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Die Erfindung betrifft eine Kugelgewindemutter, das heißt Gewindemutter für einen Kugelgewindetrieb, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelgewindemutter.
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Eine gattungsgemäße Kugelgewindemutter ist beispielsweise aus der
DE 10 2013 213 957 A1 bekannt. An der bekannten Gewindemutter ist eine Kugelrückführvorrichtung befestigt, welche aus einem inneren und einem äußeren Rücklaufelement zusammengesetzt ist. Hierbei ist das innere Rücklaufelement unmittelbar auf die Gewindemutter aufgesetzt. Das äußere Rücklaufelement umgreift das innere Rücklaufelement zumindest teilweise. Das äußere Rücklaufelement ist in der Art einer ClipsVerbindung an dem inneren Rücklaufelement und an der Gewindemutter befestigt.
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Weitere Kugelgewindemuttern mit mehrteilig aufgebauten Kugelrückführvorrichtungen sind in den Dokumenten
DE 10 2017 116 255 A1 und
WO 2014/184154 A1 beschrieben. Auch in diesen Fällen sind die Kugelrückführvorrichtungen, ebenso wie im Fall der
DE 10 2013 213 957 A1 , als Außenumlenkungen gestaltet.
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Ein in der
DE 73 14 698 U beschriebenes Kugelschraubgetriebe, das heißt ein Kugelgewindetrieb, weist für die Rückführung der Kugeln einen U-förmig abgewinkelten Rückführkanal aus dünnwandigem Werkstoff auf, dessen Schenkel in Bohrungen in der Kugelmutter eingesetzt sind. Die beiden rohrförmigen Schenkel sind durch eine dachförmige Überbrückung miteinander verbunden, welche eine Aussparung am Außenumfang der Kugelmutter nach außen abdeckt.
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Aus der
DE 10 2017 111 220 A1 ist ein Kugelgewindetrieb mit Einzelumlenkung bekannt. Ein Umlenkstück, mit welchem die Einzelumlenkung realisiert ist, ist in diesem Fall sowohl radial nach innen als auch radial nach außen offen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte Gewindemutter für einen Kugelgewindetrieb anzugeben, welche sich durch einen besonders fertigungsfreundlichen und insbesondere in Radialrichtung des Gewindetriebs raumsparenden Aufbau auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kugelgewindemutter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Kugelgewindemutter umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption eine Gewindehülse, in welcher eine schraubenförmige Kugellaufbahn ausgebildet ist, sowie eine mit der Gewindehülse verbundene, mehrteilige Kugelrückführvorrichtung. Es handelt sich dabei um eine Kugelgewindemutter mit Außenumlenkung. Dies bedeutet, dass die Kugeln während der Rückführung außerhalb der Gewindehülse angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß umfasst die Kugelrückführvorrichtung mehrere an der Kugellaufbahn von innen anschlagende Innenteile sowie mindestens ein mit den Innenteilen verbundenes, zumindest größtenteils außerhalb der Gewindehülse angeordnetes Außenteil, wobei Verbindungsstellen zwischen den Innenteilen und dem Außenteil von zur Durchleitung von Kugeln vorgesehenen Durchleitungsöffnungen in der Gewindehülse örtlich getrennt sind.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Kugelgewindemuttern mit Außenumlenkung ist in signifikantem Maße Bauraum in Radialrichtung dadurch eingespart, dass die Innenteile der Kugelrückführvorrichtung von innen in die Gewindehülse eingesetzt sind. Die Innenteile befinden sich hierbei größtenteils oder vollständig innerhalb jeweils eines Totgangs der Gewindehülse. Als Totgang wird ein Abschnitt der schraubenförmig gewundenen Kugellaufbahn bezeichnet, in welchem beim Betrieb des Kugelgewindetriebs keine Kugeln abrollen.
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Die Halterung der Innenteile innerhalb der Gewindehülse erfolgt ausschließlich an den von den Durchleitungsöffnungen beabstandeten Verbindungsstellen. An den Durchleitungsöffnungen braucht daher kein Raum für die Befestigung irgendwelcher Komponenten der Kugelrückführvorrichtung an der Gewindehülse oder für die Verbindung zwischen solchen Komponenten bereitgestellt zu werden.
