DE102020113043B4 - ball screw - Google Patents
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Abstract
Kugelgewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (1) angeordneten mehrteiligen Gewindemutter (2), und mit Kugeln (3), die in einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelkanal (4) angeordnet sind, der von Kugelrillen (5, 6) begrenzt ist, die an der Gewindemutter (2) und der Gewindespindel (1) ausgebildet sind, wobei die Gewindemutter (2) zwei axial hintereinander angeordnete Blechringe (7) mit den angeformten Kugelrillen (5) sowie eine zwischen den beiden Blechringen (7) angeordnete Distanzscheibe (8) sowie eine die Blechringe (7) und die Distanzscheibe (8) aufnehmende Blechhülse (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Blechhülse (10) in einem Blechtopf (11) mittels eines Kugellagers (12) drehbar gelagert ist, wobei Kugellaufbahnen (13, 14) des Kugellagers (12) am Innenumfang des Blechtopfes (11) und am Außenumfang der Blechhülse (10) angeformt sind, wobei ein Sicherungsring (21) die Blechhülse (10) umgreift und an der Blechhülse (10) ausgebildete Schlitze (23) mit seinen Radialstegen (22) durchgreift, an denen der eine Blechring (7) axial abgestützt ist. Ball screw drive, with a multi-part threaded nut (2) arranged on a threaded spindle (1), and with balls (3) which are arranged in a ball channel (4) wound helically around the spindle axis and bounded by ball grooves (5, 6), which are formed on the threaded nut (2) and the threaded spindle (1), the threaded nut (2) having two sheet metal rings (7) arranged axially one behind the other with the integrally formed ball grooves (5) and a spacer disc (8) arranged between the two sheet metal rings (7). ) and a sheet metal sleeve (10) accommodating the sheet metal rings (7) and the spacer (8), characterized in that the sheet metal sleeve (10) is rotatably mounted in a sheet metal pot (11) by means of a ball bearing (12), ball raceways (13 , 14) of the ball bearing (12) are formed on the inner circumference of the sheet metal pot (11) and on the outer circumference of the sheet metal sleeve (10), a retaining ring (21) encompassing the sheet metal sleeve (10) and slots (23 ) passes through with its radial webs (22), on which a sheet metal ring (7) is supported axially.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, der eine Drehbewegung in eine translatorische Bewegung umwandelt.The present invention relates to a ball screw that converts a rotational movement into a translational movement.
Aus
Kugelgewindetriebe werden beispielsweise in Abgasrückführungsventilen von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Die Gewindespindel ist in dieser Anwendung mit einem Ventilteller zum Öffnen und Schließen des Abgasrückführungsventils versehen. In diesem Fall wird die Gewindemutter drehangetrieben und die drehfest angeordnete Gewindespindel verfährt unter Drehung der Gewindemutter entlang der Spindelachse.Ball screw drives are used, for example, in exhaust gas recirculation valves in motor vehicles. In this application, the threaded spindle is equipped with a valve disk for opening and closing the exhaust gas recirculation valve. In this case, the threaded nut is driven in rotation and the non-rotatably arranged threaded spindle moves along the spindle axis while the threaded nut rotates.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, einen Kugelgewindetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, der kostengünstig herstellbar und einen Drehantrieb der Gewindemutter auf einfache Art und Weise ermöglicht.The object of the present invention was to specify a ball screw drive according to the preamble of claim 1, which can be produced inexpensively and which enables the threaded nut to be rotated in a simple manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gewindetrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.According to the invention, this object is achieved by the screw drive according to claim 1 . Useful developments are specified in the dependent claims.
Der Kugelgewindetrieb ist mit einer auf einer Gewindespindel angeordneten mehrteiligen Gewindemutter versehen. Kugeln sind in einem schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelkanal angeordnet, der von Kugelrillen begrenzt ist, die an der Gewindemutter und der Gewindespindel ausgebildet sind.The ball screw is provided with a multi-part threaded nut arranged on a threaded spindle. Balls are arranged in a ball channel wound helically around the spindle axis and bounded by ball grooves formed on the threaded nut and the threaded spindle.
Der Kugelkanal ist vorzugsweise endlos ausgebildet und weist in diesem Fall einen Lastabschnitt sowie einen lastfreien Rückführungsabschnitt auf. Im Lastabschnitt übertragen die Kugeln axiale und radiale Kräfte zwischen der Gewindemutter und der Gewindespindel. Im Rückführungsabschnitt werden die Kugeln im Wesentlichen lastfrei von einem Ende zu einem Anfang des endlosen Kugelkanals geführt.The ball channel is preferably designed to be endless and in this case has a load section and a load-free return section. In the load section, the balls transmit axial and radial forces between the nut and the lead screw. In the return section, the balls are guided essentially load-free from one end to a beginning of the endless ball channel.
