DE10346079A1

DE10346079A1 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE10346079A1
Application number: DE10346079A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Osterlänger; Manfred Dr. Kraus; Dieter Dipl.-Ing. Adler; Ralf Mayer
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2003-10-04
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-10-05
Also published as: DE10346079B4

Abstract

Kugelgewindetrieb, zwischen dessen Spindelmutter (1) und Gewindespindel (10) mindestens eine aus Kugeln (6) gebildete Kugelkette (8) jeweils entlang eines endlosen Kugelkanals (9) abwälzt, der von an der Spindelmutter (1) und an der Gewindespindel (10) ausgebildeten Kugelrillen begrenzt ist, wobei die Kugelkette (8) in Umlenkabschnitten des Kugelkanals (9) von einem Ende des Kugelkanals (9) zu einem Anfang dieses Kugelkanals (9) umgelenkt wird, wobei die Kugelkette (8) durch wenigstens ein Bremselement (15, 26, 30) innerhalb des Kugelkanals derart beaufschlagt ist, daß der Umlauf der Kugelkette (8) im Kugelkanal (9) begremt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, bei dem eine drehende Bewegung in eine lineare Bewegung umgewandelt wird.

Aus DE 19944875 A1 beispielsweise ist ein Kugelgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Die Kugeln laufen in einem endlosen Kugelkanal um, der von an der Spindelmutter und an der Gewindespindel ausgebildeten Kugelrillen begrenzt ist. Die Kugeln werden in Umlenkabschnitten von Umlenkstücken – auch als Umlenkkörper bezeichnet – jeweils von einem Auslaufende einer gemeinsamen Windung zu einem Einlaufende dieser Windung umgelenkt. Im Bereich des Umlenkstückes werden die Kugeln demzufolge über die Gewindeflanke der Gewindespindel angehoben. Im Bereich des Umlenkabschnittes wird keine Last auf die Kugeln übertragen. Die Kugeln bilden eine Kugelkette. Der Begriff "Kugelkette" umfasst Anordnungen, bei denen Kugeln in einer endlosen Reihe angeordnet sind, als lose Formation, aber auch als Verband, in dem die Kugeln in Taschen eines Käfigbandes angeordnet sind. Zur Gewährleistung des einwandfreien Betriebs des Kugelgewindetriebs ist die endlos ausgeführte Kugelkette mit einem Teilkreisendspiel versehen. Mit einem Teilkreisendspiel bezeichnet man den Abstand zwischen der ersten und der letzen Kugel der Kugelkette.

Wenn die Kugeln den Umlenkabschnitt passieren, können aufgrund dieses Teilkreisendspieles Klappergeräusche entstehen, denn einander benachbarte Kugeln können gegeneinander schlagen. Wenn derartige Kugelgewindetriebe beispielsweise in hilfskraftbetätigten Lenkgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, können derartige Klappergeräusche als störend empfunden werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kugelgewindetrieb nach dem Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem dieser Nachteil behoben ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Kugelkette durch wenigstens ein Bremselement innerhalb des Kugelkanals derart beaufschlagt ist, dass der Umlauf der Kugelkette im Kugelkanal gebremst ist.

Innerhalb einer jeden endlosen Kugelkette wirkt mindestens ein Bremselement auf mindestens eine Kugel ein, wobei das Durchschieben der Kugeln durch den Kugelkanal in einem gewissen Maß erschwert ist. Dieses Erschweren oder Bremsen erfolgt vorzugsweise im lastfreien Umlenkbereich und bewirkt, dass das komplette Teilkreisendspiel im Bereich dieser Feder lokalisiert bleibt. Der Kugelumlauf wird in dieser Weise verstetigt und das milde Abbremsen der Kugeln verhindert oder reduziert störende Kugelumlaufgeräusche, die zum Beispiel durch das aneinander Stoßen von zwei Kugeln entstehen.

