DE10210937A1

DE10210937A1 - Wälzkörpergewindetrieb

Info

Publication number: DE10210937A1
Application number: DE2002110937
Authority: DE
Inventors: Juergen Osterlaenger; Manfred Kraus
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-10-02
Also published as: AU2003208854A1; WO2003076831A1

Abstract

Ein Wälzkörpergewindetrieb ist mit einer Gewindespindel (1) versehen, die über Wälzkörper, insbesondere Kugeln (2), mit einer Spindelmutter (3) in Schraubeingriff steht. Ferner ist ein Gehäuse (5) vorgesehen, an dem die Spindelmutter (3) an ihren beiden axialen Enden über Wälzlager (4) drehbar gelagert ist, wobei die Spindelmutter (3) für Rotation antreibbar ist. Das Wälzlager (4) ist durch ein zweireihiges Pendellager gebildet, dessen eine Wälzkörperreihe an dem einen und dessen andere Wälzkörperreihe an dem anderen axialen Ende der Spindelmutter (3) angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wälzkörpergewindetrieb, wie er beispielsweise in Werkzeugmaschinen, aber auch in elektromechanisch betätigten Lenkeinrichtungen von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Bei derartigen Kugefgewindetrieben kann eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung umgewandelt werden.

Aus DE 37 00 430 C2 beispielsweise ist eine Kugelumlaufspindel-Mutter bekannt geworden, mit einer Gewindespindel, die über Kugeln mit einer Spindelmutter in Schraubeingriff steht. Die Spindelmutter ist über zwei in X-Anordnung gestellte Schrägkugellager an einem Gehäuse drehbar gelagert, wobei die Spindelmutter für Rotation über einen Motor antreibbar ist. Wälzkörpergewindetriebe reagieren sehr empfindlich auf Fluchtungsfehler und/oder Verkippungen zwischen Spindel und Spindelmutter. Solche Fehlstellungen erhöhen eine Reibung innerhalb des Wälzkörpergewindetriebes, so dass die Leistungsaufnahme in unerwünschter Weise vergrößert werden muss. Das Gehäuse, in dem die Spindelmutter drehbar aufgenommen ist, muss einwandfrei fluchtend mit der Motorwelle des Motors positioniert werden, der die Gewindespindel arretiert. Anderenfalls würden in unerwünschter Weise Querkräfte und Biegemomente in die Spindelmutter und/oder die Gewindespindel eingeleitet werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Wälzkörpergewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem unerwünschte Querkräfte und Biegebelastungen infolge von Fluchtungsfehlern zwischen Spindelmutter und Gewindespindel zumindest weitgehend ausgeschlossen sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Wälzlager durch ein zweireihiges Pendellager gebildet ist, dessen eine Wälzkörperreihe an dem einen und dessen andere Wälzkörperreihe an dem anderen axialen Ende der Spindelmutter angeordnet ist. Gemeinsame Verkippungen der Spindelmutter mit der Gewindespindel gegenüber dem Gehäuse sind bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung problemlos möglich. Vorzugsweise können für ein erfindungsgemäßes Pendellager Kugeln als Wälzkörper verwendet werden, wobei eine hinreichend große Schmiegung ein einwandfreies Verkippen der Spindelmutter gegenüber dem Gehäuse ermöglicht. Der Druckwinkel bei diesem zweireihigen Pendelkugellager ist für eine besonders sichere Aufnahme von axialen Kräften vorzugsweise auf einen Winkel von 30° und größer eingestellt.

Zwischen den beiden Wälzkörperreihen ist vorzugsweise eine Pendelbegrenzungseinrichtung angeordnet, die eine Pendelbewegung der Spindelmutter gegenüber dem Gehäuse begrenzt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass es nicht zu unzulässig hohen Belastungen im Wälzkontakt kommen kann. Bei Erreichen des maximal zulässigen Pendelwinkels stoppt die Pendelbegrenzungseinrichtung ein weiteres Verkippen der Spindelmutter gegenüber dem Gehäuse.

