DE102021122057A1

DE102021122057A1 - Spindle nut of a planetary roller gear

Info

Publication number: DE102021122057A1
Application number: DE102021122057.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Lenßen
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Eine Spindelmutter (17) eines steigungstreuen Planetenwälzgetriebes (1) umfasst zwei miteinander verbundene Mutterteile (27, 28), wobei jedes Mutterteil (27, 28) einen die Verbindung zwischen den Mutterteilen (27, 28) herstellenden mutterseitigen Eingriff (31, 32) und einen zur unmittelbaren Zusammenwirkung mit mehreren Planeten (12) vorgesehenen planetenseitigen Eingriff (20) aufweist. Zwischen dem planetenseitigen Eingriff (20) und dem mutterseitigen Eingriff (31, 32) zumindest eines Mutterteils (27, 28) ist ein axial federelastischer Abschnitt (33) ausgebildet.

A spindle nut (17) of a pitch-true planetary roller gear (1) comprises two nut parts (27, 28) connected to one another, each nut part (27, 28) having a nut-side engagement (31, 32) and has a planet-side engagement (20) for direct interaction with a plurality of planets (12). An axially spring-elastic section (33) is formed between the planet-side engagement (20) and the nut-side engagement (31, 32) of at least one nut part (27, 28).

Description

Die Erfindung betrifft eine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildete Spindelmutter eines steigungstreuen Planetenwälzgetriebes.The invention relates to a spindle nut designed according to the preamble of claim 1 of a pitch-true planetary roller drive.

Eine gattungsgemäße Spindelmutter eines Planetenwälzgetriebes ist beispielsweise aus der DE 10 2019 127 865 A1 bekannt. Das in der DE 10 2019 127 865 A1 beschriebene Planetenwälzgetriebe ist insbesondere für eine Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen und umfasst eine Gewindespindel, mehrere die Gewindespindel kontaktierende Planeten, sowie zwei gegeneinander vorgespannte Mutterteile, wobei jeder Planet beide Mutterteile kontaktiert. Die beiden Mutterteile sind im Fall der DE 10 2019 127 865 A1 durch eine nicht zerstörungsfrei lösbare Verbindung gegen gegenseitige Verdrehung gesichert.A generic spindle nut of a planetary roller gear is for example from DE 10 2019 127 865 A1 known. That in the DE 10 2019 127 865 A1 The planetary roller gear described is intended in particular for a rear-axle steering of a motor vehicle and comprises a threaded spindle, a plurality of planets contacting the threaded spindle, and two nut parts preloaded against one another, with each planet contacting both nut parts. The two nut parts are in the case of the DE 10 2019 127 865 A1 secured against mutual twisting by a non-destructively detachable connection.

Weitere Bauformen von steigungstreuen Planetenwälzgetrieben, teils auch als synchronisierte Planetenwälzgewindetriebe bezeichnet, sind in den Dokumenten WO 2020/164653 A1 und DE 10 2019 109 166 A1 beschrieben. Bei einem steigungstreuen Planetenwälzgewindetrieb wird nicht die Mutter oder Spindel des Gewindetriebs, sondern ein Käfig, in welchem die Planeten des Gewindetriebs geführt sind, angetrieben. Dies hat gegenüber einem Planetenwälzgewindetrieb, bei welchem entweder die Gewindespindel oder die zugehörige Mutter als Antriebselement genutzt wird, den Vorteil, dass eine eindeutige Relation zwischen der Winkelstellung des antreibenden Elements und dem Vorschub des Abtriebselements gegeben ist. Insofern hat ein steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb (SPWG) die gleichen Eigenschaften wie ein einfaches Bewegungsgewinde. Von der Reibung her ist ein steigungstreuer Planetenwälzgewindetrieb einem einfachen Bewegungsgewinde in der Regel überlegen. Extreme Übersetzungsverhältnisse, welche ansonsten mit einem Planetenwälzgewindetrieb erreichbar sind, werden mit einem steigungstreuen Planetenwälzgewindetrieb nicht erreicht.Other designs of pitch-true planetary roller drives, sometimes also referred to as synchronized planetary roller screw drives, are in the documents WO 2020/164653 A1 and DE 10 2019 109 166 A1 described. In a pitch-true planetary screw drive, it is not the nut or spindle of the screw drive that is driven, but a cage in which the planets of the screw drive are guided. Compared to a planetary screw drive, in which either the threaded spindle or the associated nut is used as the drive element, this has the advantage that there is a clear relationship between the angular position of the driving element and the advance of the driven element. In this respect, a pitch-true planetary screw drive (SPWG) has the same properties as a simple motion thread. In terms of friction, a pitch-true planetary screw drive is usually superior to a simple moving thread. Extreme transmission ratios, which can otherwise be achieved with a planetary screw drive, are not achieved with a planetary screw drive with the same pitch.

Ein in der DE 10 2018 122 714 A1 beschriebenes, für die Verwendung in einer Hinterachslenkung eines Fahrzeugs vorgesehenes Planetenwälzgetriebe umfasst eine geteilte Spindelmutter, zwischen deren Mutterteilen ein Distanzring angeordnet ist. Durch geeignete Auswahl des Distanzrings ist eine Vorspannung innerhalb des Planetenwälzgetriebes einstellbar.An Indian DE 10 2018 122 714 A1 described, provided for use in a rear-axle steering system of a vehicle comprises a divided spindle nut, between the nut parts of which a spacer ring is arranged. A preload within the planetary roller gear can be adjusted by suitably selecting the spacer ring.

Ein weiterer Planetenwälzgewindetrieb mit einem Distanzring, welcher sich zwischen Mutterteilen einer Spindelmutter befindet, ist in der DE 10 2013 213 704 A1 beschrieben. In diesem Fall ist der Distanzring durch mehrere Ringsegmente gebildet.Another planetary screw drive with a spacer ring, which is located between the nut parts of a spindle nut, is in DE 10 2013 213 704 A1 described. In this case, the spacer ring is formed by several ring segments.