An der Stelle, an der das Bremselement wirkt, wird der Umlaufbewegung der Kugelkette eine Bremskraft entgegengesetzt, mit der Folge, daß die vor Eintritt in die Bremsstelle aufgereihten Kugeln gegeneinander angedrückt, also spielfrei in Laufrichtung sind. Wenn das Bremselement im lastfreien Bereich, vorzugsweise im Umlenkabschnitt angeordnet ist, liegt das Teilkreisendspiel der Kugelkette im Bereich dieses Federelementes. Klappergeräusche gegeneinander schlagender Kugeln sind vermieden, da die lastfrei bewegten Kugeln bebremst sind.

In bekannter Weise kann der Umlenkabschnitt in einem Umlenkstück gebildet sein, das in einer Ausnehmung der Spindelmutter angeordnet ist. Die Umlenkstücke können auf wirtschaftliche Weise beispielsweise im Spritzverfahren aus Kunststoff, oder im Sinterverfahren aus einem Sinterwerkstoff, oder aber aus Blech in einem Umformverfahren kostengünstig hergestellt werden.

Vorzugsweise ist das Bremselement an wenigstens einer Stelle des Kugelkanals angeordnet und gegen die Kugelkette angefedert, so dass eine Bremskraft auf die Kugelkette ausgeübt wird. Zur Aufbringung der zum Bremsen der Kugelkette erforderlichen Bremskraft kann das Bremselement beispielsweise jeden der gängigen Federtypen umfassen, der eine Federkraft auf die Kugelkette ausübt.

Ggf. sind Zwischenstücke zweckmäßig, die zwischen einer zum Bremsen vorgesehenen Feder und der Kugelkette angeordnet sind; bspw. im Fall einer Schraubenfeder, die quer zur Kugelkette angeordnet ist, mag es zweckmäßig sein, eine Art Gleit- oder Reibschuh als Zwischenstück einzusetzen, der von der Feder angefedert ist und der gegen die Kugelkette angefedert ist. Es ist aber auch ein direkter Kontakt zwischen einer Feder und der Kugelkette denkbar, bspw. kann eine bogenförmig vorgespannte Blattfeder mit ihrer Bogenseite gegen die Kugelkette angefedert sein, vorzugsweise bei zur Bewegungsrichtung der Kugeln tangentialer Anordnung der Blattfeder.

Ferner kann das Bremselement auch weiche, nachgiebige Werkstoffe umfassen, die bspw. als Kissen oder auch schnurförmig gebildet sind, wobei sich die Kugelkette am Kissen vorbei bewegt. Das Kissen kann dabei so angeordnet sein, daß der Querschnitt des Kugelkanals soweit eingeengt ist, daß die verbleibende Querschnittsfläche kleiner als der Kugeldurchmesser ist. Das Kissen ist elastisch nachgiebig ausgebildet, so dass die Kugeln gebremst an dem Kissen entlangwälzen oder -gleiten.

Im Fall der Anordnung des Bremselementes im Umlenkkörper sieht eine Variante vor, daß der Umlenkkörper im Mehrkomponenten-Spritzverfahren aus Kunststoff hergestellt ist, wobei eine Trägerstruktur des Umlenkstücks aus einem härteren Kunststoff gespritzt ist, und wobei das Bremselement aus einem weichen, elastisch verformbaren Kunststoff gebildet und auf die härtere Trägerstruktur aufgespritzt ist. Der weiche, elastisch verformbare Kunststoff kann ebenso wie das Kissen den vorbeiwälzenden Kugeln ausweichen und im Kontakt mit den Kugeln die Bremskraft ausüben.

Gemäß einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ist das Bremselement nach Art einer Bürste durch ein Vielzahl biegeelastischer Borsten gebildet. Wenn die Kugeln entlang der Bürste bewegt werden, weichen die einzelnen Borsten biegeelastisch den Kugeln aus, wobei beispielsweise die Borsten sich gleichsam an die Kontur der Kugelkette anschmiegen können.

Alternativ dazu kann im Nutgrund der Kugelrille der Spindelmutter und/oder der Gewindespindel ein gummielastisches Element angeordnet sein. Dieses gummielastische Element kann beispielsweise schnurförmig ausgebildet sein und mit seiner Mantelfläche soweit in die Bahn der Kugel hineinragen, dass die an den Kugelrillen entlangwälzenden Kugeln das elastisch nachgiebige Material dieses schnurförmigen Elementes verdrängt. Im Kontakt zwischen diesem schnurförmigen Element mit den Kugeln wird dann die gewünschte Bremskraft ausgeübt, so dass die Klappergeräusche vermieden sind.

