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PRIORITÄT SANSPRUCH
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Diese Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der vorläufigen
US-Anmeldung Nr. 63/399,343 , die am 19. August 2022 eingereicht wurde und die durch Bezugnahme in vollem Umfang hierin für alle Zwecke aufgenommen wird.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Linearaktuatoren. Insbesondere beziehen sich Aspekte der vorliegenden Erfindung auf schraubenartige Aktuatoren, wie beispielsweise Kugelumlaufspindeln.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Verschiedene Anwendungen verwenden lineare Aktuatoren, wie beispielsweise Schraubenaktuatoren. Beispielsweise erfordern typische elektromechanische Bremssysteme Aktuatoren, die eine lineare Kraft bereitstellen können. Ein beispielhafter linearer Aktuator ist eine Kugelumlaufspindelanordnung, die einen Kugelzug umfasst, der zwischen einer Kugellaufbahn, die in einer äußeren Oberfläche einer Kugelumlaufspindelwelle ausgebildet ist, und einer Kugellaufbahn, die in einer inneren Oberfläche einer Kugelumlaufspindelmutter ausgebildet ist, angeordnet ist. Kugelumlaufspindelanordnungen des Umlaufkugeltyps und des Nicht-Umlaufkugeltyps sind bekannt.
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Solche linearen Aktuatoren können ein Taumelgelenk aufweisen, das eine Kugelform auf der Welle und einen Kegelkontakt auf einem Flansch aufweist, der durch die Kugelform in Eingriff genommen wird. Ein Beispiel für eine solche Anordnung ist in den 7A und 7B gezeigt, wo zu sehen ist, dass das Taumelgelenk (A) eine ringförmige Fläche (B) aufweist, wobei eine Kugelform auf der Welle (C) ausgebildet ist. Die Kugelform ergreift eine kegelstumpfförmige Kontaktfläche (D), die auf dem Flansch (E) ausgebildet ist. In dieser Konfiguration ist eine Minderung von Fehlausrichtungen begrenzt, da, wenn höhere Axiallasten auftreten, die Reibung häufig bewirkt, dass sich das Gelenk vor der vollen Betriebslast und Auslenkung verriegelt.
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Die vorliegende Erfindung erkennt und behandelt Erwägungen von Konstruktionen und Verfahren nach dem Stand der Technik.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt einen schraubenartigen Linearaktuator bereit, der eine Stützstruktur und eine Schraubenwelle umfasst, die in Bezug auf die Stützstruktur axial stationär, aber drehbar antreibbar ist. Eine Mutter ist derart auf der Schraubenwelle montiert, dass eine Drehung der Schraubenwelle eine axiale Bewegung der Mutter entlang der Schraubenwelle bewirkt. Zusätzlich definiert die Schraubenwelle eine erste ringförmige Kontaktfläche, die ein Kugelprofil mit einem ersten Radius aufweist. Ein Druckflansch ist auf der Schraubenwelle zur Drehung mit der Schraubenwelle angeordnet, wobei der Druckflansch eine zweite ringförmige Kontaktfläche mit einem zweiten Radius aufweist, wobei die erste ringförmige Kontaktfläche die zweite ringförmige Kontaktfläche ergreift.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen weist der erste Radius einen ersten Mittelpunkt auf, der mit einer Längsmittelachse der Schraubenwelle zusammenfällt. Zusätzlich kann der zweite Radius einen zweiten Mittelpunkt aufweisen, der von der Längsmittelachse der Schraubenwelle versetzt ist. Der zweite Radius kann größer als der erste Radius sein.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann ein Drucklager zwischen dem Druckflansch und der Stützstruktur angeordnet sein. Zusätzlich kann eine Lagerscheibe an der Stützstruktur befestigt sein.