Die Gewindemutter weist zwei axial hintereinander angeordnete Blechringe mit den angeformten Kugelrillen des Kugelkanals sowie eine zwischen den beiden Blechringen angeordnete Distanzscheibe auf. Die Blechringe können aus einem Halbzeug in ihre Form gebracht werden, wobei die Wanddicke wenigstens annähernd konstant bleibt. Beispielsweise kann der Blechring durch Tiefziehen eines Blechs als Halbzeugs erfolgen.The threaded nut has two sheet metal rings arranged axially one behind the other with the integrally formed ball grooves of the ball channel and a spacer disc arranged between the two sheet metal rings. The sheet metal rings can be shaped from a semi-finished product, with the wall thickness remaining at least approximately constant. For example, the sheet metal ring can be made as a semi-finished product by deep-drawing sheet metal.
Die beispielsweise aus Stahl gefertigte Distanzscheibe legt einen axialen Abstand der beiden Blechringe zueinander fest. Die axiale Erstreckung der Distanzscheibe legt den Abstand der beiden Blechringe fest und bestimmt die Querkräfte im Kugelgewindetrieb, die unter Einwirkung eines äußeren Kippmomentes zwischen Gewindemutter und Gewindespindel übertragen werden.The spacer made of steel, for example, defines an axial distance between the two sheet metal rings. The axial extent of the spacer disc determines the distance between the two sheet metal rings and determines the transverse forces in the ball screw, which are transmitted under the influence of an external tilting moment between the threaded nut and the threaded spindle.
Im Fall eines endlosen Kugelkanals bildet jeweils einer der Blechringe mit seiner schraubenförmig gewundenen Kugelrillen gemeinsam mit der schraubenförmig um die Spindelachse gewundene Kugelrille der Gewindespindel den Lastabschnitt eines Kugelkanals. Ein derartiger Kugelgewindetrieb kann zwei endlose Kugelkanäle aufweisen, zwischen denen die Distanzscheibe liegt.In the case of an endless ball channel, one of the sheet metal rings with its helically wound ball grooves together with the ball groove of the threaded spindle wound helically around the spindle axis forms the load section of a ball channel. Such a ball screw can have two endless ball channels between which the spacer is located.
Axial zwischen den beiden Blechringen und der Distanzscheibe kann jeweils ein Kugelhalter eingesetzt sein, der den Kugelkanal ergänzt, entlang welchem Kugelkanal die Kugeln bewegt werden. Die Distanzscheibe bestimmt den axialen Abstand zwischen den beiden Kugelkanälen. Der Kugelhalter kann beispielsweise aus Kunststoff, vorzugsweise Polyamid sein, der eine Montage des Kugelgewindetriebs erleichtert.A ball holder can be inserted axially between the two sheet metal rings and the spacer disk, which ball holder supplements the ball channel, along which ball channel the balls are moved. The spacer disc determines the axial distance between the two ball channels. The ball holder can, for example, be made of plastic, preferably polyamide, which facilitates assembly of the ball screw.
Ferner ist eine die Blechringe und die Distanzscheibe aufnehmende Blechhülse vorgesehen. Die Blechhülse kann aus einem Halbzeug in ihre Form gebracht werden, wobei die Wanddicke wenigstens annähernd konstant ist, das kann beispielsweise durch Biegen erfolgen und/ oder Tiefziehen.Furthermore, a sheet metal sleeve is provided which accommodates the sheet metal rings and the spacer disk. The sheet metal sleeve can be brought into shape from a semi-finished product, the wall thickness being at least approximately constant; this can be done, for example, by bending and/or deep drawing.
