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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, dessen Mutter auf einer Gewindespindel angeordnet ist. Eine Relativdrehung von Mutter und Spindel wird umgewandelt in eine axiale Relativverschiebung von Mutter und Spindel entlang der Spindelachse. Die Erfindung betrifft insbesondere Kugelgewindetriebe, deren Mutter drehangetrieben ist.
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Aus
US 5,083,626 B1 ist ein Kugelgewindetrieb bekannt geworden, dessen drehangetriebene Mutter auf einer Gewindespindel angeordnet ist. Ein zur drehbaren Lagerung der Mutter an einem Gehäuse vorgesehenes Wälzlager weist einen Außenring sowie zwischen dem Außenring und der Mutter angeordnete, durch Kugeln gebildete Wälzkörper auf, die an durch Kugelrillen gebildeten Laufbahnen abwälzen. Zwischen de Außenring und dem Gehäuse sind Gummielemente eingesetzt, die Stöße dämpfen sollen.
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Die Gummielemente sind entweder auf dem Außenring des Wälzlagers oder im Gehäuse voreingebaut. Während der Montage des Kugelgewindetriebs in das Gehäuse kann es zu unerwünschten Stoßkontakten zwischen dem Gummielement und den beteiligten Komponenten (Gehäuse und Wälzlager) kommen, die den einwandfreien Sitz der Gummielemente beeinträchtigen oder sogar eine Beschädigung der Gummielemente herbeiführen können und somit die Funktion des Kugelgewindetriebes beeinträchtigen können.
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Aufgabe war es, einen Kugelgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, der zuverlässig arbeitet, und einfach zu montieren ist.
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Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der Kugelgewindetrieb weist eine Mutter auf, die auf einer Gewindespindel angeordnet ist. In bekannter Weise können Kugeln an schraubenförmig um die Spindelachse gewundenen Kugelrillen der Mutter und der Spindel abwälzen und eine Relativdrehung zwischen der Mutter und der Spindel in eine axiale Relativverschiebung zwischen Mutter und Spindel umwandeln.
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Zur drehbaren Lagerung der Mutter an einem Maschinenteil ist ein Wälzlager vorgesehen, das einen Außenring sowie zwischen dem Außenring und der Mutter angeordnete Wälzkörper aufweist, die an Laufbahnen abwälzen. Das Wälzlager und die Mutter bilden vorzugsweise eine Baueinheit. Eine raumsparende und kostengünstige Weiterbildung kann vorsehen, dass die Mutter des Kugelgewindetriebs zugleich den Innenring des Wälzlagers bildet. An der Mantelfläche der Mutter ist in diesem Fall die Laufbahn für die Wälzkörper des Wälzlagers eingearbeitet. Als Wälzlager bietet sich insbesondere ein Rillenkugellager an, dessen Kugeln an Kugelrillen des Außenrings sowie der Mutter abwälzen.
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Ferner ist ein wälzlagerseitiges Dämpfungselement vorgesehen. Das Dämpfungselement weist ein Hülsenelement auf, das vorzugsweise aus Stahlblech gebildet ist. Das Hülsenelement kann als Blechhülse ausgebildet sein, die den Außenring des Wälzlagere umfasst.
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Das Hülsenelement kann durch zwei L-förmige Ringe mit je einem zylindrischen Mantel und einem an einem axialen Ende anschließenden Radialbord gebildet sein, die gemeinsam den Außenring des Wälzlagers umfassen. In diesem Fall können die beiden L-förmigen Ringe eine zweiteilige Blechhülse bilden. Die beiden L-förmigen Ringe umgreifen den Außenring und weisen mit den freien Enden ihre zylindrischen Mäntel aufeinander zu. Die beiden Radialborde überlappen vorzugsweise den Außenring in radialer Richtung.
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Zwischen dem Hülsenelement und dem Außenring ist ein geräuschdämpfender Stoff angeordnet, der durch Körperschall übertragene Geräusche dämpft und die entweder von außen auf den Kugelgewindetrieb übertragen werden oder über den Kugelgewindetrieb in ein Gehäuse, in dem die Mutter des Kugelgewindetriebes drehbar gelagert wird. Das Übertragen von Vibrationen zwischen Gehäuse und Wälzlager wird demzufolge mittels dieses Stoffs gedämpft.