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Gemäß einigen Ausführungsbeispielen kann der Linearaktuator eine Kugelumlaufspindelanordnung umfassen, die mehrere Kugeln aufweist, die zwischen sich gegenüberliegenden Kugellaufbahnen angeordnet sind, die in der Schraubenwelle und der Mutter definiert sind. Beispielsweise kann die Kugelumlaufspindelanordnung eine nicht-umlaufende Kugelumlaufspindelanordnung umfassen.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt einen schraubenartigen Linearaktuator bereit, der eine Stützstruktur und eine Schraubenwelle umfasst, die in Bezug auf die Stützstruktur axial stationär, aber drehbar antreibbar ist. Eine Mutter ist derart auf der Schraubenwelle montiert, dass eine Drehung der Schraubenwelle eine axiale Bewegung der Mutter entlang der Schraubenwelle bewirkt. Zusätzlich definiert die Schraubenwelle eine erste ringförmige Kontaktfläche, die ein Kugelprofil mit einem ersten Radius aufweist. Ein Druckflansch ist auf der Schraubenwelle zur Drehung mit der Schraubenwelle angeordnet, wobei der Druckflansch eine zweite ringförmige Kontaktfläche mit einem zweiten Radius aufweist, wobei die erste ringförmige Kontaktfläche die zweite ringförmige Kontaktfläche ergreift. Zusätzlich ist ein Drucklager zwischen dem Druckflansch und der Stützstruktur angeordnet. Der erste Radius weist einen ersten Mittelpunkt auf, der mit einer Längsmittelachse der Schraubenwelle zusammenfällt, und der zweite Radius weist einen zweiten Mittelpunkt auf, der von der Längsmittelachse der Schraubenwelle versetzt ist.
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Ein noch weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Bremsvorrichtung bereit, die einen Bremssattel umfasst, der einen Körper mit einem Bremszylinder aufweist. Ein Kolben ist in dem Bremszylinder angeordnet. Ein erster Belag ist in Bezug auf ein Ende des Kolbens fixiert und ein zweiter Belag liegt dem ersten Belag gegenüber.
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Die Bremsvorrichtung umfasst ferner einen schraubenartigen Linearaktuator, der eine Schraubenwelle umfasst, die in Bezug auf den Bremssattel axial stationär, aber drehbar antreibbar ist. Eine Mutter ist derart auf der Schraubenwelle montiert, dass eine Drehung der Schraubenwelle eine axiale Bewegung der Mutter entlang der Schraubenwelle bewirkt, wobei die Mutter mit dem Kolben verbunden ist, um eine axiale Bewegung des Kolbens zu bewirken. Die Schraubenwelle definiert eine erste ringförmige Kontaktfläche, die ein Kugelprofil mit einem ersten Radius aufweist. Ein Druckflansch ist auf der Schraubenwelle zur Drehung mit der Schraubenwelle angeordnet, wobei der Druckflansch eine zweite ringförmige Kontaktfläche mit einem zweiten Radius aufweist, wobei die erste ringförmige Kontaktfläche die zweite ringförmige Kontaktfläche ergreift. Ein Drucklager ist zwischen dem Druckflansch und dem Bremssattel angeordnet. Der erste Radius weist einen ersten Mittelpunkt auf, der mit einer Längsmittelachse der Schraubenwelle zusammenfällt, und der zweite Radius weist einen zweiten Mittelpunkt auf, der von der Längsmittelachse der Schraubenwelle versetzt ist.
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Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine vollständige und ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bestem Modus, die an einen Durchschnittsfachmann gerichtet ist, ist in der Beschreibung dargelegt, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt, in denen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Bremsanordnung ist, die eine Ausführungsform einer Kugelumlaufspindelanordnung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung verwenden kann;
- 2 eine perspektivische Teilquerschnittsansicht einer Kugelumlaufspindelanordnung ist, die in der Bremsanordnung der 1 verwendet werden kann;
- 3 eine perspektivische Querschnittsansicht der Kugelmutter der in 2 gezeigten Kugelumlaufspindelanordnung ist;
- 4 eine seitliche Teilquerschnittsansicht der in 2 gezeigten Kugelumlaufspindelanordnung ist;
- 5A und 5B Teilquerschnittsansichten der in den 2 bis 4 gezeigten Kugelumlaufspindelanordnung sind, die Details des Taumelgelenks zeigen;
- 6 eine schematische Darstellung des Taumelgelenks der in den 5A und 5B gezeigten Kugelumlaufspindelanordnung ist; und
- 7A und 7B Ansichten eines Taumelgelenks in einer Kugelumlaufspindelanordnung nach dem Stand der Technik sind.