Die WO 2015/081951 A1 offenbart einen Aktuator mit Planetenwälzgewindespindel. In diesem Fall fungiert die Spindel eines Gewindetriebs als antreibendes Element, wobei zugleich ein die Planeten des Gewindetriebs führender Planetenrollenträger, das heißt Käfig, drehfest angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein steigungstreuer Gewindetrieb realisiert, wobei in diesem Fall ein axial verschiebbarer Kolben als Abtriebselement des Gewindetriebs vorgesehen ist.The WO 2015/081951 A1 discloses a planetary screw actuator. In this case, the spindle of a screw drive acts as a driving element, while at the same time a planetary roller carrier that guides the planets of the screw drive, that is, a cage, is arranged in a rotationally fixed manner. In this way, a pitch-true screw drive is realized, in which case an axially displaceable piston is provided as the driven element of the screw drive.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelte, aus zwei Mutterteilen aufgebaute Spindelmutter anzugeben, welche für den Zusammenbau eines kompakten, robusten, fertigungsfreundlich gestalteten Planetenwälzgetriebes geeignet ist, das mit Vorspannung betreibbar ist und sich durch ein steigungstreues Verhalten, das heißt ein unveränderliches, insbesondere nicht von eventuellem Schlupf abhängiges Verhältnis zwischen der Änderung der Winkelstellung eines rotierenden, antreibenden Elementes und dem Vorschub eines Abtriebselements, auszeichnet.The invention is based on the object of specifying a spindle nut that is further developed than the prior art and is made up of two nut parts, which is suitable for assembling a compact, robust, production-friendly planetary roller gear, which can be operated with preload and is characterized by a behavior that is true to the gradient means an unchangeable ratio between the change in the angular position of a rotating, driving element and the feed of a driven element, in particular not dependent on possible slippage.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Spindelmutter mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Montage eines steigungstreuen Planetenwälzgetriebes gemäß Anspruch 10. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Montageverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtungen, das heißt die Spindelmutter sowie das gesamte Planetenwälzgetriebe, und umgekehrt.This object is achieved according to the invention by a spindle nut having the features of claim 1. The object is also achieved by a method for assembling a pitch-true planetary roller gear according to claim 10. The configurations and advantages of the invention explained below in connection with the assembly method also apply accordingly to Devices, i.e. the spindle nut and the entire planetary roller gear, and vice versa.

Die für die Verwendung in einem steigungstreuen Planetenwälzgetriebe vorgesehene Spindelmutter, welche allgemein auch als Hohlrad bezeichnet wird, umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption zwei miteinander verbundene, zueinander koaxiale Mutterteile, wobei jedes Mutterteil einen die Verbindung zwischen den Mutterteilen herstellenden mutterseitigen Eingriff und einen zur unmittelbaren Zusammenwirkung mit mehreren Planeten vorgesehenen planetenseitigen Eingriff aufweist. Bei mindestens einem der beiden Mutterteile, insbesondere bei genau einem Mutterteil, ist gemäß Anspruch 1 ein axial federelastischer Abschnitt ausgebildet, wobei sich die Angabe „axial“ auf die gemeinsame Mittelachse der Mutterteile und damit des gesamten Planetenwälzgetriebes bezieht.The spindle nut intended for use in a pitch-true planetary roller gear, which is also generally referred to as a ring gear, has a basic concept known per se and comprises two nut parts which are connected to one another and are coaxial with one another, with each nut part having a nut-side engagement which establishes the connection between the nut parts and one for direct interaction has provided with multiple planet planetary engagement. In at least one of the two nut parts, in particular in exactly one nut part, an axially spring-elastic section is formed according to claim 1, the term "axial" referring to the common central axis of the nut parts and thus of the entire planetary rolling-contact mechanism.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass für die Funktion eines Planetenwälzgetriebes die Einhaltung einer Vorspannung von wesentlicher Bedeutung ist. Zur Einstellung einer Vorspannung ist die Variation des Abstandes zwischen zwei Mutterteilen ein geeignetes, im Stand der Technik beschriebenes Mittel. Zu diesem Zweck kann prinzipiell, wie eingangs erwähnt, eine Verschraubung zwischen zwei Mutterteilen oder ein zwischen die Mutterteile einzusetzender Distanzring verwendet werden.The invention is based on the consideration that maintaining a preload is of essential importance for the function of a planetary roller gear. Varying the distance between two nut parts is a suitable means, described in the prior art, for setting a preload. For this purpose, in principle, how mentioned at the outset, a screw connection between two nut parts or a spacer ring to be inserted between the nut parts can be used.

Die Lösung nach dem Anspruch 1 wendet sich von diesem herkömmlichen Ansatz, der eine exakt definierte, eventuell einstellbare örtliche Relation zwischen den beiden Mutterteilen und erst recht eine geometrisch genau vorgegebene Form eines jeden Mutterteils vorsieht, bewusst ab und sieht die Verwendung zumindest eines in Axialrichtung elastischen Mutterteils vor, was impliziert, dass aufgrund der gegebenen Elastizität die axiale Ausdehnung dieses Mutterteils keine Konstante darstellt. Durch diese Elastizität ergibt sich eine im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich größere Toleranz gegenüber äußeren Einflüssen, wie im Laufe der Lebensdauer auftretendem Verschleiß, Temperatur- und Laständerungen sowie Setzen. Zudem ist die Montage des Planetenwälzgetriebes rationeller und mit höherer Prozesssicherheit durchführbar. Die Spindelmutter kann zur Zusammenwirkung mit einer ein- oder mehrgängigen Gewindespindel vorgesehen sein. Bei dem die Spindelmutter aufweisenden Planetenwälzgetriebe handelt es sich beispielsweise um ein Lenkgetriebe einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs.The solution according to claim 1 deliberately turns away from this conventional approach, which provides for a precisely defined, possibly adjustable local relationship between the two nut parts and even more a geometrically precisely predetermined shape of each nut part, and envisages the use of at least one elastic in the axial direction Mother part before, which implies that due to the given elasticity, the axial extension of this nut part is not a constant. This elasticity results in a significantly greater tolerance to external influences, such as wear, temperature and load changes and setting occurring over the course of the service life, compared to the prior art. In addition, the assembly of the planetary roller gear can be carried out more efficiently and with greater process reliability. The spindle nut can be provided for interaction with a single or multi-threaded spindle. The planetary rolling gear having the spindle nut is, for example, a steering gear of a rear-axle steering of a motor vehicle.

