DE10210938A1

DE10210938A1 - rolling bodies

Info

Publication number: DE10210938A1
Application number: DE10210938A
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
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: WO2003076832A1; DE10210938B4; AU2003215653A1

Abstract

Ein Wälzkörpergewindetrieb umfasst eine Gewindespindel (1), die über Wälzkörper insbesondere Kugeln (1) mit einer Spindelmutter (3) in Schraubeingriff steht. Ferner ist ein Gehäuse (5) vorgesehen, an dem die Spindelmutter (3) über ein Wälzlager (4) drehbar gelagert ist. Die Spindelmutter (3) ist für Rotation antreibbar. Ein Außenring (6) des Wälzlagers (4) ist pendelbar in einer Kugelkalotte (8) des Gehäuses (5) aufgenommen.A Wälzkörpergewindetrieb comprises a threaded spindle (1), which is about rolling elements in particular balls (1) with a spindle nut (3) in threaded engagement. Further, a housing (5) is provided, on which the spindle nut (3) via a rolling bearing (4) is rotatably mounted. The spindle nut (3) can be driven for rotation. An outer ring (6) of the rolling bearing (4) is accommodated pendulum in a spherical cap (8) of the housing (5).

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 Kugelgewindetrieben kann eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung umgewandelt werden. The present invention relates to a Wälzkörpergewindetrieb, as he For example, in machine tools, but also in electromechanically actuated Steering of motor vehicles is used. In such Ball screws can rotate in a linear motion being transformed.

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. From DE 37 00 430 C2, for example, a ball screw nut is become known, with a threaded spindle, which over balls with a Spindle nut is in screw engagement. The spindle nut is over two in X arrangement Asked angular contact ball bearings rotatably mounted on a housing, wherein the Spindle nut for rotation via a motor is driven. Wälzkörpergewindetriebe very sensitive to misalignment and / or Tilting between spindle and spindle nut. Such misalignments increase one Friction within the Wälzkörpergewindetriebes, so that the Power consumption must be increased in an undesirable manner. The case, in the spindle nut is rotatably received, must be perfectly aligned be positioned with the motor shaft of the motor, the threaded spindle locked. Otherwise, undesired transverse forces and Bending moments are introduced into the spindle nut and / or the threaded spindle. Object of the present invention is therefore, a Wälzkörpergewindetrieb according to the features of the preamble of claim 1 indicate at the undesirable transverse forces and bending loads due to Alignment errors between the spindle nut and threaded spindle at least largely excluded are.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Außenring des Wälzlagers pendelbar in einer Kugelkalotte des Gehäuses aufgenommen ist. In dem Fall, dass die Gewindespindel aus ihrer Normallage ausgelenkt wird, sind unerwünschte Querkräfte und Biegebelastungen verhindert, denn die Spindelmutter folgt aufgrund der pendelnden Aufhängung im Gehäuse der Auslenkung der Gewindespindel. Das bedeutet, es findet eine Schwenkbewegung der Spindelmutter in der Kugelkalotte statt. Die zwischen der Gewindespindel und der Spindelmutter abwälzenden Wälzkörper, insbesondere Kugeln, werden nicht zusätzlich radial eingespannt. Der erfindungsgemäße Wälzkörpertrieb eignet sich in besonderer Weise für den Einsatz bei elektromechanischer Lenkung in Kraftfahrzeugen. Denn dort kann die Gewindespindel an die quer im Fahrzeug eingebaute Lenkstange angekoppelt sein, wobei Kräfte in einem Raumwinkel an die Spurstange zu den Rädern übertragen werden. Das bedeutet, dass die Lenkstange mit integrierter Gewindespindel aus ihrer Normallage herausgeschwenkt wird. Dadurch, dass die Spindelmutter in dem Gehäuse pendelnd aufgehängt ist, werden ungewünschte Querkräfte und Stützmomente infolge Verkippung nicht in den Wälzkörpergewindetrieb übertragen. According to the invention, this object is achieved in that an outer ring of the Rolling bearing is housed pendulum in a spherical cap of the housing. In In the event that the threaded spindle is deflected from its normal position, are prevents unwanted lateral forces and bending loads, because the Spindle nut follows the deflection due to the swinging suspension in the housing the threaded spindle. This means that it finds a pivoting movement of Spindle nut in the spherical cap instead. The between the threaded spindle and the roller nut rolling elements rolling, in particular balls, are not additionally clamped radially. The Wälzkörpertrieb invention is particularly suitable for use in electromechanical Steering in motor vehicles. Because there, the threaded spindle to the transverse in Vehicle built-in handlebar be coupled, with forces in one Solid angles are transmitted to the tie rod to the wheels. The means that the handlebar with integrated threaded spindle from their Normal position is swung out. Due to the fact that the spindle nut in the housing pendulum is suspended, are unwanted lateral forces and moments of support Due to tilting not transferred to the rolling element.