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Die wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Beschreibung und den Zeichnungen soll gleiche oder analoge Merkmale oder Elemente der Erfindung gemäß der Offenbarung darstellen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Jetzt wird im Detail auf derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel wird als Erklärung und nicht als Einschränkung der Erfindung bereitgestellt. Tatsächlich wird es für den Fachmann offensichtlich sein, dass Modifikationen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren Umfang und Gedanken abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen abdeckt, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
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Aspekte der vorliegenden Erfindung sind insbesondere auf verschiedene schraubenartige Aktuatoren anwendbar, bei denen sich ein axial bewegliches Teil in Bezug auf ein axial stationäres Teil linear bewegt. Beispielsweise kann das axial bewegliche Teil in Form einer Mutter vorliegen, die sich entlang einer Schraubenwelle in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Schraubenwelle hin und her bewegt. Verschiedene schraubenartige Aktuatoren können Lehren der vorliegenden Erfindung verwenden, einschließlich Kugelumlaufspindeln (umlaufend und nicht umlaufend), Leitspindeln (einschließlich Planetenleitspindeln) und Rollenspindeln.
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In dieser Hinsicht zeigt 1 eine beispielhafte Anwendung, bei der Prinzipien der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können. Wie dargestellt, umfasst eine Bremsanordnung 1 einen linearen Aktuator in Form einer Kugelumlaufspindelanordnung 100. Die Bremsanordnung 1 übt selektiv eine Reibungsbremskraft auf eine Scheibe 2 aus, die sich integral mit einem Rad eines Automobils oder dergleichen dreht. Die Bremsvorrichtung 1 umfasst einen Bremssattel 3, eine erste Stützplatte 4, eine zweite Stützplatte 5, einen ersten Belag 6 und einen zweiten Belag 7. Der Bremssattel 3 ist durch einen Achsschenkel (nicht gezeigt) beweglich gestützt, und die erste Stützplatte 4 und die zweite Stützplatte 5 sind auf dem Bremssattel 3 angeordnet, um die Bremsscheibe 2 dazwischen einzuklemmen. Der erste Belag 6 und der zweite Belag 7 sind an der ersten Stützplatte 4 bzw. der zweiten Stützplatte 5 fixiert und können entsprechende Seitenflächen der Scheibe 2 drücken.
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Der Bremssattel 3 umfasst einen ersten Körper 8, einen zweiten Körper 9 und eine Abdeckung 10. Der erste Körper 8 und der zweite Körper 9 sind aneinander fixiert. Die Abdeckung 10 ist an dem zweiten Körper 9 fixiert. Der erste Körper 8 umfasst einen Körperabschnitt 11 und einen Armabschnitt 12. Ein Ende des zweiten Körpers 9 ist an dem Körperabschnitt 11 fixiert. Der Armabschnitt 12 ist orthogonal an den Körperabschnitt 11 gekoppelt. Die zweite Stützplatte 5 ist an dem Armabschnitt 12 fixiert. Der zweite Körper 9 umfasst einen Bremszylinder 13 und eine Verlängerungsplatte 14. Der Zylinder 13 ist an dem Körperabschnitt 11 des ersten Körpers 8 fixiert. Die Verlängerungsplatte 14 erstreckt sich von dem Zylinder 13.