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Dieser Stoff kann ein gummielastischer Stoff sein, beispielsweise aus Kautschuk oder aus einem Polymerwerkstoff. Der Stoff kann aufgeklebt, vulkanisiert, oder aufgespritzt sein und kann die Mutter mit dem Außenring des Wälzlagers verbinden. Dadurch wird eine Baueinheit von Wälzlager, Dämpfungselement und Kugelgewindetrieb erreicht. Wenn der Stoff als Bezug auf das Hülsenelement aufgespritzt ist, kann dieses derart ausgebildete Dämpfungselement auf den Außenring des Wälzlagers aufgedrückt oder aufgepresst werden. Der Bezug haftet in diesem Fall reibschlüssig auf dem Außenring, so dass eine vormontierte Baueinheit bereitgestellt ist. Der Bezug kann den Innenumfang des Hülsenelementes auch nur teilweise bedecken. Der Bezug ist geeignet, die zwischen dem Gehäuse und dem Wälzlager wirkenden Kräfte zu übertragen.
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Der Kugelgewindetrieb kann komplett mit dem Wälzlager und dem Dämpfungselement in ein Gehäuse eingesetzt werden, in dem beispielsweise der Antrieb untergebracht ist, der die Mutter des Kugelgewindetriebs antreibt. Das Dämpfungselement sorgt für die Dämpfung von Geräuschen, die mittels Körperschall zwischen Gehäuse und Kugelgewindetrieb übertragen werden.
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Das Dämpfungselement ist geeignet, die axialen und radialen Lagerkräfte zwischen dem Wälzlager und beispielsweise einem Gehäuse zu übertragen, das weiter oben beschrieben wurde.
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Wenn das Hülsenelement zwei L-förmige Ringe mit je einem zylindrischen Mantel und einem an einem axialen Ende anschließenden Radialbord aufweist, bietet sich an, den geräuschämpfenden Stoff an beiden L-förmigen Ringen an deren inneren Umfang zu befestigen.
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Dieser geräuschdämpfende Stoff kann als Bezug beispielsweise aufgespritzt sein.
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Der Bezug an sich kann einen zylindrischen Mantel sowie scheibenförmige Abschnitte aufweisen. Die scheibenförmigen Abschnitte können stirnseitig an beiden axialen Enden des Hülsenelementes an dessen einander zugewandten Radialborden aufgebracht sein. Der zylindrische Mantel des Bezugs kann am Innenumfang des Hülsenelementes aufgebracht sein. Der Bezug kann andererseits auf der Mantelfläche des Außenrings und an den Stirnflächen des Außenrings anliegen. Neben der Dämpfung von Körperschall ist mit dieser Weiterbildung zuverlässig die Übertragung von axialen und radialen Kräften gewährleistet.
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Die erwähnten scheibenförmigen Abschnitte des Bezugs können an ihren einander zugewandten Stirnseiten jeweils mit einem ringförmig um die Achse des Hülsenelementes angeordneten gummielastischen Wulst versehen sein, der an einer axialen Stirnfläche des Außenringes anliegt. Über diesen Wulst kann eine axiale federelastische Vorspannung zwischen dem Hülsenelement und dem Außenring des Wälzlagers eingestellt werden. Der Wulst eröffnet die Möglichkeit eines linienförmigen Kontakts mit dem Außenring. Die Dämpfung von Körperschall kann auf diese Weise unterstützt werden. Im Längsschnitt durch das Hülsenelement gesehen ist der Wulst konvex, vorzugsweise rechteckförmig geformt sein.
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Das Hülsenelement kann an beiden axialen Enden je eine Dichtung tragen, die einen Ringraum zwischen dem Hülsenelement und der Mutter abdichtet. Auf diese Weise kann das Wälzlager gegen das Eindringen von unerwünschten Fremdstoffen und gegen das Austreten von Schmierstoff aus dem Wälzlager geschützt werden.
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Die Dichtung kann als Dichtring oder Dichtscheibe ausgebildet und für eine Spaltdichtung, eine Labyrinthdichtung oder eine Lippendichtung ausgelegt sein. Vorzugsweise ist als Dichtungspartner für den Dichtring die Mantelfläche der Mutter vorgesehen.