Die Blechhülse ist in einem Blechtopf mittels eines Kugellagers drehbar gelagert. Kugellaufbahnen des Kugellagers sind am Innenumfang des Blechtopfes und am Außenumfang der Blechhülse angeformt. Das Anformen der Kugellaufbahnen kann beispielsweise durch Rollieren oder Prägen erfolgen, in diesem Sinn wird das Blech gebogen. Die Kugeln des Kugellagers können in einen Montagespalt zwischen der Blechhülse und dem Blechtopf eingesetzt und danach gleichmäßig über den Umfang verteilt werden. Schließlich kann ein Kugelkäfig axial eingesetzt werden, der die Kugeln in Käfigtaschen hält.The sheet metal sleeve is rotatably mounted in a sheet metal pot by means of a ball bearing. Ball raceways of the ball bearing are formed on the inner circumference of the sheet metal pot and on the outer circumference of the sheet metal sleeve. The ball raceways can be shaped, for example, by rolling or embossing, in which case the sheet metal is bent. The balls of the ball bearing can be inserted into an assembly gap between the sheet metal sleeve and the sheet metal pot and then distributed evenly over the circumference. Finally, a ball cage can be used axially, which holds the balls in cage pockets.
Die Blechringe, die Blechhülse sowie der Blechtopf können aus gleichartigem Blech hergestellt sein, wobei die fertigen Bauteile eine im Wesentlichen konstante Wanddicke aufweisen. Die spanlos gefertigten Kugellaufbahnen und die eingesetzten Kugeln können aufeinander abgestimmt werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, das Kugeln einer bestimmten Kugelklasse für die angeformten Kugellaufbahnen ausgewählt werden können. Die kreisförmig geschlossenen Kugellaufbahnen können im Querschnitt gesehen ein Kugelrillenprofil aufweisen, das als an sich bekanntes gothisches Profil oder als Kreisbogenprofil ausgebildet ist.The sheet metal rings, the sheet metal sleeve and the sheet metal pot can be made from sheet metal of the same type, with the finished components having a substantially constant wall thickness. The non-cutting ball tracks and the balls used can be matched to each other. In particular, it is advantageous that balls of a specific ball class can be selected for the molded ball tracks. Seen in cross section, the circularly closed ball tracks can have a ball groove profile which is designed as a Gothic profile known per se or as a circular arc profile.
Die Wanddicke der Blechteile bleibt auch in den gebogenen Abschnitten weitgehend erhalten.The wall thickness of the sheet metal parts is largely retained, even in the bent sections.
Der Blechtopf kann zwei konzentrisch ineinander angeordnete, mit einem Topfboden einstückig verbundene Topfmäntel aufweisen, dessen innerer Topfmantel an seiner der Blechhülse zugewandten Mantelfläche mit der angeformten Kugellaufbahn versehen ist.The sheet metal pot can have two pot shells which are arranged concentrically one within the other and are integrally connected to a pot base.
Ein Sicherungsring umgreift die Blechhülse und durchgreift mit seinen Radialstegen an der Blechhülse ausgebildete Schlitze . Die Schlitze können in das Blech eingestanzt werden. Der eine der beiden Blechringe ist an den Radialstegen axial abgestützt. Diese Sicherungsringe können handelsübliche Sicherungsringe sein, die kostengünstig sind und einfach auf die Blechhülse aufgedrückt werden können und mit den Radialstegen in die Schlitze einschnappen.A retaining ring surrounds the sheet metal sleeve and extends through slots formed on the sheet metal sleeve with its radial webs. The slots can be punched in the sheet metal. One of the two sheet metal rings is axially supported on the radial webs. These circlips can be commercially available circlips, which are inexpensive and can be simply pressed onto the sheet metal sleeve and snap into the slots with the radial webs.
Die beiden Blechringe können an ihren voneinander abgewandten Stirnseiten axial abgestützt sein. Die Blechhülse kann zu diesem Zweck mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, einstückig mit der Hülse verbundene Laschen aufweisen, die nach radial innen vorspringen, und wobei der andere Blechring an den Laschen axial abgestützt ist. Die Laschen können zunächst in der Ebene der hohlzylindrischen Hülse liegen und in der Blechhülse freigestellt sein. Schließlich können die Laschen radial einwärts umgebogen und als axiale Stütze verwendet werden.The two sheet metal rings can be supported axially on their end faces facing away from one another. For this purpose, the sheet metal sleeve can have a plurality of lugs which are distributed over the circumference and are connected in one piece to the sleeve and which project radially inwards, and the other sheet metal ring being supported axially on the lugs. The tabs can initially lie in the plane of the hollow-cylindrical sleeve and be free in the sheet metal sleeve. Finally, the tabs can be bent radially inward and used as axial support.