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Der Zylinder 13 weist ein erstes Ende 41 und ein zweites Ende 42 auf, die einander in einer axialen Richtung gegenüberliegen. Der Zylinder 13 umfasst einen zylindrischen Abschnitt 15, der an dem ersten Ende 41 offen ist, und eine Endflächenplatte 16, die an das zweite Ende 42 des zylindrischen Abschnitts 15 gekoppelt ist. Ein Kolben 17, der in der axialen Richtung ST beweglich ist, ist in dem Zylinder 13 untergebracht. Ein Ende 73 des Kolbens 17 ragt in Richtung der Scheibe 2 durch eine Öffnung an einem Ende des Zylinders 13 (das dem ersten Ende 41 des zylindrischen Abschnitts 15 entspricht). Die erste Stützplatte 4 ist an dem Ende 73 des Kolbens 17 fixiert.
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Ein Dichtungselement 18 ist zwischen einer zylindrischen äußeren Oberfläche 67 des Kolbens 17 und einer inneren Oberfläche des Zylinders 13 (die einer inneren Oberfläche 69 des zylindrischen Abschnitts 15 entspricht) angeordnet, um den Spalt zwischen der äußeren Oberfläche 67 und der inneren Oberfläche 69 abzudichten. Das Dichtungselement 18 kann ein O-Ring sein, der in einer Aufnahmenut untergebracht ist, die in der inneren Oberfläche 69 des Zylinders 13 ausgebildet ist. Die äußere Oberfläche 67 des Kolbens 17 und die innere Oberfläche 69 des Zylinders 13 sind über einen Keil 19 miteinander gekoppelt, der in Keilnuten vorgesehen ist, die in der äußeren Oberfläche 67 und der inneren Oberfläche 69 ausgebildet sind. Eine Keilkopplung unter Verwendung des Keils 19 ermöglicht es, eine Bewegung des Kolbens 17 in der axialen Richtung ST zu führen, und verhindert auch eine Drehung des Kolbens 17 in Bezug auf den Zylinder 13.
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Der Bremssattel 3 dient dazu, beide Beläge 6 und 7 gegen die Scheibe 2 zu drücken, um eine Bremskraft zu erzeugen. Zu diesem Zweck umfasst die Bremsanordnung 1 einen linearen Aktuator, der dazu dient, den Kolben 17 in der axialen Richtung zu bewegen. In diesem Fall ist der lineare Aktuator eine Form eines Schraubenaktuators, nämlich eine nicht-umlaufende Kugelumlaufspindelanordnung 100. Zu diesem Zweck umfasst der Bremssattel 3 ferner einen Elektromotor 20 und eine Drehzahlreduzierungsvorrichtung 21. Die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 21 reduziert die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors 20. Die Kugelumlaufspindelanordnung 100 wandelt eine Drehbewegung, die von dem Elektromotor 20 über die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 21 übertragen wird, in eine lineare Bewegung des Kolbens 17 in der axialen Richtung ST um.
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Der Elektromotor 20 umfasst ein Motorgehäuse 23 und eine Ausgangswelle 24. Das Motorgehäuse 23 ist an der Verlängerungsplatte 14 des zweiten Körpers 9 fixiert. Die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 21 umfasst ein Antriebsgetriebeelement 25, ein Leerlaufgetriebeelement 26 und ein angetriebenes Getriebeelement 27. Das Antriebsgetriebeelement 25 ist an einem Ende der Ausgangswelle 24 des Elektromotors 20 angebracht, um sich zusammen mit der Ausgangswelle 24 zu drehen. Das Leerlaufgetriebeelement 26 steht mit dem Antriebsgetriebeelement 25 in Eingriff. Das angetriebene Getriebeelement 27 steht mit dem Leerlaufgetriebeelement 26 in Eingriff. Das Leerlaufgetriebeelement 26 ist schwenkbar durch den zweiten Körper 9 gestützt, um drehbar zu sein. Die Abdeckung 10 ist an dem zweiten Körper 9 fixiert, um die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 21 abzudecken.