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Die Mutter kann als Teil des Wälzlagers an ihrer äußeren Mantelfläche eine Laufbahn für die Wälzkörper aufweisen. Beispielsweise kann eine Kugelrille eingearbeitet sein, an der Kugeln eines Rillenkugellagers abwälzen.
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Die Mutter kann demzufolge eine Kombination von Funktionen erfüllen: neben ihrer Hauptfunktion als Getriebeteil des Kugelgewindetriebes kann sie als Dichtungspartner im Zusammenspiel mit den erwähnten Dichtringen dienen und mit ihrer zylindrischen Mantelfläche eine Dichtungsfläche bereitstellen; außerdem kann sie Teil des Wälzlagers sein, das einen drehbare Lagerung des Kugelgewindetriebs und einen Drehantrieb der Mutter ermöglicht.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in fünf Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung eines elektromechanischen Servolenkgetriebes eines Kraftfahrzeuges,
- 2 eine Ausschnittvergrößerung durch ein Lenkgetriebe wie in 1,
- 3 eine weitere Ausschnittvergrößerung der 2 mit Kugellager und Dämpfungselement in einem Teilmontageschritt,
- 4 eine Einzelheit in perspektivischer Darstellung
- 5 eine Variante des Dämpfungselementes, und
- 6 eine weitere Variante des Dämpfungselementes.
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1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein elektromechanisches Servo-Lenkgetriebe eines Kraftfahrzeuges.
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Das Lenkgetriebe weist eine in einem als Gehäuse 1 ausgebildeten Maschinenteil 34 längsverschieblich gelagerte Schubstange 2 auf, die mit ihren Enden das Gehäuse 1 durchdringt und über nicht abgebildete Lenker an gelenkten Rädern des Kraftfahrtzeuges angreift.
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Die Schubstange 1 wird elektromechanisch betätigt. Ein Elektromotor 3 treibt über einen Riementrieb 4 eine Mutter 5 eines Kugelgewindetriebes 6 an, die auf einer Gewindespindel 7 drehbar angeordnet ist. Die Gewindespindel 7 ist fester Teil der drehfest und axial verschieblich gelagerten Schubstange 2.
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2 zeigt einen Ausschnitt der 1 mit dem Kugelgewindetrieb 6. Die Mutter 5 des in das Gehäuse 1 eingebauten Kugelgewindetriebes 6 ist mittels eines Wälzlagers 8 drehbar an dem Gehäuse 2 gelagert. Das Wälzlager 8 ist durch ein Kugellager 9 gebildet. Es weist einen Außenring 10 und durch Kugeln 11 gebildete Wälzkörper 35 auf, die an Laufbahnen 12, 13 des Außenrings 10 und der Mutter 5 abwälzen. In die äußere Mantelfläche der Mutter 5 und die innere Mantelfläche des Außenrings 10 sind die als Kugelrillen 14, 15 ausgebildeten Laufbahnen 12, 13 eingearbeitet.
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2 zeigt ferner ein Dämpfungselement 16, das zwischen dem Gehäuse 2 und dem Au-ßenring 10 des Wälzlagers 8 eingesetzt ist. Dieses Dämpfungselement 16 dämpft Körperschallschwingungen, die zwischen dem Gehäuse 2 und dem Kugelgewindetrieb übertragen werden. Es trägt zur Reduzierung von Vibrationen und Schwingungsgeräuschen bei.
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Das Dämpfungselement 16 und der Außenring 10 des Kugellagers 9 sind in dem Gehäuse gehalten und mittels einer Anstellhülse 33 axial fixiert.
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3 zeigt das Dämpfungselement 16 mit dem Kugellager 9. Das Dämpfungselement 16 weist ein den Außenring 10 des Kugellagers 9 umfassendes Hülsenelement 17 auf, zwischen dem und dem Außenring 10 ein geräuschdämpfender Stoff 18 eingebracht ist.
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Das Hülsenelement 17 ist im Ausführungsbeispiel durch zwei L-förmige Ringe 19 mit je einem zylindrischen Mantel 20 und einem an einem axialen Ende anschließenden Radialbord 21 gebildet.
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Auf die Innenflächen des Hülsenelementes 17 ist der Stoff 18 aufgespritzt, der im Ausführungsbeispiel durch einen polymeren gummielastischen Werkstoff gebildet ist.