Wenn der eine Blechring an den Laschen und der andere Blechring an dem Sicherungsring abgestützt sind, kann die Hülse fertiggestellt sein, bevor die Blechringe montiert werden. Zunächst werden die Blechringe und die Distanzscheibe eingeführt und anschließend der Sicherungsring aufgeschnappt. Die Blechringe sind auf diese Weise einwandfrei axial positioniert in der Blechhülse.If one sheet metal ring is supported on the tabs and the other sheet metal ring on the retaining ring, the sleeve can be completed before the sheet metal rings are installed. First the sheet metal rings and the spacer are inserted and then the locking ring is snapped on. In this way, the sheet metal rings are correctly positioned axially in the sheet metal sleeve.
Der Blechtopf kann die Blechhülse axial überlappen und im Überlappungsbereich einen stirnseitig geöffneten Ringraum bilden. Dieser Ringraum kann zur Aufnahme von weiteren Bauteilen dienen, beispielsweise eines Bauteils eines Abgasrückführungsventils.The sheet metal pot can overlap the sheet metal sleeve axially and form an annular space open at the front in the overlapping area. This annular space can serve to accommodate further components, for example a component of an exhaust gas recirculation valve.
Die Kugellaufbahn der Blechhülse kann an einem axialen Ende der Blechhülse angeformt sein, die an diesem axialen Ende einen einstückig angeformten, radial einwärts gerichteten Radialbord aufweist. Dieser Radialbord kann als Versteifung der Blechhülse dienen und eine einwandfreie Übertragung der Kräfte zwischen Blechtopf und Blechhülse unterstützen.The ball track of the sheet metal sleeve can be formed on an axial end of the sheet metal sleeve, which has an integrally formed, radially inward radial rim on this axial end. This radial rim can be used to reinforce the sheet metal sleeve and support a perfect transmission of forces between the sheet metal pot and the sheet metal sleeve.
Der beschriebene Kugelgewindetrieb eignet sich in besonderer Weise für die Anwendung in einem Abgasrückführungsventil eines Kraftfahrzeuges. Die Gewindemutter ist in diesem Fall drehangetrieben und die Gewindespindel kann mit einem Ventilteller zum Öffnen und Schließen des Abgasrückführungsventiles versehen sein. Aufgrund der verwendeten Blechteile kann die Herstellung des Kugelgewindetriebes kostengünstig erfolgen und dessen Eigengewicht in vorteilhafter Weise optimiert werden.The ball screw drive described is particularly suitable for use in an exhaust gas recirculation valve of a motor vehicle. In this case, the threaded nut is driven in rotation and the threaded spindle can be provided with a valve disk for opening and closing the exhaust gas recirculation valve. Due to the sheet metal parts used, the production of the ball screw can be carried out inexpensively and its own weight can be optimized in an advantageous manner.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in zwei Figuren abgebildeten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Kugelgewindetrieb im Längsschnitt und -
2 eine Einzelheit des Kugelgewindetriebs aus1 .
-
1 a ball screw in longitudinal section and -
2 a detail of the ball screw1 .
Der abgebildete Kugelgewindetrieb ist in einem an sich bekannten Abgasrückführungsventil eines Kraftfahrzeuges angeordnet. Er ist mit einer auf einer Gewindespindel 1 angeordneten mehrteiligen Gewindemutter 2 versehen. Kugeln 3 sind in schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelkanälen 4 angeordnet, die jeweils von Kugelrillen 5, 6 begrenzt sind, die an der Gewindemutter 2 und der Gewindespindel 1 ausgebildet sind.The ball screw shown is arranged in a known exhaust gas recirculation valve of a motor vehicle. It is provided with a multi-part threaded
Jeder Kugelkanal 4 ist endlos ausgebildet und weist einen Lastabschnitt sowie einen lastfreien Rückführungsabschnitt auf. Im Ausführungsbeispiel ist der Lastabschnitt durch die Kugelrillen 5, 6 gebildet. Die Kugeln 3 übertragen axiale und radiale Kräfte zwischen der Gewindemutter 2 und der Gewindespindel 1. Im nicht abgebildeten Rückführungsabschnitt werden die Kugeln 3 im Wesentlichen lastfrei von einem Ende zu einem Anfang des endlosen Kugelkanals 4 geführt.Each