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Die Durchleitungsöffnungen, welche die Wälzkörper des Kugelgewindetriebs passieren müssen, um vom Lastkanal, welcher zwischen der Gewindespindel und der Kugelgewindemutter gebildet ist, in den Rücklaufkanal und von dort aus wieder zurück in den Lastkanal zu gelangen, sind vorzugsweise als nicht gestufte Bohrungen ausgebildet. Durch den Entfall von Stufenbohrungen ist eine besonders dünnwandige Gestaltung der Kugelgewindemutter möglich.
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In besonders raumsparender Ausgestaltung ist der durch die Kugelrückführvorrichtung gebildete, außerhalb der Gewindehülse angeordnete Rückführkanal radial nach außen durch das Außenteil und radial nach innen unmittelbar durch die Gewindehülse begrenzt. Die Wandungen des Rückführkanals sind hierbei größtenteils durch das Außenteil und im Übrigen unmittelbar durch die Gewindehülse gebildet. Die Innenteile der Kugelrückführvorrichtung kontaktieren die Kugeln ausschließlich im Inneren der Gewindehülse.
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Der innerhalb eines Abschnitts der Kugellaufbahn, das heißt in einem Totgang, liegende Abschnitt eines jeden Innenteils weist in bevorzugter Ausgestaltung eine gekrümmte langgestreckte Form auf, welche der insgesamt schraubenförmigen Kugellaufbahn angepasst ist, und wird dementsprechend als Bogenabschnitt bezeichnet. Vorzugsweise erstreckt sich der Bogenabschnitt am Innenumfang der Gewindehülse über einen Winkel von mindestens 45° und höchstens 150°.
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In fertigungstechnisch besonders vorteilhafter Weise sind mehrere Innenteile, insbesondere sämtliche Innenteile der Kugelrückführvorrichtung, identisch geformt, wobei die beiden Enden eines jeden Bogenabschnitts als Kugeleinleit- und ausleitabschnitte ausgebildet sind, und wobei die beiden in Axialrichtung der Gewindehülse äußersten, jeweils durch ein Innenteil gebildeten Bogenabschnitte lediglich einen aktiven Kugeleinleit- und ausleitabschnitt aufweisen.
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Eine geschlossene Kugellaufbahn, die sich aus einem Lastabschnitt und einem Rückführabschnitt zusammensetzt, umfasst Kugeleinleit- und Kugelausleitabschnitte, welche durch zwei Innenteile bereitgestellt werden. Die entsprechenden Enden der Bogenabschnitte der beiden Innenteile stellen damit aktive Kugeleinleit- und ausleitabschnitte ein und desselben ringförmig geschlossenen Kugelkanals dar. Die jeweils anderen Enden der Bogenabschnitte der beiden Innenteile sind entweder einem anderen Kugelumlaufkanal zuzurechnen oder kommen nicht mit Wälzkörpern, das heißt Kugeln, des Kugelgewindetriebs in Kontakt.
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Die Bogenabschnitte der Innenteile sind vorzugsweise massiv, das heißt nicht hohl, ausgebildet und weisen einen dem Querschnitt der Kugellaufbahn angepassten Querschnitt auf, wobei die Kugeleinleit- und ausleitabschnitte als Abschrägungen der Enden des Bogenabschnitts ausgebildet sind. Die Abschrägungen stellen hierbei Schäufelchen zur Umlenkung der Kugeln dar.
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Als Werkstoffe zur Herstellung der Innenteile sowie des Außenteils der Kugelrückführvorrichtung kommen Kunststoffe ebenso wie Metalle, beispielsweise Stahl oder Aluminium, in Betracht. Zur Herstellung der Innenteile sowie des Außenteils der Kugelrückführvorrichtung sind beliebige bekannte Fertigungsverfahren einschließlich additiver Verfahren geeignet. Ebenso sind die verschiedenen Teile der Kugelrückführvorrichtung spritzgusstechnisch herstellbar. Auf diese Weise können auch Innenteile gefertigt werden, welche für Gewindetriebe mit kleinen Wälzkörpern mit einem Durchmesser von weniger als 1,5 mm geeignet sind.