Wenn das Bremselement als Biegefeder ausgebildet ist, ist diese vorzugsweise im Umlenkkörper ausgebildet, und ein oder beidseitig am Umlenkkörper verankert, wobei diese Biegefeder in Richtung auf die Kugeln federnd entspannt.

Wenn die Feder blattförmig ausgebildet ist, ist diese vorzugsweise parallel zur Längsachse der Mutter angeordnet. Wenn die Umlenkstücke zweiteilig ausgeführt sind – also wenn beispielsweise Umlenkstückhälften zu einem Umlenkstück komplettiert werden – können diese Federn in beiden Umlenkstückhälften angeordnet sein.

Erfindungsgemäße Kugelgewindetriebe ermöglichen eine prozesssichere Montage, geringstmöglichen Tragzahlverlust, eine dauerfeste und robuste Kon struktion. Ferner sind die erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebe für Massenproduktion geeignet.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von 7 in insgesamt 11 Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 einen Teillängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
2a einen weiteren Teillängsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
2b Kugelgewindetrieb gemäß 2a in einem Teilquerschnitt
3 einen weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb in einem Teillängsschnitt
4 Einzelheiten des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes aus 3 in perspektivischer Darstellung
5 Einzelteile eines weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes
6 einen Längsschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
7 einen weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb in einer Darstellung wie in 6, jedoch gebrochen
8a einen Teilschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
8b den Kugelgewindetrieb aus 8a mit geändertem Schnittverlauf
9 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb.
Der in 9 abgebildete erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb umfasst eine Spindelmutter 1, die auf einer nicht dargestellten Spindel angeordnet ist. An ihrem Innenumfang ist die Spindelmutter 1 mit einem Gewindegang 2 versehen. Jede Windung des Gewindegangs ist unterbrochen durch ein Umlenkstück 3 das in einer Tasche 4 der Spindelmutter 1 eingesetzt ist. Jedes Umlenkstück 3 verbindet ein Ende und einen Anfang einer gemeinsamen Windung des Gewindegangs 2. So weist die Spindelmutter 1 mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Taschen 4 auf, in denen jeweils ein Umlenkstück 3 eingesetzt ist. Der Gewindegang 2 ist als Kugelrille 5 ausgebildet, an der Kugeln 6 entlangwälzen können. Das Umlenkstück 3 ist mit einem Umlenkkanal 7 versehen, durch die die Kugeln 6 hindurch bewegt werden, so das in jeder Windung eine aus Kugeln 6 gebildete endlose Kugelkette 8 gebildet ist. Unter Relativdrehung der Spindelmutter 1 gegenüber der nicht dargestellten Spindel wälzen die Kugeln 6 entlang eines endlosen Kugelkanals 9, der von der Kugelrille 5 der Spindelmutter 1 und von einer nicht dargestellten Kugelrille der nicht dargestellten Spindel begrenzt ist. Insoweit entspricht der hier beschriebende, erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb einem herkömmlichen Kugelgewindetrieb.
1 zeigt einen Teilschnitt des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes aus 9. Dargestellt ist im Schnitt das Umlenkstück 7, die Gewindespindel 10 und die im Umlenkabschnitt des Kugelkanals 9 angeordneten Kugeln 6.
Das Umlenkstück 3 ist mit einer blattfederförmigen Biegefeder 11 versehen. Diese Biegefeder 11 ist mit einem Schenkelende 12 in einer Aufnahme 13 des Umlenkstücks 3 gehalten. Der freie Schenkel 14 der Biegefeder 11 ist etwa parallel zur Längsachse der Gewindespindel 10 angeordnet. Im Umlenkab schnitt des Kugelkanals 9 begrenzt dieser freie Schenkel 14 einen lichten Querschnitt des Kugelkanals 9 der kleiner ist als der Kugeldurchmesser. Wenn die Kugeln 6 durch den Kugelkanal 9 hindurchbewegt werden, wird daher der freie Schenkel 14 der Biegefeder 11 nach radial auswärts elastisch aufgebogen.
Im Umlenkabschnitt des Kugelkanals 9 laufen die Kugeln 6 lastfrei. Ein aneinander Schlagen einander benachbarter Kugeln 6 wird durch die Anfederung der Biegefeder 11 vermieden. Denn die Kugelkette 8 wird im Umlenkabschnitt des Kugelkanals 9 gebremst. Die Biegefeder 11 wirkt demzufolge als Bremselement 15.