Das eine Elastizität in axialer Richtung aufweisende Mutterteil ist nicht über seine gesamte - in axialer Richtung zu betrachtende - Ausdehnung gleichermaßen elastisch. Vielmehr weisen Abschnitte des Mutterteils außerhalb des axial federelastischen Abschnitts eine weit geringere elastische Nachgiebigkeit auf. Dies gilt insbesondere für den direkt mit den Planeten des Gewindetriebs zusammenwirkenden Abschnitt, das heißt den planetenseitigen Eingriff. In diesem Bereich ist auch eine besonders hohe Steifigkeit in radialer Richtung des Mutterteils gegeben. Dementsprechend weist das Mutterteil im Bereich des planetenseitigen Eingriffs in vorteilhafter Ausgestaltung die größte Wandstärke auf.The nut part, which has elasticity in the axial direction, is not equally elastic over its entire extent—to be considered in the axial direction. Rather, sections of the nut part outside of the axially spring-elastic section have a much lower elastic resilience. This applies in particular to the section that interacts directly with the planets of the screw drive, ie the engagement on the planet side. In this area there is also a particularly high rigidity in the radial direction of the nut part. Accordingly, in an advantageous embodiment, the nut part has the greatest wall thickness in the area of the engagement on the planetary side.

Was die Gestaltung des axial federelastischen Abschnitts betrifft, existieren zahlreiche Gestaltungsmöglichkeiten. Gemäß einer ersten möglichen Gruppe an Bauformen befinden sich im elastisch nachgiebigen Abschnitt Durchbrüche, welche um den Umfang des Mutterteils in einer oder mehreren Reihen oder auch in einem sonstigen Muster verteilt sind. Zum Beispiel weist jeder Durchbruch eine längliche, etwa eine ovale oder rechteckige Form auf, wobei nicht notwendigerweise sämtliche Durchbrüche identisch geformt sind.As far as the design of the axially spring-elastic section is concerned, there are numerous design options. According to a first possible group of designs, there are openings in the elastically flexible section, which are distributed around the circumference of the nut part in one or more rows or in some other pattern. For example, each aperture has an oblong shape, such as oval or rectangular, not necessarily all apertures being shaped identically.

Optional sind die insgesamt ringförmig um das Mutterteil verteilt angeordneten, jeweils länglichen Durchbrüche schräg gestellt, so dass sie zusammen mit zwischen den Durchbrüchen gebildeten Stegen, welche auch als Ärmchen bezeichnet werden, zumindest ansatzweise einen Ausschnitt einer Gewindestruktur beschreiben. Im Vergleich zu Durchbrüchen, welche am Umfang des Mutterteils ausschließlich in Tangentialrichtung, das heißt längs eines um das Mutterteil gelegten Kreises, oder ausschließlich in Axialrichtung, das heißt parallel zur Längsachse des Mutterteils, ausgerichtet sind, ergeben sich durch die Schrägstellung der Durchbrüche verlängerte Stege, welche als federnde Elemente wirken.Optionally, the elongate openings, distributed in a ring around the nut part, are inclined so that together with webs formed between the openings, which are also referred to as small arms, they at least partially describe a section of a thread structure. Compared to openings, which are aligned on the circumference of the nut part exclusively in the tangential direction, i.e. along a circle laid around the nut part, or exclusively in the axial direction, i.e. parallel to the longitudinal axis of the nut part, the inclined position of the openings results in longer webs, which act as resilient elements.

Gemäß einer alternativen Bauform sind kreisrunde Löcher als Durchbrüche vorgesehen. In dieser Bauform, welche sich durch besonders rationelle Herstellungsmöglichkeiten auszeichnet, ist eine Abhängigkeit zwischen dem Durchmesser der Löcher sowie dem Abstand zwischen den Löchern einerseits und der Elastizität des Mutterteils andererseits gegeben, wobei die Nachgiebigkeit in axialer Richtung typischerweise geringer als in Varianten mit schräg gestellten Stegen, das heißt Federstegen, ist.According to an alternative design, circular holes are provided as breakthroughs. In this design, which is characterized by particularly efficient manufacturing options, there is a dependency between the diameter of the holes and the distance between the holes on the one hand and the elasticity of the nut part on the other hand, with the flexibility in the axial direction typically being lower than in variants with inclined webs , i.e. spring bars, is.

Alternativ oder ergänzend zu Durchbrüchen jeglicher Form kann die Wandstärke des nachgiebigen Mutterteils in dessen federelastischem Abschnitt im Vergleich zu beiden in Axialrichtung angrenzenden Abschnitten des Mutterteils reduziert sein. Auch sonstige Formen des elastischen Abschnitts, etwa in der Art eines kurzen Faltenbalgs, sind prinzipiell denkbar.As an alternative or in addition to openings of any shape, the wall thickness of the resilient nut part can be reduced in its spring-elastic section in comparison to the two sections of the nut part that are adjacent in the axial direction. In principle, other forms of the elastic section, for example in the manner of a short bellows, are also conceivable.

Die planetenseitigen Eingriffe der Mutterteile können unabhängig von der geometrischen Gestaltung des axial federelastischen Abschnitts als steigungslose Rillenstruktur ausgebildet sein. Diese Rillenstruktur ist zur Zusammenwirkung mit ebenfalls steigungslosen, das heißt nicht in der Art eines Gewindes ausgebildeten Rillen der Planeten des Gewindetriebs vorgesehen und befindet sich nahe der beiden Stirnseiten der mehrteiligen Spindelmutter.The planet-side engagements of the nut parts can be designed as a pitchless groove structure, independently of the geometric configuration of the axially spring-elastic section. This groove structure is intended to interact with also pitchless grooves, ie grooves not formed in the manner of a thread, of the planetary gear of the screw drive and is located near the two end faces of the multi-part spindle nut.