Die Gewindemutter 2 weist zwei axial hintereinander angeordnete Blechringe 7 mit den angeformten Kugelrillen 5 sowie eine zwischen den beiden Blechringen 7 angeordnete Distanzscheibe 8 auf.The threaded
Die beispielsweise aus Stahl gefertigte Distanzscheibe 8 legt einen axialen Abstand der beiden Blechringe 7 zueinander fest. Zwei axial zwischen den Blechringen 7 und der Distanzscheibe 8 eingesetzte Kugelhalter 9 begrenzen den jeweiligen Kugelkanal gemeinsam mit den Blechringen 7. Die Distanzscheibe 8 bestimmt den axialen Abstand zwischen den beiden Blechringen 7. Die Kugelhalter 9 sind aus Kunststoff, vorzugsweise Polyamid gebildet.The
Jeder der beiden Blechringe 7 begrenzt einen der endlosen Kugelkanäle 4, der sich über etwa eine Windung um die Spindelachse erstreckt. Die beiden Kugelkanäle 4 sind in der beschriebenen Weise axial beabstandet zueinander angeordnet.Each of the two sheet metal rings 7 delimits one of the
Ferner ist eine die Blechringe 7 und die Distanzscheibe 8 aufnehmende Blechhülse 10 vorgesehen. Die Blechhülse 10 ist in einem Blechtopf 11 mittels eines Kugellagers 12 drehbar gelagert. Kugellaufbahnen 13, 14 des Kugellagers 12 sind am Innenumfang des Blechtopfes 11 und am Außenumfang der Blechhülse 10 angeformt. Die Kugeln 15 des Kugellagers 12 sind in Taschen 16 eines Kugelkäfigs 17 gehalten, der in einem von dem Blechtopf 11 und der Blechhülse 10 gebildeten Ringraum angeordnet ist.Furthermore, a
Der Blechtopf 11 weist zwei konzentrisch ineinander angeordnete, mit einem Topfboden 18 einstückig verbundene Topfmäntel 19, 20 auf, dessen innerer Topfmantel 19 an seiner der Blechhülse 10 zugewandten Mantelfläche mit der durch Biegen des Blechs angeformten Kugellaufbahn 14 versehen ist.The sheet metal pot 11 has two
Ein Sicherungsring 21 (
Der andere Blechring 7 ist ebenfalls axial abgestützt. Die Blechhülse 10 weist mehrere über den Umfang verteilt angeordnete, einstückig mit der Blechhülse 10 verbundene Laschen 24 auf, die nach radial innen vorspringen. Der andere Blechring 7 ist an den Laschen 24 axial abgestützt.The other
Der Blechtopf 11 überlappt die Blechhülse 10 axial und bildet im Überlappungsbereich einen stirnseitig geöffneten Ringraum 25. Dieser Ringraum 25 dient der Aufnahme eines weiteren Bauteils 26 des Abgasrückführungsventils.The sheet metal pot 11 overlaps the
Die Kugellaufbahn 14 ist an einem axialen Ende der Blechhülse 10 angeordnet, das einen einstückig angeformten, radial einwärts gerichteten Radialbord 27 aufweist. Dieser Radialbord 27 dient als Versteifung der Blechhülse 10.The
Die Gewindemutter 2 ist im Anwendungsfall drehangetrieben und die Gewindespindel 1 ist mit einem nicht abgebildeten Ventilteller zum Öffnen und Schließen des Abgasrückführungsventiles versehen.
- 1
- Gewindespindel
- 2
- Gewindemutter
- 3
- Kugeln
- 4
- Kugelkanal
- 5
- Kugelrille
- 6
- Kugelrille
- 7
- Blechring
- 8
- Distanzscheibe
- 9
- Kugelhalter
- 10
- Blechhülse
- 11
- Blechtopf
- 12
- Kugellager
- 13
- Kugellaufbahn
- 14
- Kugellaufbahn
- 15
- Kugel
- 16
- Tasche
- 17
- Kugelkäfig
- 18
- Topfboden
- 19
- innerer Topfmantel
- 20
- äußerer Topfmantel
- 21
- Sicherungsring
- 22
- Radialsteg
- 23
- Schlitz
- 24
- Lasche
- 25
- Ringraum
- 26
- Bauteil
- 27
- Radialbord
- 1
- lead screw
- 2
- threaded nut
- 3
- balls
- 4
- ball channel
- 5
- ball groove
- 6
- ball groove
- 7
- sheet metal ring
- 8th
- spacer
- 9
- ball holder
- 10
- sheet metal sleeve
- 11
- tin pot
- 12
- ball-bearing
- 13
- ball track
- 14
- ball track
- 15
- Bullet
- 16
- Bag
- 17
- ball cage
- 18
- pot bottom
- 19
- inner pot jacket
- 20
- outer pot shell
- 21
- locking ring
- 22
- radial bar
- 23
- slot
- 24
- tab
- 25
- annulus
- 26
- component
- 27
- radial board
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