Das Umlenkstück 3 ist mit Federtaschen 16 versehen, wobei in der Federtasche 16 der freie Schenkel 14 der Biegefeder 11 angeordnet ist.
Der in den 2a, 2b dargestellte erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb entspricht weitgehend dem Kugelgewindetrieb gemäß 1. Abweichend zu der Darstellung in 1 ist die Biegefeder 11 an einer Stelle mit einem quer zur Erstreckungsrichtung angeordneten gewellten Abschnitt 16 versehen. Dieser gewellte Abschnitt 11a ist gezielt eingebracht, um die Steifigkeitseigenschaften der Biegefeder 11 zu beeinflussen.
2b zeigt den erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb aus 2a um 90° gedreht.
Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb gemäß 3 unterscheidet sich von dem aus der 1 im wesentlichen dadurch, dass eine blattfederförmige Biegfeder 17 vorgesehen ist, die beidseitig in Aufnahmen 18 des Umlenkstücks 3 gehalten ist. Ein Mittelabschnitt 19 der Biegefeder 17 greift in eine Federtasche 20 des Umlenkstücks 3 ein. Wenn die Biegefeder 17 entspannt ist, gibt sie einen lichten Querschnitt des Kugelkanals 9 frei, der kleiner ist als der Kugeldurchmesser. Ebenso wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispie len bremst die Biegefeder 17 mit ihrem Mittelabschnitt 19 die Kugeln 6 ab, wenn diese den Umlenkabschnitt des Kugelkanals 9 passieren.
4 zeigt Einzelteile eines weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes. Ein Umlenkstück 21 ist hier zweiteilig ausgeführt, wobei eines der beiden Teile abgebildet ist. Ebenso wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen ist auch hier eine Biegefeder 22 vorgesehen, die mit ihrem Mittelabschnitt 23 in eine Federtasche 24 des dargestellten Teils des Umlenkstücks 21 eingreift. Anordnung und Wirkungsweise dieser Biegefeder 22 entspricht den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen.
5 zeigt einen Schnitt durch das eine Teil des Umlenkstücks 21 mit der Biegfeder 22.
Der in der 6 abgebildete erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen Kugelgewindetrieben im wesentlichen dadurch, dass anstelle einer Biegefeder ein schnurförmiges gummielastisches Element 25 im Nutgrund des Gewindes der Gewindespindel 10 angeordnet ist. Ebenso wie die weiter oben beschriebenen Biegefedern wirkt dieses gummielastische Element 25 als Bremselement 26. Dieses gummielastische schnurförmige Element ragt mit seiner Mantelfläche in den Querschnitt der Kugelbahn hinein. Das bedeutet, dass die Kugeln und das schnurförmige gummielastische Element in ständigem Druckkontakt miteinander sind. Das bedeutet ferner, dass im lastfreien Umlenkabschnitt des Kugelkanals 9 einwandfrei ein aneinander Schlagen einander benachbarter Kugeln 6 vermieden ist. Diese Rundschnur bzw. das schnurförmige gummielastische kann auch alternativ oder zusätzlich in der Nut 27 angeordnet sein, die am Nutgrund der Kugelrille 5 der Spindelmutter 1 ausgebildet ist.
Das schnurförmige gummielastische Element 25 kann auch in Taschen 28 des Umlenkstücks 3 angeordnet sein, wobei die Taschen wie hier diametral einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei jedoch auch alternativ nur eine der beiden Taschen ausgebildet sein kann. In beiden Fällen ist sichergestellt dass aufgrund der Anordnung des gummielastischen Elementes 25 die Kugeln 6 im Umlenkabschnitts des Kugelkanals 9 abgebremst werden, so das ein unerwünschtes aneinander Schlagen einander benachbarter Kugeln 6 ausgeschlossen ist.
In mehr oder weniger schematischer Darstellung zeigen die 8a und 8b einen weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb, wobei hier der Einfachheit halber ein Querschnitt und ein Längsschnitt durch ein Umlenkstück 29 abgebildet ist, wobei die Kugeln 6 innerhalb des Umlenkabschnitts des Kugelkanals 9 dargestellt sind. Als Bremselement 30 für die Kugeln 6 ist hier ein Art Bürste 31 mit einer Vielzahl biegeelastischer Borsten 32 vorgesehen. Diese Bürste 31 bildet einen Dämpfer bzw. ein Bremselement mit den gleichen Funktionen und Aufgaben wie sie weiter oben zu den Biegefedern ausführlich beschrieben wurden. Wenn die Kugeln 6 an den Borsten 32 entlang bewegt werden, werden die Borsten 32 elastisch ausgelenkt, wobei die Kugeln 6 abgebremst werden, so das im lastfreien Bereich des Umlenkabschnittes ein unerwünschtes aneinander Schlagen einander benachbarter Kugeln 6 vermieden ist.