Im Unterschied zu den planetenseitigen Eingriffen der Mutterteile handelt es sich bei den mutterseitigen Eingriffen typischerweise um ein Gewinde. Dasjenige Mutterteil, welches gezielt elastisch gestaltet ist, kann in dem Bereich seiner Außenumfangsfläche, welcher das Gewinde direkt umgibt, das heißt im mittleren Bereich der zusammengesetzten Spindelmutter, mit einer Drehmomentübertragungskontur, insbesondere in Form einer Polygonkontur, versehen sein. Im Unterschied zu aus mehrteiligen Spindelmuttern, die angrenzend an ihre beiden Stirnseiten jeweils eine Kontur zum Angriff eines zum Verschrauben benötigten Werkzeugs aufweisen, kann im vorliegenden Fall somit eine erste Drehmomentübertragungskontur, welche durch das erste, praktisch komplett unverformbare Mutterteil bereitgestellt wird, angrenzend an eine erste Stirnseite der Spindelmutter gegeben sein, wogegen die zweite, durch das elastisch verformbare Mutterteil bereitgestellte Drehmomentübertragungskontur im mittleren Bereich der Spindelmutter liegt. Durch diese Ausgestaltung wird vermieden, dass beim Anziehen der Mutterteile, das heißt beim Erzeugen der Vorspannung des Planetenwälzgetriebes, nennenswert Drehmoment über den federelastischen Abschnitt des nachgiebigen Mutterteils geleitet wird.In contrast to the planet-side engagements of the nut parts, the nut-side engagements are typically a thread. That nut part which is deliberately designed to be elastic can be provided with a torque transmission contour, in particular in the form of a polygon contour, in the area of its outer peripheral surface which directly surrounds the thread, ie in the middle area of the assembled spindle nut. In contrast to multi-part spindle nuts, which each have a contour adjacent to their two end faces for engaging a tool required for screwing, in the present case a first torque transmission contour, which is provided by the first, practically completely non-deformable nut part, can be adjacent to a first face of the spin be given delmutter, whereas the second, provided by the elastically deformable nut part torque transmission contour is in the central area of the spindle nut. This design avoids that when the nut parts are tightened, that is to say when the prestressing of the planetary roller gear is generated, significant torque is passed via the spring-elastic section of the flexible nut part.

Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Planentenwälzgetriebes, welches das in Axialrichtung federelastische Mutterteil umfasst, wird kein Drehmoment über die Spindelmutter eingeleitet oder ausgeleitet. Von daher ist eine eventuelle geringfügige Verwindung, welche innerhalb der Spindelmutter aufgrund deren Elastizität auftritt, für die Eigenschaften des Planetenwälzgetriebes während des Betriebs ohne Belang.In normal operation of the planetary roller drive, which includes the spring-elastic nut part in the axial direction, no torque is introduced or dissipated via the spindle nut. Therefore, any slight torsion that occurs within the spindle nut due to its elasticity is irrelevant to the properties of the planetary roller gear during operation.

Bei der Montage des steigungstreuen Planetenwälzgetriebes wird allgemein davon ausgegangen, dass folgende Komponenten bereitgestellt werden:

- Zwei miteinander verschraubbare, zu einer Spindelmutter zusammensetzbare Mutterteile, wobei jedes Mutterteil einen planetenseitigen Eingriff und zumindest eines der Mutterteile, insbesondere genau eines der Mutterteile, einen in Axialrichtung des betreffenden Mutterteils federelastischen Abschnitt aufweist,
- eine Gewindespindel, eine Anzahl an Planeten, sowie ein zur Führung der Planeten ausgebildeter, als Antriebselement des Planetenwälzgetriebes vorgesehener, mehrteiliger Käfig,
- zwei zumindest in Axialrichtung und/oder Radialrichtung belastbare, zur Lagerung der Spindelmutter im Käfig vorgesehene Wälzlager.

When assembling the pitch-true planetary roller drive, it is generally assumed that the following components are provided:

- Two nut parts that can be screwed together and assembled to form a spindle nut, each nut part having a planet-side engagement and at least one of the nut parts, in particular precisely one of the nut parts, having a spring-elastic section in the axial direction of the relevant nut part,
- a threaded spindle, a number of planets, as well as a multi-part cage designed to guide the planets and provided as a drive element of the planetary roller gear,
- Two roller bearings that can be loaded at least in the axial direction and/or radial direction and are provided for mounting the spindle nut in the cage.

Auf dem axial federelastischen Abschnitt des insgesamt Federeigenschaften aufweisenden Mutterteils können Dehnungsmessstreifen angebracht werden, mit denen die Montage überwacht und gesteuert werden kann. Auch andere Methoden zur Detektion geometrischer, durch einwirkende Axialkräfte verursachter Änderungen, etwa durch optische Messmethoden, sind anwendbar.Strain gauges can be attached to the axially spring-elastic section of the nut part, which has spring properties overall, with which the assembly can be monitored and controlled. Other methods for detecting geometric changes caused by acting axial forces, such as optical measurement methods, can also be used.