Die Pendelbegrenzungseinrichtung kann beispielsweise durch ein Füllstück gebildet sein, das in einem von dem Gehäuse und der Spindelmutter begrenzten ringförmigen Raum angeordnet ist. Das Füllstück ist so angeordnet, dass bei einem Verkippen der Spindelmutter das Füllstück gegen das Gehäuse anschlägt und somit einen weitergehenden Pendelausschlag verhindert. Vorzugsweise weist das Füllstück an seinen axialen Enden Anschlagflächen zum Anschlagen an Gegenflächen der Spindelmutter oder des Gehäuses auf. Wenn das Füllstück beispielsweise am Gehäuse befestigt ist, sind die Gegenflächen an der Spindelmutter ausgebildet. Wenn dagegen das Füllstück auf der Spindelmutter angeordnet ist, sind die Gegenflächen am Innenumfang des Gehäuses ausgebildet. Jedenfalls ist zwischen den Anschlagflächen und den Gegenflächen ein bestimmter lichter Spalt ausgebildet, und zwar in einer Ausgangslage, in der die Gehäuseachse und die Spindelmutterachse einwandfrei miteinander fluchten.

Das Füllstück kann durch eine insbesondere aus Kunststoff hergestellte Hülse in preiswerter Weise gebildet sein, die an ihren axialen Enden mit den Anschlagflächen versehene umlaufende Borde aufweist. Die Bordhöhe kann dabei so bemessen sein, dass der vorgesehene lichte Spalt eingestellt ist.

Das Pendellager kann einen zweiteiligen Innenring aufweisen, wobei beide Innenringteile jeweils eine konkav geformte Laufbahn für die Wälzkörper aufweisen. Die konkave Form der Laufbahn und der Kugeldurchmesser der Kugeln bestimmen die vorgesehene Schmiegung.

Die beiden Innenringteile können am Innenumfang je mit einer Schulter zur Anlage an der jeweiligen Stirnseite der Spindelmutter versehen sein. Das bedeutet, dass die beiden Innenringteile von entgegengesetzten axialen Richtungen aus auf die Spindelmutter aufgeführt werden können, wobei die Schulter schließlich gegen die Stirnseite der Spindelmutter anschlägt, so dass die beiden Innenringteile auf der Spindelmutter einwandfrei in axialen Richtungen positioniert sind.

Zwischen diesen beiden Innenringteilen kann ein ringförmiger Spalt stehen bleiben, in den ein umlaufender Mittelbord des Füllstücks eingreift, so dass auch das Füllstück in den axialen Richtungen einwandfrei positioniert ist.

Die beiden Innenringteile können am Außenumfang jeweils mit einer Schulter versehen sein, wobei die Laufbahnen an den Schultern ausgebildet sind. Vorzugsweise korrespondieren die Schultern mit den zuvor erwähnten Schultern am Innenumfang der Innenringteile. So können die Innenringteile über ihre gesamte axiale Erstreckung eine weitgehend gleichbleibende Wanddicke beibehalten. Unabhängig von einer gleichbleibenden Wanddicke kann jedoch die konkave Wölbung auf einfache Art und Weise an der Schulter ausgebildet werden, wobei insbesondere Druckwinkel von 30° oder mehr möglich sind.