1: Spindelmutter
2: Gewindegang
3: Umlenkstück
4: Tasche
5: Kugelrille
6: Kugel
7: Umlenkbahn
8: Kugelkette
9: Kugelkanal
10: Gewindespindel
11: Biegefeder
11a: gewellter Abschnitt
12: Schenkelende
13: Aufnahme
14: freier Schenkel
15: Bremselement
16: gewellter Abschnitt
17: Biegefeder
18: Aufnahme
19: Mittelabschnitt
20: Federtasche
21: Umlenkstück
22: Biegefeder
23: Mittelabschnitt
24: Federtasche
25: gummielastisches
: Element
26: Bremselement
27: Nut
28: Tasche
29: Umlenkstück
30: Bremselement
31: Bürste
32: Borsten

Claims

Kugelgewindetrieb, zwischen dessen Spindelmutter (1) und Gewindespindel (10) mindestens eine aus Kugeln (6) gebildete Kugelkette (8) jeweils entlang eines endlosen Kugelkanals (9) abwälzt, der von an der Spindelmutter (1) und an der Gewindespindel (10) ausgebildete Kugelrillen begrenzt ist, wobei die Kugelkette (8) in Umlenkabschnitten des Kugelkanals (9) von einem Ende des Kugelkanals (9) zu einem Anfang dieses Kugelkanals (9) umgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelkette (9) durch wenigstens ein Bremselement (15, 26, 30) innerhalb des Kugelkanals derart beaufschlagt ist, dass der Umlauf der Kugelkette (8) im Kugelkanal (9) gebremst ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das Bremselement (15, 26, 30) im lastfreien Bereich angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 2, bei dem das Bremselement (25, 26, 30) im Umlenkabschnitt des Kugelkanals (9) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem der Umlenkabschnitt an einem Umlenkstück (3, 29, 21) gebildet ist, der in einer Ausnehmung (7) der Spindelmutter (1) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das Bremselement (15, 26, 30) an wenigstens einer Stelle des Kugelkanals (9) gegen die Kugelkette (8) angefedert ist
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 5, bei dem das Bremselement (25, 26, 30) durch eine Biegefeder (11, 17, 22) vorzugsweise nach Art einer Blattfeder gebildet ist, entlang welcher Biegefeder (11, 17, 22) die Kugelkette (9) bremsend entlang wälzt.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das Bremselement (26) als gummielastisches Element (25) ausgebildet ist, dass im Nutgrund der Kugelrille (5) der Spindelmutter (1) und/oder der Gewindespindel (10) angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 7, bei dem das gummielastische Element (25) schnurförmig ausgebildet ist und sich entlang des Nutgrundes der Gewindespindel (10) erstreckt.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das Bremselement (30) nach Art einer Bürste (31) durch eine Vielzahl biegeelastischer Borsten (32) gebildet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 4, bei dem der Umlenkkörper aus Kunststoff im 2-Komponenten-Spritzverfahren hergestellt ist, wobei die erste Komponente eine Trägerstruktur aus härterem Kunststoff bildet, und wobei die zweite Komponente das Bremselement durch einen weicheren Kunststoff bildet.