Ausgehend von diesen bereitgestellten, teils für eine Messung während der Montage präparierten Komponenten werden Gewindespindel, Planeten, Komponenten des Käfigs und Spindelmutter zusammengesetzt, wobei die Mutterteile zunächst nur lose miteinander verschraubt werden. Im weiteren Verlauf der Montage wird eine definierte Vorspannung zwischen Spindelmutter, Planeten und Gewindespindel durch Anziehen der Mutterteile, das heißt Einschrauben eines der Mutterteile in das andere Mutterteil, erzeugt, wobei durch das hierbei ansteigende, in der Spindelmutter wirkende Drehmoment die Dehnungsmessstreifen um mindestens 0,01 %, insbesondere um mindestens 0,1 % und maximal 1%, gedehnt werden. Dieser Vorgang wird beendet, wenn eine vorbestimmte, mittels der Dehnungsmessstreifen zu messende Axialkraft das Erreichen der einzustellenden Vorspannung anzeigt. Letztlich wird der Käfig komplettiert, wobei die beiden Wälzlager, insbesondere in Form von Nadel- oder Rollenlagern, zwischen Komponenten des Käfigs und die Spindelmutter eingesetzt werden. Die Auswahl der Bauart der Wälzlager richtet sich nach den zu übertragenden Kräften und Momenten, welche insbesondere Querkräfte und Kippmomente umfassen können.Based on these provided components, some of which have been prepared for measurement during assembly, the threaded spindle, planetary gear, components of the cage and spindle nut are assembled, with the nut parts initially only being loosely screwed together. In the further course of assembly, a defined preload between the spindle nut, planet and threaded spindle is generated by tightening the nut parts, i.e. screwing one of the nut parts into the other nut part, whereby the strain gauges are increased by at least 0, due to the increasing torque acting in the spindle nut. 01%, in particular by at least 0.1% and at most 1%, are stretched. This process is terminated when a predetermined axial force to be measured using the strain gauges indicates that the prestress to be set has been reached. Finally, the cage is completed, with the two rolling bearings, in particular in the form of needle or roller bearings, being used between components of the cage and the spindle nut. The selection of the type of rolling bearing depends on the forces and moments to be transmitted, which can include transverse forces and tilting moments in particular.

Werden mehrere Dehnungsmessstreifen am Umfang des Mutterteils angeordnet, so sind damit auch eventuelle ungleichförmige Belastungen der Spindelmutter detektierbar. In jedem Fall ist die Vorspannkraft ohne Verfälschung messbar, womit insgesamt eine zuverlässige Validierung des Einstellprozesses möglich ist.If several strain gauges are arranged on the circumference of the nut part, any non-uniform loads on the spindle nut can also be detected. In any case, the preload force can be measured without distortion, which means that a reliable validation of the adjustment process is possible overall.

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

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Spindelmutter eines steigungstreuen Planetenwälzgetriebes in perspektivischer Ansicht,
2 bis 4 weitere Ausführungsformen von Spindelmuttern für Planetenwälzgetriebe, jeweils in Ansicht analog 1,
5 die Spindelmutter nach 4 in einer Schnittdarstellung,
6 ein Planetenwälzgetriebe in perspektivischer Ansicht,
7 teilweise montierte Komponenten des Planetenwälzgetriebes nach 6 in Seitenansicht,
8 ein Detail des Planetenwälzgetriebes nach 6 in einer Schnittdarstellung.

Several exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:

1 a first embodiment of a spindle nut of a pitch-true planetary roller gear in a perspective view,
2 until 4 further embodiments of spindle nuts for planetary roller gears, each in a similar view 1 ,
5 the spindle nut 4 in a sectional view,
6 a planetary roller gear in a perspective view,
7 partly assembled components of the planetary roller gear 6 in side view,
8th a detail of the planetary roller gear 6 in a sectional view.

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.Unless otherwise stated, the following explanations relate to all exemplary embodiments. Parts that correspond to one another or have the same effect in principle are identified by the same reference symbols in all figures.

Das Planetenwälzgetriebe 1 umfasst eine Gewindespindel 2 mit einem im vorliegenden Fall eingängigen Gewinde 3. Abweichend hiervon sind auch nicht dargestellte Varianten des Planetenwälzgetriebe 1 mit mehrgängiger Spindel, insbesondere zwei- oder dreigängiger Spindel, realisierbar. Die Gewindespindel 2 ist von einem als Ganzes drehbaren Gehäuse 4 konzentrisch umgeben, das als Antriebselement des steigungstreuen Planetenwälzgetriebes 1 fungiert. Eine Außenverzahnung 5 des Gehäuses 4 ermöglicht dessen Antrieb mit einem in 1 nicht dargestellten Zugmittel, insbesondere einem Zahnriemen. Alternativ könnte ein gesondertes Antriebselement, beispielsweise ein Zahnrad oder ein Kettenrad, mit dem Gehäuse 4 verbunden sein.The planetary roller gear 1 comprises a threaded spindle 2 with a single-start thread 3 in the present case. Deviating from this, variants of the planetary roller gear 1 with a multi-start spindle, in particular a two-start or three-start spindle, can also be realized, which are not shown. The threaded spindle 2 is surrounded concentrically as a rotatable housing 4 as a whole Drive element of the pitch true planetary gear 1 acts. An external toothing 5 of the housing 4 enables it to be driven with an in 1 not shown traction means, in particular a toothed belt. Alternatively, a separate drive element, for example a toothed wheel or a sprocket, could be connected to the housing 4 .

Beim Planetenwälzgetriebe 1 handelt es sich um ein Teil eines elektromechanischen Aktuators einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs. Die Motorachse eines das Planetenwälzgetriebe 1 betätigenden Elektromotors ist parallel zur nicht notwendigerweise einteiligen Gewindespindel 2, die die Funktion einer Lenkstange hat und in Bereichen außerhalb des Gewindes 3 Sechskantkonturen 9 aufweist, angeordnet.When planetary rolling gear 1 is a part of an electromechanical actuator of a rear axle steering of a motor vehicle. The motor axis of an electric motor that actuates the planetary roller gear 1 is arranged parallel to the threaded spindle 2, which is not necessarily in one piece and has the function of a steering rod and has hexagonal contours 9 in areas outside of the thread 3.