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Die Kugelumlaufspindelanordnung 100 umfasst eine Kugelumlaufspindelwelle 110 und eine Kugelmutter 130. Die Kugelumlaufspindelwelle 110 ist ein Eingangselement. Die Kugelmutter 130 ist ein Ausgangselement, das über mehrere Hauptkugeln 140 auf die Kugelumlaufspindelwelle 110 geschraubt ist. Die Kugelumlaufspindelwelle 110 erstreckt sich durch die Kugelmutter 130, wie gezeigt. Die Kugelumlaufspindelwelle 110 ist durch den zweiten Körper 9 gestützt, um in der axialen Richtung unbeweglich zu sein, aber um drehbar zu sein. Die Kugelmutter 130 ist durch den Kolben 17 gestützt, um in der axialen Richtung beweglich zu sein, wenn sich die Kugelumlaufspindelwelle 110 dreht, aber die Kugelmutter 130 ist nicht drehbar.
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Wie zu sehen ist, erstreckt sich ein Ende der Spindelwelle 110 durch ein Loch 31, das in der Endflächenplatte 16 des Körpers 9 ausgebildet ist. Ein Lager 32 ermöglicht eine Drehung zwischen der Spindelwelle 110 und dem Zylinder 13. Das Lager 32 ist in diesem schematischen Bild als ein einfaches Kugellager gezeigt, aber verschiedene Nadellager und/oder Axiallager werden oft verwendet, wie unten gezeigt. Das angetriebene Getriebeelement 27 ist an ein Ende 112 der Kugelumlaufspindelwelle 110 gekoppelt, um sich zusammen mit der Kugelumlaufspindelwelle 110 zu drehen. Wie gezeigt, weist die Kugelmutter 130 eine zylindrische äußere Oberfläche 132 und eine innere Oberfläche 134 auf. Eine Kugellaufbahn 136 ist in der inneren Oberfläche 134 ausgebildet. Die Kugelumlaufspindelwelle 110 weist eine zylindrische äußere Oberfläche 114 auf, in der eine Kugellaufbahn 116 ausgebildet ist. Die Hauptkugeln 140, die einen Kugelzug bilden, sind in einer Kugellaufbahn 150 (4) angeordnet, die zwischen der Kugellaufbahn 116 und der Kugellaufbahn 136 definiert ist.
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Die äußere Oberfläche 132 der Kugelmutter 130 ist in den zylindrischen inneren Oberflächenabschnitt des Kolbens 17 eingepasst. Wie der Fachmann erkennen wird, sind Merkmale (wie z. B. Keile, Kerbverzahnungen, usw.) vorzugsweise so vorgesehen, dass sich die Kugelmutter 130 in Bezug auf den Kolben 17 nicht dreht. (Obwohl der Kolben 17 und die Mutter 130 hier als separate Teile gezeigt sind, werden Ausführungsformen in Betracht gezogen, bei denen die Mutter 130 und der Kolben 17 als ein einheitliches Teil ausgebildet sind.) Die Kugelmutter 130 umfasst ein erstes Ende 137, das näher an der Scheibe 2 liegt, und ein zweites Ende 139, das dem ersten Ende 137 gegenüberliegt, in einer axialen Richtung X der Kugelmutter. In der gezeigten Ausführungsform steht ein Haltering (ringförmiges Element) 40, der in eine ringförmige Nut eingepasst ist, die in der inneren Oberfläche 77 des Kolbens 17 ausgebildet ist, mit einer Endfläche des zweiten Endes 139 der Kugelmutter 130 in Eingriff. Es werden jedoch Ausführungsformen in Betracht gezogen, die einen solchen Haltering 40 nicht verwenden.