Vorzugsweise ist der Außenring des Wälzlagers mit seiner balligen Mantelfläche in der Kugelkalotte gelagert. Die ballige Mantelfläche und die Lagerfläche der Kugelkalotte des Gehäuses haben einen Radius, dessen Mittelpunkt idealerweise auf die Rotationsachse der Gewindespindel fällt, wodurch ein problemloses Verschwenken der Gewindespindel gemeinsam mit der Spindelmutter gegenüber dem Gehäuse möglich ist. Preferably, the outer ring of the rolling bearing with its crowned Lateral surface stored in the spherical cap. The spherical surface and the bearing surface the spherical cap of the housing have a radius whose center ideally falls onto the axis of rotation of the threaded spindle, creating a easy pivoting of the threaded spindle together with the Spindle nut opposite the housing is possible.

Die Spindelmutter ist vorzugsweise über ein Rillenkugellager drehbar in dem Gehäuse gelagert, wobei die Kugeln an einer Kugelrille eines Innenringes und an einer Kugelrille des Außenringes abwälzen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Spindelmutter in radialen und axialen Richtungen gegenüber dem Gehäuse einwandfrei gelagert und antreibbar ist. The spindle nut is preferably rotatable about a deep groove ball bearing in the Housing, wherein the balls on a ball groove of an inner ring and roll on a ball groove of the outer ring. That way is Ensure that the spindle nut faces in radial and axial directions the housing is properly stored and driven.

Der Innenring des Rillenkugellagers kann einstückig mit der Spindelmutter ausgebildet sein. In diesem Fall erfüllt die Spindelmutter eine Doppelfunktion: Als Getriebeteil die Umwandlung einer Rotativbewegung in eine Linearbewegung und als Wälzlagerteil die Wälzlagerung der Spindelmutter in dem Gehäuse. The inner ring of the deep groove ball bearing can be integral with the spindle nut be educated. In this case, the spindle nut fulfills a double function: As Gear part the conversion of a rotary motion into a linear motion and as rolling bearing part, the rolling bearing of the spindle nut in the housing.

Zur Erzielung einer möglichst leichtgängigen Pendelbewegung der Spindelmutter gegenüber dem Gehäuse kann zwischen dem Außenring und der Kugelkalotte ein reibungsmindernder Belag vorgesehen sein. To achieve the smoothest possible pendulum movement of Spindle nut opposite the housing can between the outer ring and the Kugelkalotte be provided a friction-reducing coating.

Der Innenring oder die Spindelmutter kann mit einem axialen Ende zum Anschluss an einen Antrieb ausgebildet sein. An dieses Ende ist vorzugsweise eine torsionssteife aber biegeelastische Kupplung befestigt, wobei ein Antrieb an die Kupplung anflanschbar ist. Auf diese Weise können auch Fluchtungsfehler zwischen dem Antrieb und der Spindelmutter zulässig sein, da aufgrund der biegeelastischen Kupplung Querkräfte und/oder Biegemomente nicht übertragen werden. The inner ring or the spindle nut can with an axial end to Connection may be formed to a drive. At this end is preferable attached a torsionally rigid but flexible elastic coupling, with a drive can be flanged to the coupling. That way too Misalignment between the drive and the spindle nut be allowed because due the bending elastic coupling shear forces and / or bending moments not be transmitted.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in einer einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. The invention will be described below with reference to a single figure illustrated embodiment explained in more detail.