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Deutlich ist erkennen, dass der geräuschdämpfende Stoff 18 an beiden L-förmigen Ringen 19 an deren inneren Umfang angespritzt ist. Dieser Stoff 18 bildet einen gummielastischen Bezug 22.
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Der Bezug 22 weist einen zylindrischen Abschnitt 23 sowie einen scheibenförmigen Abschnitt 24 auf, wobei die scheibenförmigen Abschnitte 24 stirnseitig an beiden axialen Enden des Hülsenelementes 17 an dessen einander zugewandten Radialborden 21 aufgespritzt sind, und wobei der zylindrische Abschnitt 23 des Bezugs 22 am Innenumfang des Hülsenelementes 17 aufgespritzt ist, und zwar an den Innenumfang der zylindrischen Mäntel 20 der L-förmigen Ringe 19.
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Den 3 und 4 ist zu entnehmen, dass die scheibenförmigen Abschnitte 24 des Bezugs 22 an ihren einander zugewandten Stirnseiten jeweils mit einem ringförmig um die Achse des Hülsenelementes 17 angeordneten gummielastischen Wulst 25 versehen sind, die beide an den axialen Stirnflächen des Außenringes 10 anliegen.
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3 zeigt ferner, dass die L-förmigen Ringe 19 jeweils an beiden Radialborden 21 mit einer Dichtung 26 versehen sind, die einen Ringraum 27 zwischen dem Hülsenelement 17 und der Mutter 5 in Form einer Spaltdichtung abdichtet.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Dichtung 26 als Dichtscheibe 32 durch radiale Verlängerung des Radialbords 21 bereitgestellt. Der Radialbord 21 endet radial unmittelbar über dem Außenumfang der Mutter 5 und ist an seinem freien Ende mit einem kurzen Axialbord 28 versehen, der in Richtung auf das Kugellager 9 gerichtet ist.
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3 zeigt einen Montageschritt, in dem das Dämpfungselement 16 auf das Kugellager 9 montiert wird. Die mit dem Bezug 22 versehenen beiden L-förmigen Ringe 19 werden axial mit einer Kraft F auf den Außenring 10 gedrückt oder gegebenenfalls gepresst, und zwar soweit, bis die scheibenförmigen Abschnitte 24 in Kontakt mit den Stirnflächen des Außenrings 10 kommen. Im fertig vormontierten Zustand ist zwischen den beiden L-förmigen Ringen 19 ein axialer Abstand eingestellt; jedenfalls berühren sich die beiden Ringe 19 nicht.
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5 zeigt eine Variante mit einer modifizierten Innenkontur des Bezugs 22, die im Unterschied zu dem in 3 abgebildeten Bezug einen radial dünneren Wulst 29 aufweist.
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6 zeigt eine Variante mit einem Lippendichtring 30 anstelle der in 3 gezeigten Spaltdichtung. Der Lippendichtring ist aus einem polymeren Werkstoff gebildet und an den Radialbord 21 angespritzt und liegt mit seiner Dichtlippe 31 an der nicht abgebildeten Mutter 5 an.
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In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Mantelfläche der Mutter 5 zugleich eine Dichtungsfläche 36 für die Dichtung 26 in ihren beschriebenen Formen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Schubstange
- 3
- Elektromotor
- 4
- Riementrieb
- 5
- Mutter
- 6
- Kugelgewindetrieb
- 7
- Gewindespindel
- 8
- Wälzlager
- 9
- Kugellager
- 10
- Außenring
- 11
- Kugel
- 12
- Laufbahn
- 13
- Laufbahn
- 14
- Kugelrille
- 15
- Kugelrille
- 16
- Dämpfungselement
- 17
- Hülsenelement
- 18
- geräuschdämpfender Stoff
- 19
- L-förmiger Ring
- 20
- zylindrischer Mantel
- 21
- Radialbord
- 22
- Bezug
- 23
- zylindrischer Abschnitt
- 24
- scheibenförmiger Abschnitt
- 25
- Wulst
- 26
- Dichtung
- 27
- Ringraum
- 28
- kurzer Axialbord
- 29
- dünnerer Wulst
- 30
- Lippendichtring
- 31
- Dichtlippe
- 32
- Dichtscheibe
- 33
- Anstellhülse
- 34
- Maschinenteil
- 35
- Wälzkörper
- 36
- Dichtungsfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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