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Die Verbindungsstellen, an welchen die Innenteile der Kugelrückführvorrichtung mit dem Außenteil verbunden sind, sind vorzugsweise an Montagebohrungen in der Gewindehülse gebildet, wobei sich mit dem Außenteil zu verbindende, durch die Montagebohrungen gesteckte Verbindungszapfen der Innenteile jeweils mittig zwischen den Enden des Bogenabschnitts des betreffenden Innenteils befinden. Jedes Innenteil weist damit eine an einen Kleiderbügel erinnernde Grundform auf.
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Die Halterung der Verbindungszapfen kann beispielsweise über einen Presssitz, das heißt Kraftschluss, oder über einen Formschluss, insbesondere in Form einer Verschnappung, hergestellt sein. Dies gilt auch für Ausführungsformen, in welchen die Verbindungszapfen Bestandteile des Außenteils sind.
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Insgesamt ist die Kugelgewindemutter in folgenden Schritten herstellbar:
- - Bereitstellung einer Gewindehülse, welche eine schraubenförmige Kugellaufbahn sowie eine Mehrzahl an Bohrungsanordnungen aufweist, wobei jede Bohrungsanordnung eine Montagebohrung und mindestens eine Durchleitungsöffnung umfasst,
- - Breitstellung mehrerer, Komponenten einer Kugelrückführvorrichtung darstellender Innenteile, welche jeweils eine langgestreckte, gebogene, der Form der Kugellaufbahn angepasste Grundform aufweisen,
- - Bereitstellung eines ebenfalls der Kugelrückführvorrichtung zuzurechnenden Außenteils, in welchem mindestens ein Kugelrückführabschnitt ausgebildet ist,
- - Aufsetzen des Außenteils auf die Gewindehülse derart, dass die Enden der Kugelrückführabschnitte an jeweils eine Durchleitungsöffnung anschließen, und Einsetzen der Innenteile in die Kugellaufbahn, wobei Kugeleinleit- und ausleitabschnitte, welche durch die Innenteile gebildet sind, innerhalb der Durchleitungsöffnungen positioniert und Verbindungen zwischen den Innenteilen und dem Außenteil durch die Montagebohrungen hindurch hergestellt werden.
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Unabhängig von den Werkstoffen, aus welchen die Teile der Kugelrückführvorrichtung gefertigt sind, werden die Verbindungen zwischen den Innenteilen und dem Außenteil vorzugsweise unmittelbar zwischen diesen Teilen, das heißt ohne Verwendung gesonderter Verbindungselemente, hergestellt.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 eine Kugelgewindemutter in perspektivischer Ansicht,
- 2 und 3 Schnittdarstellungen der Kugelgewindemutter,
- 4 die Kugelgewindemutter in Explosionsdarstellung,
- 5 eine Gewindehülse der Kugelgewindemutter,
- 6 ein Kugelrückführvorrichtung der Kugelgewindemutter,
- 7 die Kugelrückführvorrichtung in geschnittener perspektivischer Ansicht einschließlich einer Vielzahl an in zwei geschlossenen Kreisläufen geführter Wälzkörper.
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Eine Kugelgewindemutter 1 ist zur Verwendung in einem nicht weiter dargestellten Kugelgewindetrieb vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion eines solchen Kugelgewindetriebs, wie er beispielsweise in einem Lenkaktuator, in einem elektromechanischen Bremskraftverstärker, oder als Teil eines Aktuators einer Kupplung oder eines Wankstabilisators eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt, wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.