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 über ein einreihiges Rillenkugellager 4 an einem Gehäuse 5 drehbar gelagert. Das Rillenkugellager 4 umfasst einen Außenring 6 mit äußerer balliger Mantelfläche und am Innenumfang eine Kugelrille 6a, wobei der Außenring 6 über Gleitbeläge 7 in einer Kugelkalotte 8des Gehäuses 5 pendelbar aufgenommen ist. D. h., die Spindelmutter 3 kann aus ihrer Lage heraus verschwenkt werden. The illustrated Wälzkörpergewindetrieb invention comprises a threaded spindle 1 , which is connected via balls 2 with a spindle nut 3 in a known manner. The spindle nut 3 is rotatably mounted on a housing 5 via a single-row deep groove ball bearing 4 . The deep groove ball bearing 4 comprises an outer ring 6 with outer spherical surface and on the inner circumference of a ball groove 6 a, wherein the outer ring 6 is pivotally received via sliding linings 7 in a spherical cap 8 of the housing 5 . D. h., The spindle nut 3 can be pivoted out of its position.

Während im abgebildeten Ausführungsbeispiel oberhalb der Mittellinie der Gewindespindel 1 die Spindelmutter an ihrem Außenumfang mit einer Kugelrille 9 versehen ist, zeigt das Ausführungsbeispiel unterhalb der Mittellinie der Gewindespindel 1 eine erfindungsgemäße Variante: Ein Innenring 10 des Rillenkugellagers 4 ist auf die Spindelmutter 3 aufgesetzt, drehfest mit dieser verbunden und axial zu ihr fixiert. Der Innenring 10 weist eine Kugelrille 10a auf. Die Kugeln 2 wälzen an den Kugelrillen 6a, 9, 10a ab. While in the illustrated embodiment above the center line of the threaded spindle 1, the spindle nut is provided at its outer periphery with a ball groove 9 , the embodiment below the center line of the threaded spindle 1 a variant of the invention: An inner ring 10 of the deep groove ball bearing 4 is mounted on the spindle nut 3 , rotatably with this connected and fixed axially to her. The inner ring 10 has a ball groove 10 a. The balls 2 roll on the ball grooves 6 a, 9 , 10 a from.

Der Innenring 10 oder die Spindelmutter 3 sind an ihrem einen axialen Ende über eine torsionssteife, aber biegeelastische Kupplung 11 mit einer Antriebswelle 12 antriebsmäßig verbunden. Die Kupplung 11 weist zwei ringförmige Ansätze 13, 14 auf, von denen der eine auf die Antriebswelle 12 und von denen der andere auf die Spindelmutter 3 oder den Innenring 10 drehfest aufgesetzt ist. Zwischen diesen beiden ringförmigen Ansätzen 13, 14 ist ein biegeelastischer Wulst 15 vorgesehen, der einerseits einstückig mit dem ringförmigen Ansatz 13 und der andererseits einstückig mit dem ringförmigen Ansatz 14 ausgebildet ist. Der Wulst 15 ist so beschaffen, dass er Fluchtungsfehler der Antriebswelle 12 bezogen auf die Spindelmutter 3 ausgleicht, ohne dass die Übertragung eines Drehmomentes gestört würde. The inner ring 10 or the spindle nut 3 are drivingly connected at its one axial end via a torsionally rigid, but flexurally elastic coupling 11 with a drive shaft 12 . The coupling 11 has two annular projections 13 , 14 , one of which is placed on the drive shaft 12 and of which the other on the spindle nut 3 or the inner ring 10 rotatably. Between these two annular projections 13 , 14 a flexurally elastic bead 15 is provided, which is formed integrally on the one hand with the annular projection 13 and on the other hand in one piece with the annular projection 14 . The bead 15 is such that it compensates for misalignment of the drive shaft 12 relative to the spindle nut 3 without disturbing the transmission of a torque.