Das in nicht dargestellter Weise drehbar im elektromechanischen Aktuator gelagerte Gehäuse 4, dessen Außenverzahnung 5 sich in einem eingeschnürten Gehäusebereich 7 befindet, ist einem Käfig 6 des Planetenwälzgetriebes 1 zuzurechnen. Der eingeschnürte Gehäusebereich 7 ist von zwei zylindrischen Gehäuseabschnitten 8 ohne Verzahnung flankiert. Innerhalb dieser Gehäuseabschnitte 8 ist eine Käfighülse 11 erkennbar. Die Käfighülse 11 ist über ringförmige Elemente, nämlich Mitnehmerflansche 37, mit Planetenabstandshaltern 10, die ebenfalls eine Ringform haben, verbunden.The housing 4 , which is rotatably mounted in the electromechanical actuator in a manner not shown, and whose external toothing 5 is located in a constricted housing area 7 , is to be attributed to a cage 6 of the planetary roller gear 1 . The constricted housing area 7 is flanked by two cylindrical housing sections 8 without teeth. A cage sleeve 11 can be seen within these housing sections 8 . The cage sleeve 11 is connected via ring-shaped elements, namely driver flanges 37, to planetary spacers 10, which also have a ring shape.

In dem Käfig 6 ist eine Mehrzahl an Planeten 12 geführt. Die Planeten 12 weisen eine profilierte und gestufte Form auf. Hierbei ist der größte Durchmesser eines jeden Planeten 12 im Bereich seines mit 13 bezeichneten mittleren Abschnitts gegeben. Eine mit 14 bezeichnete Profilierung des mittleren Abschnitts 13 des Planeten 12 weist eine Teilung auf, die der Steigung des Gewindes 3 entspricht. Im Gegensatz zum Gewinde 3 der Spindel 2 ist die Profilierung 14 steigungslos ausgebildet. Die Planeten 12 kontaktieren die Gewindespindel 2 ausschließlich mit ihren mittleren Abschnitten 13.A plurality of planets 12 is guided in the cage 6 . The planets 12 have a profiled and stepped shape. Here, the largest diameter of each planet 12 is given in the area of its middle section, which is designated 13 . A designated 14 profiling of the central portion 13 of the planet 12 has a pitch that corresponds to the pitch of the thread 3. In contrast to the thread 3 of the spindle 2, the profiling 14 is designed without a pitch. The planets 12 only contact the threaded spindle 2 with their middle sections 13.

An den mittleren Abschnitt 13 schließen sich beidseitig äußere Abschnitte 15 des Planeten 12 an, welche eine äußere Profilierung 16 aufweisen. Entsprechend der Profilierung 14 im mittleren Abschnitt 13 ist auch die äußere Profilierung 16 in Form steigungsloser Rillen ausgebildet. Die Teilung der äußeren Profilierung stimmt nicht notwendigerweise mit der Teilung der Profilierung 14 im mittleren Abschnitt 13 des Planeten 12 überein.Outer sections 15 of planet 12 , which have an outer profile 16 , adjoin the central section 13 on both sides. Corresponding to the profiling 14 in the middle section 13, the outer profiling 16 is also designed in the form of smooth grooves. The pitch of the outer profile does not necessarily match the pitch of the profile 14 in the middle section 13 of the planet 12 .

Die äußeren Profilierungen 16 des Planeten 12 kämmen mit einer Profilierung 20 einer mehrteiligen Spindelmutter 17. Die Teilung der Profilierung 20 der Spindelmutter 17 entspricht der Teilung der äußeren Profilierungen 16 des Planeten 12. Allgemein wird die Profilierung 20 als planetenseitiger Eingriff bezeichnet. Durch die Profilierung 20 gebildete Rillen an der Innenumfangsfläche der Spindelmutter 17 sind mit 21 bezeichnet. Die Profilierung 20 ist ausgebildet an äußeren, profilierten Abschnitten 19 der Spindelmutter 17. Axial zwischen den äußeren Abschnitten 19 befindet sich ein mittlerer, unprofilierter Abschnitt 18 der Spindelmutter 17. Im mittleren Abschnitt 18 ist die Spindelmutter 17 vom Planeten 12 beabstandet.The outer profiles 16 of the planet 12 mesh with a profile 20 of a multi-part spindle nut 17. The pitch of the profile 20 of the spindle nut 17 corresponds to the pitch of the outer profiles 16 of the planet 12. In general, the profile 20 is referred to as a planet-side engagement. Grooves formed by the profile 20 on the inner peripheral surface of the spindle nut 17 are denoted by 21 . Profiling 20 is formed on outer, profiled sections 19 of spindle nut 17. A middle, unprofiled section 18 of spindle nut 17 is located axially between outer sections 19. Spindle nut 17 is spaced from planet 12 in middle section 18.

Die Spindelmutter 17 ist mit Hilfe zweier Wälzlager 22, im vorliegenden Fall zweier Axialrollenlager, im Käfig 6 gelagert. Die Wälzlager 22 weisen jeweils einen mutterseitigen Lagerring 23 und einen käfigseitigen Lagerring 24 auf. Wälzkörper 25, das heißt Rollen, des Wälzlagers 22 sind in einem Käfig 26 geführt. In nicht dargestellter, modifizierter Ausführungsform könnten die Wälzkörper 25 statt auf den Lagerringen 23, 24 auch unmittelbar auf Oberflächen der Spindelmutter 17 und/oder des Käfigs 6, abrollen. In jedem Fall sind die beiden zur Übertragung von Axialkräften vorgesehenen Wälzlager 22 innerhalb des Käfigs 6 angeordnet.The spindle nut 17 is mounted in the cage 6 with the aid of two roller bearings 22, in the present case two axial roller bearings. The roller bearings 22 each have a bearing ring 23 on the nut side and a bearing ring 24 on the cage side. Rolling elements 25, ie rollers, of the roller bearing 22 are guided in a cage 26. In a modified embodiment that is not shown, the rolling bodies 25 could also roll directly on surfaces of the spindle nut 17 and/or the cage 6 instead of on the bearing rings 23, 24. In any case, the two roller bearings 22 provided for the transmission of axial forces are arranged inside the cage 6 .