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Die Kugelgewindemutter 1 ist zusammengesetzt aus einer Gewindehülse 2 und einer Kugelrückführvorrichtung 3, welche als Außenumlenkung aufgebaut ist. Die aus Metall gefertigte Gewindehülse 2 weist an ihrer Innenumfangsfläche eine schraubenförmig gewundene Kugellaufbahn 4 auf, in der Kugeln 5 als Wälzkörper abrollen. Eine zugehörige Gewindespindel ist nicht dargestellt. Beim Betrieb des Kugelgewindetriebs, welcher die Kugelgewindemutter 1 umfasst, kann entweder die Gewindespindel oder die Kugelgewindemutter 1 als rotierendes Antriebselement genutzt werden. Abschnitte der Kugellaufbahn 4, in welchen Kugeln 5 angeordnet sind und zugleich die Gewindespindel kontaktieren, stellen Lastabschnitte des Kugelgewindetriebs dar. Jeder Lastabschnitt bildet zusammen mit einem Rückführkanal 6, das heißt Kugelrückführabschnitt, welcher in der Kugelrückführvorrichtung 3 liegt, einen ringförmig geschlossenen Kugelkanal. Im Ausführungsbeispiel existieren zwei derartige Kugelkanäle.
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Die Kugelrückführvorrichtung 3 ist aus einem Außenteil 7 und mehreren, im Ausführungsbeispiel drei, Innenteilen 8, 9, 10 zusammengesetzt. In abgewandelten, nicht dargestellten Ausführungsformen ist eine geringere oder höhere Anzahl an Innenteilen mit einem Außenteil der Kugelrückführvorrichtung 3 verbunden. Sind beispielsweise lediglich zwei Innenteile vorhanden, so ist durch die Gewindehülse 2 lediglich ein einziger ringförmig geschlossener Kanal für Kugeln gebildet. Allgemein bedeutet eine Anzahl von n Innenteilen, dass n - 1 ringförmig geschlossene Kugelumlaufkanäle gebildet sind. In allen Fällen befinden sich sämtliche Innenteile 8, 9, 10 der Kugelrückführvorrichtung 3 im Inneren der Gewindehülse 2, wogegen das Außenteil 7 außen auf die Gewindehülse 2 aufgesetzt ist. Sowohl die Innenteile 8, 9, 10 als auch das Außenteil 7 sind aus Kunststoff gefertigt.
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Die Innenteile 8, 9, 10 sind an Verbindungsstellen 11, 12, 13 mit dem Außenteil 7 verbunden. Jede Verbindungsstelle 11, 12, 13 befindet sich an einer Montagebohrung 14, 15, 16 in der Wandung der Gewindehülse 2. Die Wandung der Gewindehülse 2 befindet sich sandwichartig zwischen den Innenteilen 8, 9, 10 einerseits und dem Au-ßenteil 7 andererseits.
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Von den Montagebohrungen 14, 15, 16, welche im Ausführungsbeispiel kreisrund sind, sind durch Durchleitungsöffnungen 17, 18, 19, 20 in der Gewindehülse 2 zu unterscheiden. Hierbei sind die Durchleitungsöffnungen 17, 18 dem ersten ringförmig geschlossenen Kugelkanal und die Durchleitungsöffnungen 19, 20 dem zweiten ringförmig geschlossenen Kugelkanal zuzuordnen. Die Mittelpunkte der Durchleitungsöffnungen 17, 19 liegen auf einer Geraden, welche zur Mittelachse der Gewindehülse 2 und damit des gesamten Kugelgewindetriebs parallel ist. Ebenso liegen die Mittelpunkte der Durchleitungsöffnungen 18, 20 auf einer zur Mittelachse der Gewindehülse 2 parallelen Gerade. Am Außenumfang der Gewindehülse 2 ist mittig zwischen den beiden genannten Geraden eine durch die Montagebohrungen 14, 15, 16 gelegte Gerade angeordnet.
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Das Außenteil 7 ist unmittelbar auf die Gewindehülse 2 aufgesetzt, sodass die Rückführkanäle 6 radial nach innen durch die Gewindehülse 2 begrenzt sind. Die Kugeln 5 rollen somit beim Rücklauf auf der Gewindehülse 2 ab. In abgewandelter, nicht dargestellter Ausführungsform könnte jeder Rückführkanal 6 nach innen durch eine Kunststoffauflage auf der Gewindehülse 2 begrenzt sein.
