserted in the ball channel can be supported directly on the cage at the end of the ball channel. It is also possible to insert a single rolling element between the end of the ball channel and the spring, in particular a coil spring, on which the spring is supported, whereby a larger support surface is available for the spring and the position of the spring in the ball channel is more precisely defined.

Der Käfig wird beispielsweise mit der Spindelmutter verbunden, indem bolzenförmige, radial nach außen gerichtete Elemente in den Käfig eingeschraubt werden, welche sich an der Spindelmutter abstützen. Im einfachsten Fall ist eine klemmende Verbindung zwischen den bolzenförmigen Elementen, das heißt Gewindebolzen oder Schrauben, beispielsweise Madenschrauben, und der Spindelmutter gegeben. Ebenso kann die Spindelmutter einzelne Aufnahmekonturen aufweisen, in welche die bolzenförmigen Elemente einschraubbar sind.The cage is connected to the spindle nut, for example, by screwing bolt-shaped, radially outwardly directed elements into the cage, which are supported on the spindle nut. In the simplest case, there is a clamping connection between the bolt-shaped elements, that is to say threaded bolts or screws, for example grub screws, and the spindle nut. Likewise, the spindle nut can have individual receiving contours into which the bolt-shaped elements can be screwed.

Der Wälzgewindetrieb ist in vorteilhafter, kompakter Bauform als Gewindetrieb ohne Wälzkörperrückführung ausgebildet. Bei der Gewindespindel handelt es sich entweder um eine eingängige oder um eine mehrgängige Spindel.The roller screw drive is designed in an advantageous, compact design as a screw drive without rolling element feedback. The threaded spindle is either a single-start or a multi-start spindle.

Als Wälzkörper des Gewindetriebs werden vorzugsweise Kugeln verwendet. Alternativ kann der Wälzgewindetrieb rollenförmige Wälzkörper, beispielsweise in Form von Zylinderrollen mit quadratischem Querschnitt, aufweisen.Balls are preferably used as the rolling elements of the screw drive. Alternatively, the roller screw drive can have roller-shaped rolling elements, for example in the form of cylindrical rollers with a square cross section.

Unabhängig von der Geometrie der Wälzkörper ist der Käfig des Wälzgewindetriebs vorzugsweise als Blechteil aus Stahlblech gefertigt. Für die Fertigung der Gewindespindel sowie der Spindelmutter kommen umformende oder urformende Verfahren ebenso wie spanabhebende Verfahren in Betracht.Regardless of the geometry of the rolling elements, the cage of the rolling screw drive is preferably made as a sheet metal part from sheet steel. For the production of the threaded spindle and the spindle nut, reshaping or primary shaping processes as well as machining processes can be considered.

Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Wälzgewindetriebs in einer geschnittenen Darstellung,
  • 2 Komponenten des Wälzgewindetriebs nach 1 in perspektivischer Ansicht,
  • 3 und 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Wälzgewindetriebs in Ansichten analog 1 und 2.
Two exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show here:
  • 1 a first embodiment of a roller screw drive in a sectional view,
  • 2 Components of the roller screw drive 1 in perspective view,
  • 3 and 4 a second embodiment of a rolling screw drive in views analog 1 and 2 ,

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Unless otherwise stated, the following explanations relate to both exemplary embodiments. Corresponding or basically equivalent parts are identified in all figures with the same reference numerals.

Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Wälzgewindetrieb ist als Kugelgewindetrieb ausgeführt und weist eine Gewindespindel 2 und eine Spindelmutter 4, welche auch als Kugelgewindemutter bezeichnet wird, auf. Zwischen einem Gewindegang 3 der Gewindespindel 2 und einem Gewindegang 5 der Spindelmutter 4 rollen Kugeln als Wälzkörper 7 ab.One overall with the reference symbol 1 Marked roller screw drive is designed as a ball screw drive and has a threaded spindle 2 and a spindle nut 4 , which is also referred to as a ball screw nut. Between a thread 3 the threaded spindle 2 and a thread 5 the spindle nut 4 roll balls as rolling elements 7 from.