Jede der Spindelmuttern 17, das heißt Hohlräder, nach den 1 bis 5 ist zur Verwendung im Planetenwälzgetriebe 1 nach 6 geeignet. Die Spindelmutter 17 umfasst zwei miteinander verschraubte Mutterteile 27, 28, wobei das erste Mutterteil 27 in das zweite Mutterteil 28 eingeschraubt ist. Die damit gebildete Verschraubung ist mit 29 bezeichnet und mit Hilfe einer Kontermutter 30 gesichert. Das Außengewinde des ersten Mutterteils 27 ist ebenso wie das Innengewinde des zweiten Mutterteils 28 allgemein als mutterseitiger Eingriff 31, 32 bezeichnet. Zwischen dem mutterseitigen Eingriff 32 des zweiten Mutterteils 28 und dem planetenseitigen Eingriff 20 des zweiten Mutterteils 28 ist ein axial federelastischer Abschnitt 33 ausgebildet. Der elastisch nachgiebige Abschnitt 33 sorgt dafür, dass beim Zusammenbau des Planetenwälzgetriebes 1 eine signifikante Dehnung zwischen den verschiedenen Eingriffen 20, 32 auftreten kann. Damit ist insbesondere eine definierte, für die gewünschte Tragfähigkeit erforderliche Vorspannung des Planetenwälzgetriebes 1 einstellbar.Each of the spindle nuts 17, that is, ring gears, after 1 until 5 is for use in the planetary roller gear 1 6 suitable. The spindle nut 17 comprises two nut parts 27 , 28 screwed together, the first nut part 27 being screwed into the second nut part 28 . The screw connection thus formed is denoted by 29 and is secured with the aid of a lock nut 30 . The external thread of the first nut part 27, like the internal thread of the second nut part 28, is generally referred to as engagement 31, 32 on the nut side. An axially resilient section 33 is formed between the engagement 32 of the second nut part 28 on the nut side and the engagement 20 of the second nut part 28 on the planet side. The elastically flexible section 33 ensures that when the planetary roller gear 1 is assembled, significant stretching can occur between the various engagements 20, 32. In this way, in particular, a defined prestressing of the planetary rolling gear 1 required for the desired carrying capacity can be set.

Im Ausführungsbeispiel nach 1 befinden sich im axial federelastischen Abschnitt 33 mehrere in Umfangsrichtung hintereinander angeordnete längliche Durchbrüche 34 mit jeweils rechteckiger Grundform, welche durch Stege 35 voneinander getrennt sind. Im Bereich einzelner Stege 35 werden bei der Montage Dehnungsmessstreifen 36 angebracht, welche eine Information über die Axialkraft, welche zwischen den Mutterteilen 27, 28 wirkt, liefern.In the embodiment after 1 are located in the axially spring-elastic section 33 a plurality of longitudinal openings 34 arranged one behind the other in the circumferential direction, each with a rectangular basic shape, which are separated from one another by webs 35 . In the area of individual webs 35, strain gauges 36 are attached during assembly, which provide information about the axial force acting between the nut parts 27, 28.

In entsprechender Weise können Dehnungsmessstreifen 36 auch am Mutterteil 28 nach 2 angebracht werden. In diesem Fall haben die Durchbrüche 34 jeweils die Grundform eines Parallelogramms, was mit einer Schrägstellung der Stege 35 am Umfang des Mutterteils 28 einhergeht. Die Anordnung sämtlicher Stege 35 und Durchbrüche 34 beschreibt somit ansatzweise die Struktur eines Gewindes am Umfang des Mutterteils 28. Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel nach 1 ist im Fall von 2 eine erhöhte elastische Nachgiebigkeit des Abschnitts 33 gegeben. Minimale Verdrehungen zwischen den Eingriffen 20, 32 durch eventuell einwirkende Drehmomente sind ohne Belang.In a corresponding manner, strain gauges 36 can also be found on the nut part 28 2 to be attached. In this case, the openings 34 each have the basic shape of a parallelogram, which is accompanied by an inclined position of the webs 35 on the circumference of the nut part 28 . The arrangement of all webs 35 and openings 34 thus begins to describe the structure of a thread on the circumference of the nut part 28. In comparison to the exemplary embodiment according to FIG 1 is in the case of 2 increased elastic resilience of section 33 is given. Minimal torsion between the interventions 20, 32 due to torques that may be applied are irrelevant.

Das Mutterteil 28 nach 3 unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 2 dadurch, dass die Durchbrüche 34 eine kreisrunde Form haben. Auch in diesem Fall können Dehnungsmessstreifen im Bereich von zwischen einzelnen Durchbrüchen 34 gebildeten Stegen 35 des federelastischen Abschnitts 33 angebracht werden.The mother part 28 after 3 differs from the embodiments according to the 1 and 2 in that the openings 34 have a circular shape. In this case, too, strain gauges can be attached in the area of webs 35 of the spring-elastic section 33 formed between individual openings 34 .

Anders als bei den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 3 existieren im Fall von 4 keine Durchbrüche innerhalb des axial federelastischen Abschnitts 33. Die gewünschte Elastizität ist in diesem Fall durch eine verringerte Wandstärke im Abschnitt 33 hergestellt. Die verringerte Wandstärke drückt sich in einer umlaufenden Nut 38 am Umfang des Mutterteils 28 aus.Unlike the embodiments according to the 1 until 3 exist in the case of 4 no openings within the axially spring-elastic section 33. In this case, the desired elasticity is produced by a reduced wall thickness in section 33. The reduced wall thickness is reflected in a circumferential groove 38 on the circumference of nut part 28 .

Beide Mutterteile 27, 28 weisen an ihrer Mantelfläche Polygonkonturen 39, 40 als Drehmomentübertragungskonturen zum Angriff nicht dargestellter Werkzeuge auf. In den Ausführungsbeispielen befindet sich die Polygonkontur 40 des zweiten Mutterteils 28 in dem mit dem ersten Mutterteil 27 überlappenden Bereich, das heißt im mittleren Abschnitt 18 der Spindelmutter 17. Damit ist sichergestellt, dass beim Zusammenschrauben der Mutterteile 27, 28 kein Drehmoment innerhalb des axial federelastischen Abschnitts 33 wirkt. Im Unterschied zum zweiten Mutterteil 28 ist beim ersten Mutterteil 27 die Polygonkontur 39 in allen Fällen angrenzend an eine Stirnseite der Spindelmutter 17 ausgebildet.Both nut parts 27, 28 have polygonal contours 39, 40 on their outer surface as torque transmission contours for engaging tools, not shown. In the exemplary embodiments, the polygonal contour 40 of the second nut part 28 is in the area that overlaps with the first nut part 27, i.e. in the middle section 18 of the spindle nut 17. This ensures that when the nut parts 27, 28 are screwed together, no torque is generated within the axially resilient Section 33 acts. In contrast to the second nut part 28 , the polygonal contour 39 of the first nut part 27 is in all cases formed adjacent to an end face of the spindle nut 17 .