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Wenn eine Drehung der Ausgangswelle 24 des Elektromotors 20 über die Drehzahlreduzierungsvorrichtung 21 auf die Kugelumlaufspindelwelle 110 übertragen wird, um die Kugelumlaufspindelwelle 110 zu drehen, bewegt sich die Kugelmutter 130 in der axialen Richtung X der Kugelmutter (axiale Richtung ST). Zu diesem Zeitpunkt wird der Kolben 17 durch den Keil 19 geführt und bewegt sich zusammen mit der Kugelmutter 130 in der axialen Richtung ST.
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Die
2-4 stellen bestimmte Aspekte einer beispielhaften Kugelumlaufspindelanordnung 100 dar, die in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann. In diesem Fall ist die Kugelumlaufspindelanordnung 100 als eine nicht-umlaufende Kugelumlaufspindel ausgebildet, die in bestimmten Hinsichten der in dem
US-Patent Nr. 11,536,335 offenbarten ähnlich ist, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin für alle Zwecke aufgenommen wird. Wie gezeigt, bilden mehrere Hauptkugeln 140, die in der Kugellaufbahn 150 gehalten werden, einen Kugelzug 160. Der Kugelzug 160 umfasst ein erstes Ende 162 (
4) und ein zweites Ende 164. Eine oder mehrere Verbindungsfedern 197 können zwischen benachbarten Hauptkugeln 140 des Kugelzugs 160 angeordnet sein. Die Kugelumlaufspindelanordnung 100 umfasst eine Hauptschraubenfederanordnung 170 und eine Rückholschraubenfeder 180, die auf den jeweiligen gegenüberliegenden Seiten des Kugelzugs 160 in der Laufbahn 150 angeordnet sind.
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Wie am besten in 3 und 4 zu sehen ist, umfasst die Hauptschraubenfederanordnung 170 ein erstes Ende 170a und ein zweites Ende 170b. Das erste Ende 170a ergreift eine Hauptkugel 140a an einem ersten Ende 162 des Kugelzugs 160. Das zweite Ende 170b der Hauptfederanordnung 170 ergreift einen Anschlagstift 190, der in einer Aussparung 193 aufgenommen ist, die in der Kugelmutter 130 ausgebildet ist, so dass sich der Anschlagstift 190 in die Kugellaufbahn 150 erstreckt. Eine Rückholschraubenfeder 180 umfasst ein erstes Ende 180a und ein zweites Ende 180b. Das erste Ende 180a ergreift eine Hauptkugel 140b an dem zweiten Ende 164 des Kugelzugs 160. Das zweite Ende 180b der Rückholfeder 180 ergreift einen Anschlagstift 195, der in einer Aussparung (nicht gezeigt) aufgenommen ist, die in der Kugelmutter 130 ausgebildet ist, so dass sich der Anschlagstift 195 in die Kugellaufbahn 150 erstreckt. Es ist zu beachten, dass in alternativen Ausführungsformen die Kugelumlaufspindelvorrichtung 100 ein Paar Anschlagkugeln (nicht gezeigt) umfassen kann, die in den ausgesparten Abschnitten der Kugelmutter 130 gehalten werden, anstatt der Anschlagstifte. Typischerweise weisen Anschlagkugeln Durchmesser auf, die größer als der Durchmesser der Hauptkugeln 140 sind, so dass sie nicht vollständig in die Kugellaufbahn passen. Der Durchmesser einer Anschlagkugel kann jedoch der gleiche wie der Durchmesser der Hauptkugel 140 sein oder kann kleiner als der Durchmesser der Hauptkugel 140 sein, abhängig von der Konfiguration der entsprechenden Aussparungen und Kugellaufbahn 150.