Der eine Innenringteil ist vorzugsweise an seinem von dem anderen Innenringteil abgewandten axialen Ende zum Anschluss an einen Antrieb ausgebildet. Die Innenringteile sind vorzugsweise drehfest mit der Spindelmutter verbunden, so dass beispielsweise ein Elektromotor an dieses eine Innenringteil angeschlossen werden kann, um die Spindelmutter anzutreiben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Der abgebildete erfindungsgemäße Wälzkörpergewindetrieb umfasst eine Gewindespindel 1, die über Kugeln 2 mit einer Spindelmutter 3 in bekannter Weise in Eingriff steht. Die Spindelmutter 3 ist unter Zwischenschaltung eines zweireihigen Pendelkugellagers 4 an einem Gehäuse 5 drehbar gelagert. Die eine Kugelreihe ist an dem einen axialen Ende und die andere Kugelreihe an dem anderen axialen Ende der Spindelmutter 3 angeordnet. Das Pendelkugellager 4 umfasst zwei Innenringteile 6, 7, die jeweils konkave Laufbahnen aufweisen, die Kugelrillen 9, 10 für Kugeln 8 bilden. Die beiden Innenringteile 6, 7 weisen am Innenumfang jeweils eine Schulter 11, 12 zur Anlage an die jeweilige Stirnseite der Spindelmutter 3 auf. Am Außenumfang der beiden Innenringteile 6, 7 ist jeweils eine weitere Schulter 13, 14 ausgebildet, an denen die beiden Kugelrillen 9, 10 ausgebildet sind. Wenn die beiden Innenringteile 6, 7 von entgegengesetzten axialen Richtungen kommend auf die Spindelmutter 3 aufgeführt werden, schlagen die Schultern 11, 12 an die jeweilige Stirnseite der Spindelmutter 3 an, so dass die Innenringteile 6, 7 in axialen Richtungen einwandfrei positioniert sind. Das Pendelkugellager 4 umfasst ferner zwei Außenringteile 15, 16, die jeweils mit einer Laufbahn 17, 18 für die Kugeln 8 versehen sind. Die Laufbahnen 17, 18 erstrecken sich in Ebenen, die etwa quer zum Druckwinkelschenkel D angeordnet sind. Der Figur ist zu entnehmen, dass sich die beiden Druckwinkelschenkel D in einem gemeinsamen Schnittpunkt auf der Rotationsachse R der Gewindespindel 1 treffen. Der Druckwinkel α beträgt wenigstens 30°, so dass die im Betrieb des Wälzkörpergewindetriebs auftretenden axialen Kräfte sicher übertragen werden können.
Der Figur ist weiterhin zu entnehmen, dass das Innenringteil 6 an seinem von dem anderen Innenringteil 7 abgewandten axialen Ende mit einer Keilverzahnung 19 zum Anschluss an einen hier nicht dargestellten Antrieb ausgebildet ist.
Das Gehäuse 5 weist einen Hohlzylinder 20 auf, an dessen beiden axialen Enden radial einwärts gerichtete Borde 21, 22 angeformt sind. Zwischen dem Bord 21, 22 und dem Außenringteil 15, 16 ist jeweils eine Dichtung 23, 24 angeordnet, die einen zwischen den Außenringteilen 6, 7 und dem Gehäuse 5 gebildeten Ringspalt verschließen. Wenn die beiden Außenringteile 15, 16 fest mit dem Hohlzylinder 20 - beispielsweise durch Reibschluss - verbunden sind, können die beiden Dichtungen 23, 24 einwandfrei dadurch fixiert werden, dass die freien Enden des Hohlzylinders 20 unter Bildung der beiden Borde 21, 22 radial einwärts gebördelt werden. Die beiden Dichtungen 23, 24 sind dann zwischen diesen beiden Borden 21, 22 und den Außenringteilen 15, 16 eingeklemmt.
In dem von den Innenringteilen 6, 7 und dem Gehäuse 5 begrenzten ringförmigen Raum 25 ist eine Pendelbegrenzungseinrichtung angeordnet, die eine Pendelbewegung der Spindelmutter 3 gegenüber dem Gehäuse 5 begrenzt. Die Pendelbegrenzungseinrichtung umfasst hier beispielsweise ein Füllstück 26, das auf den beiden Innenringteilen 6, 7 angeordnet ist. Zur axialen Positionierung weist das Füllstück 26 an seinem Innenumfang einen umlaufenden Mittelbord 27 auf, der in einen Ringraum eingreift, der zwischen den einander zugewandten axialen Enden der beiden Innenringteile 6, 7 gebildet ist. Das Füllstück 26 ist durch eine aus Kunststoff hergestellte Hülse 28 gebildet, die an ihren axialen Enden mit Anschlagflächen 29, 30 versehene umlaufende Borde 31, 32 aufweist. Die Borde 31, 32 sind radial auswärts in Richtung auf die Innenfläche des Hohlzylinders 20 des Gehäuses 5 gerichtet. An dem Innenumfang des Hohlzylinders 20 sind Gegenflächen 33 ausgebildet, an die die Anschlagflächen 29, 30 dann anschlagen, wenn eine maximale Verkippung der Spindelmutter 3 gegenüber dem Gehäuse 5 erreicht ist. Die Gegenfläche 33 ist hier durch die glatte Zylinderfläche am Innenumfang des Hohlzylinders 20 gebildet.
Zwischen der Gegenfläche 33 und der Anschlagfläche 33 ist in der abgebildeten Darstellung ein hier nicht näher erkennbarer lichter Spalt ausgebildet. Dieser Spalt ist derart bemessen, dass nach Erreichen der maximal zulässigen Verkippung die Anschlagflächen 29, 30 gegen die Gegenfläche 33 anschlagen. Bezugszahlen 1 Gewindespindel
2 Kugel
3 Spindelmutter
4 Pendelkugellager
5 Gehäuse
6 Innenringteil
7 Innenringteil
8 Kugel
9 Kugelrille
10 Kugelrille
11 Schulter
12 Schulter
13 Schulter
14 Schulter
15 Außenringteil
16 Außenringteil
17 Laufbahn
18 Laufbahn
19 Keilverzahnung
20 Hohlzylinder
21 Bord
22 Bord
23 Dichtung
24 Dichtung
25 Raum
26 Füllstück
27 Bord
28 Hülse
29 Anschlagfläche
30 Anschlagfläche
31 Bord
32 Bord
33 Gegenfläche