Die Kugeln 7 sind in einem Käfig 6 geführt, welche als Blechteil gefertigt ist. Durch den Käfig 6 ist mindestens eine schraubenförmige Bahn 8 bereitgestellt, welche der Geometrie der Gewindegänge 3, 5 angepasst ist. Im Ausführungsbeispiel nach den 1 und 2 ist eine einzige schraubenförmige Bahn 8, das heißt ein Kugelkanal, vorhanden. Im Unterschied hierzu sind im Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 zwei separate schraubenförmige Bahnen 8 gegeben, welche im vorliegenden Fall unterschiedlich lang sind.The balls 7 are in a cage 6 performed, which is made as a sheet metal part. Through the cage 6 is at least one helical path 8th provided which the geometry of the threads 3 . 5 is adjusted. In the embodiment according to the 1 and 2 is a single helical path 8th , that is, a spherical channel. In contrast to this are in the embodiment according to the 3 and 4 two separate helical tracks 8th given, which are of different lengths in the present case.

In beiden Ausführungsbeispielen ist die einzige schraubenförmige Bahn 8 beziehungsweise jede schraubenförmige Bahn 8 nicht nur mit Kugeln 7 befüllt, sondern auch mit einer Feder 9 in Form einer Schraubenfeder bestückt. Der Durchmesser der Feder 9 ist etwas geringer als der Durchmesser der Kugeln 7, so dass die Kompression sowie Expansion der Feder 9 innerhalb des Kugelkanals 8 ungehindert möglich ist.In both embodiments, the only helical path is 8th or any helical path 8th not just with bullets 7 filled, but also with a spring 9 equipped in the form of a coil spring. The diameter of the spring 9 is slightly less than the diameter of the balls 7 so that the compression as well as expansion of the spring 9 inside the ball channel 8th is possible without hindrance.

In allen Fällen ist die Schraubenfeder 9 zwischen dem Ende einer Kugelreihe und dem Abschluss eines Kugelkanals 8 angeordnet. Hierbei ist zwischen das Ende des Kugelkanals 8 und die Schraubenfeder 9 eine einzelne Kugel 7 als kraftübertragendes Element eingelegt. Die einzelne Kugel 7 hat gegenüber der Schraubenfeder 9 einen zentrierenden Effekt. Gleichzeitig liegt die einzelne Kugel 7 an einer streifenförmigen, gekrümmten Anlagefläche am Käfig 6 an.In all cases, the coil spring 9 between the end of a row of balls and the end of a ball channel 8th arranged. Here is between the end of the ball channel 8th and the coil spring 9 a single ball 7 inserted as a force-transmitting element. The single ball 7 has opposite the coil spring 9 a centering effect. At the same time, the single ball lies 7 on a strip-shaped, curved contact surface on the cage 6 on.

Im Unterschied zu herkömmlichen, Wälzkörper aufweisenden Gewindetrieben ist der Käfig 6 starr mit der Spindelmutter 4 verbunden. Zu diesem Zweck weist der Käfig 6 mehrere Befestigungsstellen 10 in Form von Gewindebohrungen auf.In contrast to conventional screw drives with rolling elements, the cage is 6 rigid with the spindle nut 4 connected. For this purpose the cage points 6 several attachment points 10 in the form of threaded holes.