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Unter weiterer Bezugnahme auf 3 und 4 kann die Hauptfederanordnung 170 durch mehrere Schraubenfederabschnitte mit variierenden Federkonstanten ausgebildet sein, um eine gleichmäßige Federkompression über die Länge der Hauptfederanordnung 170 zu fördern. Wie gezeigt, umfasst die Hauptfederanordnung 170 in dieser Ausführungsform einen ersten Federabschnitt 172 mit einer ersten Federkonstante (k1), einen zweiten Federabschnitt 174 mit einer zweiten Federkonstante (k2) und einen dritten Federabschnitt 178 mit einer dritten Federkonstante (k3). Der erste Federabschnitt 172 ist benachbart zu dem ersten Ende 162 des Kugelzugs 160 angeordnet und ist von dem zweiten Federabschnitt 174 durch eine erste Verbindungskugel 191a getrennt. Der dritte Federabschnitt 178 ist benachbart zu dem Anschlagstift 190 angeordnet und ist von dem zweiten Federabschnitt durch eine zweite Verbindungskugel 191b getrennt. Die Verbindungskugeln 191a und 191b ermöglichen die Bewegung der Federabschnitte 172, 174 und 178 innerhalb der Laufbahn, während eine Verzerrung reduziert wird.
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Die 5A und 5B veranschaulichen eine bevorzugte Ausführungsform eines Taumelgelenks 200 gemäß Aspekten der vorliegenden Erfindung. Wie zu sehen ist, ist das Taumelgelenk 200 zwischen der Kugelumlaufspindelwelle 110 und einem Druckflansch 220 ausgebildet, der die axiale Last der Kugelumlaufspindelanordnung 100 trägt. Vorzugsweise ist das Taumelgelenk 200 ein konformes Kugelgelenk zwischen der ringförmigen Kontaktfläche 202 der Kugelumlaufspindelwelle 110 und der ringförmigen Kontaktfläche 222 des Druckflansches 220. Vorzugsweise ist der Druckflansch 220 mit der Welle 110 verzahnt, so dass sie sich zusammen drehen, wobei er aber zu einer Taumelbewegung in Bezug auf die Welle 110 in der Lage ist. Ein Drucklager 230 mit einer Vielzahl von Rollen 232 ermöglicht eine Drehung zwischen dem Druckflansch 220 und einer festen Fläche, wie etwa der Lagerscheibe 218. Es versteht sich, dass die Lagerscheibe 218 ein einheitlicher Abschnitt der Endflächenplatte 16 sein kann oder ein separates Teil sein kann, das daran befestigt ist.
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Unter Bezugnahme nun auch auf 6 weisen die Kontaktflächen 202 und 222 beide vorzugsweise ein Kugelprofil auf (d. h. ihre Oberflächenformen entsprechen einem Abschnitt größerer imaginärer Kugeln). In dieser Hinsicht können die Kontaktflächen 202 und 222 entsprechende Radien R1 und R2 aufweisen. Häufig ist es wünschenswert, dass R2 etwas größer als R1 ist. Zusätzlich ist der Radius R1 vorzugsweise auf der Längsmittelachse 204 der Welle 110 zentriert. Wie gezeigt und im Gegensatz dazu ist der Mittelpunkt 240 des Krümmungsradius der ringförmigen Kontaktfläche 222 des Druckflansches 220 vorzugsweise von der Längsmittelachse 204 der Welle um einen Versatzabstand D versetzt. Der versetzte Krümmungsradius der ringförmigen Kontaktfläche 222 wird häufig als gotischer Bogen bezeichnet. Diese Kontaktgeometrie ermöglicht eine einfache Bewegung, um eine Steuerung von Fehlausrichtungen zwischen der Welle 110, dem Flansch 220, dem Drucklager 230 und dem System zu ermöglichen. Beispielsweise kann sich der Druckflansch 220 in Übereinstimmung mit der Stützwand verformen, um die Drucklagerrollen 232 gleichmäßiger zu belasten. Die geringere Kontaktbelastung im Vergleich zum Stand der Technik ermöglicht eine größere Leichtigkeit der Bewegung unter hohen Lasten.
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Während eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben sind, sollte es für den Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Variationen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren Umfang und Gedanken abzuweichen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen abdeckt, die in den Umfang und Gedanken der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 63399343 [0001]
- US 11536335 [0028]