Wenn die Gewindespindel 1 aus ihrer hier abgebildeten Normallage ausgelenkt wird, kann die Spindelmutter 3 dieser Auslenkung folgen, ohne dass unerwünschte Querkräfte zwischen der Gewindespindel 1 und der Spindelmutter 3 entstehen. Unter der Auslenkung der Spindelmutter 3 verschwenkt das Rillenkugellager 4 gegenüber dem Gehäuse 5, wobei der Außenring 6 an den Gleitbelägen 7 entlang gleitet. Die Antriebswelle 12 kann ihre Normallage beibehalten, da die vorgesehene Kupplung 11 verhindert, dass Querkräfte oder Biegemomente von der Spindelmutter 3 auf die Antriebswelle 12 übertragen werden. Bezugszahlen 1 Gewindespindel
2 Kugeln
3 Spindelmutter
4 Rillenkugellager
5 Gehäuse
6 Außenring
6a Kugelrille
7 Gleitbelag
8 Kugelkalotte
9 Kugelrillen
10 Innenring
10a Kugelrille
11 Kupplung
12 Antriebswelle
13 ringförmiger Ansatz
14 ringförmiger Ansatz
15 Wulst
When the threaded spindle 1 is deflected from its normal position shown here, the spindle nut 3 can follow this deflection, without undesirable transverse forces between the threaded spindle 1 and the spindle nut 3 arise. Under the deflection of the spindle nut 3 pivots the deep groove ball bearing 4 relative to the housing 5 , wherein the outer ring 6 slides on the sliding linings 7 along. The drive shaft 12 can maintain its normal position, since the proposed clutch 11 prevents lateral forces or bending moments are transmitted from the spindle nut 3 to the drive shaft 12 . Reference numbers 1 threaded spindle
2 balls
3 spindle nut
4 deep groove ball bearings
5 housing
6 outer ring
6 a ball groove
7 sliding coating
8 spherical cap
9 ball grooves
10 inner ring
10 a ball groove
11 clutch
12 drive shaft
13 annular approach
14 annular approach
15 bead

Claims

1. Wälzkörpergewindetrieb, with a threaded spindle ( 1 ), via rolling elements, in particular balls ( 2 ), with a spindle nut ( 3 ) is in screw-threaded engagement, and with a housing ( 5 ) on which the spindle nut ( 3 ) via a rolling bearing ( 4 ) is rotatably mounted, wherein the spindle nut ( 3 ) can be driven for rotation, characterized in that an outer ring ( 6 ) of the rolling bearing ( 4 ) is accommodated pendulum in a spherical cap ( 8 ) of the housing ( 5 ).

2. Wälzkörpergewindetrieb according to claim 1, wherein the outer ring ( 6 ) of the rolling bearing ( 4 ) is mounted with its spherical outer surface in the spherical cap ( 8 ) of the housing ( 5 ) pendulum.

3. Wälzkörpergewindetrieb according to claim 1, wherein the center of the ball radius on the axis of rotation of the threaded spindle ( 1 ) falls.

4. Wälzkörpergewindetrieb according to claim 1, wherein the rolling bearing ( 4 ) balls ( 2 ) which roll on a ball groove ( 10 a) of an inner ring ( 10 ) and on a ball groove ( 6 a) of the outer ring ( 6 ).

5. Wälzkörpergewindetrieb according to claim 4, wherein the inner ring ( 10 ) is formed integrally with the spindle nut ( 3 ).

6. Wälzkörpergewindetrieb according to claim 1, wherein between the outer ring ( 6 ) and the spherical cap ( 8 ) a friction-reducing coating ( 7 ) is provided.

7. Wälzkörpergewindetrieb according to claim 1, wherein the inner ring ( 10 ) or the spindle nut ( 3 ) is formed at an axial end for connection to a drive.

8. Wälzkörpergewindetrieb according to claim 7, wherein a torsionally rigid but flexurally elastic coupling ( 11 ) is fixed at this end, wherein a drive to the coupling ( 11 ) is flanged.