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Jedes Innenteil 8, 9, 10 beschreibt einen in der Gewindehülse 2 liegenden, den Konturen der Kugellaufbahn 4 angepassten Bogenabschnitt 21 und einen vom Bogenabschnitt 21 ausgehenden, radial nach außen gerichteten Verbindungszapfen 22. Jeder Verbindungszapfen 22 ist durch eine Montagebohrung 14, 15, 16 durchgesteckt und in eine Aufnahmebohrung 23, 24, 25 des Außenteils 7 eingesteckt, sodass das Au-ßenteil 7 lagerichtig auf der Gewindehülse 2 fixiert ist.
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Sämtliche Innenteile 8, 9, 10 sind einheitlich geformt. Die beiden Enden des Bogenabschnitts 21 fungieren als Kugeleinleit- und ausleitabschnitte 26, wobei lediglich das mittlere Innenteil 9 an zwei Durchleitungsöffnungen 18, 19 grenzt. Dies heißt, dass beide Enden des Bogenabschnitts 21 des mittleren Innenteils 8 als aktive Kugeleinleit- und ausleitabschnitte 26 fungieren. Im Fall der äußeren, das heißt den Stirnseiten der Gewindehülse 2 benachbarten, Innenteilen 8, 10 ist dagegen jeweils nur ein einziger aktiver Kugeleinleit- und ausleitabschnitt 26 vorhanden, wogegen das zweite Ende des Bogenabschnitt 21 des betreffenden Innenteils 8, 10 keine Funktion betreffend die Umleitung von Kugeln 5 hat. In allen Fällen befindet sich der Bogenabschnitt 21 des Innenteils 8, 9, 10 in einem Abschnitt der Kugellaufbahn 4, welcher als Totgang keine Kugeln zu führen hat. Die Kugeleinleit- und ausleitabschnitte 26 sind als Abschrägungen am Ende des Bogenabschnitts 21 ausgebildet. Damit wird zum einen die Funktion der Umleitung der Kugeln 5 erfüllt und zum anderen eine Dämpfungswirkung erzielt. Die als massive Kunststoffteile gefertigten Innenteile 8, 9, 10 tragen maßgeblich zu einem günstigen akustischen Verhalten des Kugelgewindetriebs bei. Gleichzeitig ist durch die innenliegende Anordnung der Innenteile 8, 9, 10 ein extrem raumsparender Aufbau der Gewindehülse 2 in radialer Richtung gegeben. Dies gilt auch für nicht dargestellte Ausführungsformen, in welchen sich der Rückführkanal 6 über eine größere Anzahl an Windungen der Kugellaufbahn 4 hinweg erstreckt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgewindemutter
- 2
- Gewindehülse
- 3
- Kugelrückführvorrichtung
- 4
- Kugellaufbahn
- 5
- Kugel
- 6
- Rückführkanal
- 7
- Außenteil
- 8
- Innenteil
- 9
- Innenteil
- 10
- Innenteil
- 11
- Verbindungsstelle
- 12
- Verbindungsstelle
- 13
- Verbindungsstelle
- 14
- Montagebohrung
- 15
- Montagebohrung
- 16
- Montagebohrung
- 17
- Durchleitungsöffnung
- 18
- Durchleitungsöffnung
- 19
- Durchleitungsöffnung
- 20
- Durchleitungsöffnung
- 21
- Bogenabschnitt
- 22
- Verbindungszapfen
- 23
- Aufnahmebohrung
- 24
- Aufnahmebohrung
- 25
- Aufnahmebohrung
- 26
- Kugeleinleit- und ausleitabschnitt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013213957 A1 [0002, 0003]
- DE 102017116255 A1 [0003]
- WO 2014/184154 A1 [0003]
- DE 7314698 U [0004]
- DE 102017111220 A1 [0005]
- DE 102014220725 A1 [0006]
- DE 102014221135 B3 [0006]