In die einzelnen Befestigungsstellen 10 werden nicht dargestellte Befestigungselemente in Form von Gewindebolzen eingeschraubt. Die Befestigungselemente stützen sich derart an der Innenumfangsfläche der Spindelmutter 4 ab, dass der Käfig 6 in der Spindelmutter 4 fixiert ist. Erst nach der Befestigung des Käfigs 6 in der Spindelmutter 4 wird die Montage des Kugelgewindetriebs 1 fortgesetzt. Innerhalb des fertig montierten Kugelgewindetriebs 1 ist die Beweglichkeit jeder Kugelreihe einerseits durch die im Kugelkanal 8 befindliche Feder 9 und andererseits durch einen Anschlag 11 am Ende des Kugelkanals 8 limitiert. Auf diese Weise ist auch der Verschiebeweg zwischen der Spindelmutter 4 und der Gewindespindel 2 ohne gesonderte Anschlagelemente begrenzt.In the individual attachment points 10 fasteners, not shown, are screwed in in the form of threaded bolts. The fastening elements are supported in this way on the inner circumferential surface of the spindle nut 4 from that the cage 6 in the spindle nut 4 is fixed. Only after the cage has been attached 6 in the spindle nut 4 is the assembly of the ball screw 1 continued. Within the fully assembled ball screw drive 1 is the mobility of each row of balls on the one hand by that in the ball channel 8th located spring 9 and on the other hand by a stop 11 at the end of the ball channel 8th limited. In this way there is also the displacement between the spindle nut 4 and the threaded spindle 2 limited without separate stop elements.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
KugelgewindetriebBall Screw
22
Gewindespindelscrew
33
Gewindegang der GewindespindelThread of the threaded spindle
44
Spindelmutterspindle nut
55
Gewindegang der SpindelmutterThread of the spindle nut
66
KäfigCage
77
Kugel, WälzkörperBall, rolling elements
88th
schraubenförmige Bahn, Kugelkanalhelical track, ball channel
99
Federfeather
1010
Befestigungsstellefastening point
1111
Anschlagattack

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102015201257 B3 [0002]DE 102015201257 B3 [0002]
  • DE 102016215910 B3 [0003]DE 102016215910 B3 [0003]
  • DE 102015224211 A1 [0004]DE 102015224211 A1 [0004]

Claims (9)

Wälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (2), einer Spindelmutter (4), sowie zwischen der Gewindespindel (2) und der Spindelmutter (4) abrollenden, in einem Käfig (6) geführten Wälzkörper (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (6) fest mit der Spindelmutter (4) verbunden ist.Rolling screw drive, with a threaded spindle (2), a spindle nut (4), and rolling elements (7) which roll in a cage (6) and roll between the threaded spindle (2) and the spindle nut (4), characterized in that the cage (6 ) is firmly connected to the spindle nut (4). Wälzgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (7) in einem Kugelkanal (8) geführt sind, in welchem auch eine Feder (9) angeordnet ist.Roller screw drive after Claim 1 , characterized in that the rolling elements (7) are guided in a ball channel (8) in which a spring (9) is also arranged. Wälzgewindetrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (9) als Schraubenfeder ausgebildet ist.Roller screw drive after Claim 2 , characterized in that the spring (9) is designed as a helical spring. Wälzgewindetrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder (9) über einen einzelnen Wälzkörper (7) an einem durch den Käfig (6) gebildeten Ende des Kugelkanals (8) abgestützt ist.Roller screw drive after Claim 2 or 3 , characterized in that the spring (9) is supported by a single rolling element (7) on an end of the ball channel (8) formed by the cage (6). Wälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (6) mit der Spindelmutter (4) mittels in den Käfig (6) an Befestigungsstellen (10) einschraubbarer, radial nach außen gerichteter bolzenförmiger Elemente fest verbunden ist.Rolling screw drive according to one of the Claims 1 to 4 characterized in that the cage (6) is firmly connected to the spindle nut (4) by means of bolt-shaped elements which can be screwed into the cage (6) at fastening points (10) and are directed radially outwards. Wälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser als Gewindetrieb ohne Wälzkörperrückführung ausgebildet ist.Rolling screw drive according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that it is designed as a screw drive without rolling element return. Wälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (2) als eingängige Spindel ausgebildet ist.Rolling screw drive according to one of the Claims 1 to 6 , characterized in that the threaded spindle (2) is designed as a single-start spindle. Wälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (6) als Blechteil ausgebildet ist.Rolling screw drive according to one of the Claims 1 to 7 , characterized in that the cage (6) is designed as a sheet metal part. Wälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Kugeln als Wälzkörper (7) umfasst.Rolling screw drive according to one of the Claims 1 to 8th , characterized in that it comprises balls as rolling elements (7).
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