BezugszeichenlisteReference List

11: Planetenwälzgetriebeplanetary roller gear
22: Gewindespindel, LenkstangeThreaded spindle, steering rod
33: Gewindethread
44: GehäuseHousing
55: Außenverzahnung des GehäusesExternal gearing of the housing
66: KäfigCage
77: eingeschnürter Bereich des Gehäusesconstricted area of the housing
88th: zylindrischer Gehäuseabschnitt ohne Verzahnungcylindrical housing section without teeth
99: Sechskantkontur der GewindespindelHexagon contour of the threaded spindle
1010: Planetenabstandshalterplanetary spacers
1111: Käfighülsecage sleeve
1212: Planetplanet
1313: mittlerer Abschnitt des Planetenmiddle section of the planet
1414: Profilierung des mittleren Abschnitts des PlanetenProfiling the middle section of the planet
1515: äußerer Abschnitt des Planetenouter portion of the planet
1616: äußere Profilierung des Planetenouter profiling of the planet
1717: Spindelmutterspindle nut
1818: mittlerer, unprofilierter Abschnitt der Spindelmuttercentral, unprofiled section of the spindle nut
1919: äußerer, profilierter Abschnitt der Spindelmutterouter, profiled section of the spindle nut
2020: Profilierung der Spindelmutter, planetenseitiger EingriffProfiling of the spindle nut, engagement on the planetary side
2121: Rille der Spindelmutterspindle nut groove
2222: Wälzlagerroller bearing
2323: mutterseitiger Lagerring des Wälzlagersbearing ring of the roller bearing on the nut side
2424: käfigseitiger Lagerring des Wälzlagersbearing ring of the roller bearing on the cage side
2525: Wälzkörper des WälzlagersRolling elements of the rolling bearing
2626: Käfig des Wälzlagersroller bearing cage
2727: erstes Mutterteilfirst mother part
2828: zweites Mutterteilsecond mother part
2929: Verschraubungscrew connection
3030: Kontermutterlocknut
3131: Außengewinde, mutterseitiger Eingriff des ersten MutterteilsExternal thread, nut-side engagement of the first nut part
3232: Innengewinde, mutterseitiger Eingriff des zweiten MutterteilsInternal thread, nut-side engagement of the second nut part
3333: axial federelastischer Abschnittaxially resilient section
3434: Durchbruchbreakthrough
3535: Stegweb
3636: Dehnungsmessstreifenstrain gauges
3737: Mitnehmerflanschdriving flange
3838: Ringnutring groove
3939: Drehmomentübertragungskontur des Mutterteils 27Torque transmission contour of the nut part 27
4040: Drehmomentübertragungskontur des Mutterteils 28Torque transmission contour of the nut part 28

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102019127865 A1 [0002]
WO 2020164653 A1 [0003]
DE 102019109166 A1 [0003]
DE 102018122714 A1 [0004]
DE 102013213704 A1 [0005]
WO 2015081951 A1 [0006]

Claims

Spindle nut of a pitch-true planetary roller gear, with two nut parts (27, 28) connected to one another, each nut part (27, 28) having a nut-side engagement (31, 32) that establishes the connection between the nut parts (27, 28) and one for direct interaction with several Planet (12) provided planet-side engagement (20), characterized in that between the planet-side engagement (20) and the nut-side engagement (31, 32) of at least one nut part (27, 28) an axially resilient section (33) is formed.

spindle nut claim 1 , characterized in that the resilient section (33) has a plurality of openings (34).

spindle nut claim 2 , characterized in that the openings (34) each have an elongated shape.

spindle nut claim 3 , characterized in that the openings (34) together with webs (35) arranged between the openings (34) describe a section of a thread structure.

spindle nut claim 2 , characterized in that the openings (34) are designed as circular holes.

spindle nut claim 1 , characterized in that this has a reduced wall thickness in comparison to adjacent sections in the resilient section (33).

Spindle nut according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the nut-side engagement (31, 32) is designed as a screw connection (29).

spindle nut claim 7 characterized by a torque transmission contour (40) of the nut part (28) which has the axially spring-elastic section (33) and encloses the screw connection (29).

Spindle nut according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the planet-side engagement (20) is designed as a pitchless groove structure.

Method for assembling a pitch-true planetary roller gear (1), with the following steps: - Provision of two nut parts (27, 28) which can be screwed together and assembled into a spindle nut (17), each nut part (27, 28) having a planet-side engagement (20) and at least one of the nut parts (27, 28) having an engagement in the axial direction of the relevant nut part (27, 28) has a resilient section (33), - Provision of a threaded spindle (2), a number of planets (12) and a multi-part cage (6) designed to guide the planets (12) and provided as a drive element of the planetary roller gear (1), - Provision of two roller bearings (22) provided for mounting the spindle nut (17) in the cage (6), - Attaching strain gauges (36) to the axially spring-elastic section (33), - Assembling the threaded spindle (2), planet (12), components of the cage (6) and spindle nut (17) in such a way that the nut parts (27, 28) are initially only loosely screwed together, - Generation of a defined preload between the spindle nut (17), planet (12) and threaded spindle (3) by tightening the nut parts (27, 28), whereby the strain gauges (36) are turned around by the increasing torque acting in the spindle nut (17). are stretched by at least 0.1% and a predetermined axial force to be measured by means of the strain gauges (36) indicates that the prestress to be set has been reached, - Completion of the cage (6), inserting the two rolling bearings (22) between the components of the cage (6) and the spindle nut (17).