Claims

1. Wälzkörpergewindetrieb, mit einer Gewindespindel (1), die über Wälzkörper, insbesondere Kugeln (2), mit einer Spindelmutter (3) in Schraubeingriff steht, und mit einem Gehäuse (5), an dem die Spindelmutter (3) an ihren beiden axialen Enden über Wälzlager (4) drehbar gelagert ist, wobei die Spindelmutter (3) für Rotation antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager durch ein zweireihiges Pendellager (4) gebildet ist, dessen eine Wälzkörperreihe an dem einen und dessen andere Wälzkörperreihe an dem anderen axialen Ende der Spindelmutter (3) angeordnet ist.

2. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem zwischen den beiden Wälzkörperreihen eine Pendelbegrenzungseinrichtung (26) angeordnet ist, die eine Pendelbewegung der Spindelmutter (3) gegenüber dem Gehäuse (5) begrenzt.

3. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 2, bei dem die Pendelbegrenzungseinrichtung durch ein Füllstück (26) gebildet ist, das in einem von dem Gehäuse (5) und der Spindelmutter (3) begrenzten ringförmigen Raum (25) angeordnet ist.

4. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 3, bei dem das Füllstück (26) an seinen axialen Enden Anschlagflächen (29, 30) zum Anschlagen an Gegenflächen (33, 34) der Spindelmutter (3) oder des Gehäuses (5) aufweist.

5. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 4, bei dem zwischen den Anschlagflächen (29, 30) und den Gegenflächen (33) ein bestimmter lichter Spalt ausgebildet ist.

6. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 4, bei dem das Füllstück (26) durch eine insbesondere aus Kunststoff hergestellte Hülse gebildet ist, die an ihren axialen Enden mit den Anschlagflächen (29, 30) versehene umlaufende Borde (31, 32) aufweist.

7. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem ein Innenring (6, 7) des Pendellagers (4) zweiteilig ausgeführt ist, wobei beide Innenringteile (5, 6) jeweils eine konkav geformte Laufbahn (9, 10) für die Wälzkörper aufweisen.

8. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 7, bei dem beide Innenringteile (5, 6) am Innenumfang je mit einer Schulter (11, 12) zur Anlage an der jeweiligen Stirnseite der Spindelmutter (3) versehen sind.

9. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 7, bei dem beide Innenringteile (5, 6) am Außenumfang jeweils mit einer Schulter (13, 14) versehen sind, wobei die Laubahnen (9, 10) an den Schultern (13, 14) ausgebildet sind.

10. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 7, bei dem der eine Innenringteil (6) an seinem von dem anderen Innenringteil (7) abgewandten axialen Ende zum Anschluss an einen Antrieb ausgebildet ist.

11. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem ein Druckwinkel α für die Wälzkörper bezogen auf eine zur Rotationsachse (R) des Pendellagers (4) quer angeordnete Achse wenigstens 30 Grad beträgt.