-
Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Kugelgewindetrieb. Derartige Kugelgewindetriebe weisen eine
Spindelmutter auf, die auf einer Gewindespindel unter Zwischenschaltung
von Kugeln drehbar angeordnet ist.
-
Kugelgewindetriebe können unterteilt
werden in solche mit Innenumlenkung und solche mit Außenumlenkung.
-
Im Fall der Innenumlenkung sind oftmals mehrere
Kugelketten vorgesehen, die sich jeweils über etwa 360 Grad erstrecken.
Die Kugelbahn erstreckt sich über
etwa 360 Grad, windet sich also etwa einmal um die Rotationsachse.
In der Spindelmutter sind Umlenkeinsätze angeordnet, die die Kugelkette
vom Ende der Kugelbahn zu ihrem Anfang umlenken, und dabei die Kugeln über die
Gewindeflanke der Gewindespindel heben.
-
Im Fall der Außenumlenkung erstreckt sich die
Kugelkette, d.h. auch die Kugelbahn oftmals über mehrere Windungen; das
Umlenkstück
ist oftmals außerhalb
der Spindelmutter angeordnet und übergreift entsprechend der
Länge der
Kugelkette eine Anzahl von Windungen, also Gewindeflanken.
-
Eine Kugelkette umfasst eine Vielzahl
in Reihe angeordneter Kugeln. Zwischen einander benachbarten Kugeln
können
Zwischenstücke
angeordnet sein. Zwischenstücke
und Kugeln sind lose hintereinander angeordnet. Die Kugelkette ist
in einem Kugelkanal angeordnet, der von an der Spindelmutter und an
der Gewindespindel ausgebildeten Kugelrillen begrenzt ist. Durch
die Anordnung der Kugelkette im Kugelkanal ist die Anordnung der
Kugeln als Kugelkette gewährleistet.
Derartige Zwischenstücke
können
auch als Abstandhalter oder Distanzstücke bezeichnet werden.
-
Aus
DE 101 22 106 A1 beispielsweise ist ein Kugelgewindetrieb
nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden.
Zwischen einander benachbarten Kugeln sind Zwischenstücke angeordnet.
Mit derartigen Zwischenstücken wird
der Kontakt einander benachbarter Kugeln ausgeschlossen und somit
Verschleiß in
Folge von Reibung reduziert. Ferner können die Kugeln zur Aufrechterhaltung
einer einwandfreien Kugelkette besser geführt werden.
-
Kugelgewindetriebe finden zunehmend
Anwendung in Hilfskraftunterstützten
Lenkgetrieben von Kraftfahrzeugen. Durch den Bewegungsablauf der
Kugeln im Kugelkanal verursachte Geräusche können als störend empfunden werden. Ursache
für derartige
unerwünschte
Geräusche
kann ein zu großes
Teilkreisendspiel der Kugelkette sein. Das bedeutet, dass einander
benachbart angeordnete Kugeln in Erstreckungsrichtung der Kugeln
Spiel zueinander aufweisen können
und beispielsweise aneinander anschlagen können. Bei Kugelketten ohne Zwischenstücke kann
diese Geräuschquelle
besonders störend
sein.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es, einen Kugelgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem eine unerwünschte Geräuschbildung reduziert ist.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch
gelöst,
dass ein oder mehrere in der Kugelkette zwischen Kugeln dieser Kugelkette
angeordnete Federelemente in der Achse der Kugelkette eine Druckkraft
auf die Kugeln ausüben.
Dadurch ist gewährleistet,
daß ein
Spiel der Kugeln in der Achse der Kugelkette zumindets soweit reduziert
ist, daß unerwünschte Klappergeräusche oder
Hakeln der Kugelkette vermieden ist. Zusätzlich zu den Federelementen
können
Zwischenstücke
zwischen aufeinander folgende Kugeln angeordnet sein, die die Kugeln
lediglich auf Distanz zueinander halten. Die Zwischenstücke können untereinander
durch Stege miteinander verbunden sein, so daß ein Band von Zwischenstücken gebildet
ist. Die Zwischenstücke
selbst können
derart weitergebildet sein, daß sie
selbst genügende
federnde Eigenschaften haben, um die gewünschte Druckkraft in der Kugelkette
auszuüben.
In diesem Fall sind keine separaten Federelemente erforderlich.
-
Bei einer erfindungsgemäßen Weiterbildung ist
die Anzahl der in der Kugelkette angeordneten Federelemente so bemessen,
dass während
eines Umlaufs der Kugelkette im Kugelkanal immer eines der Federelemente
im lastfreien Bereich des Kugelkanals ist. In den Umlenkabschnitten
des Kugelkanals sind die Kugeln im lastfreien Bereich. Auch in diesem lastfreien
Bereich ist ein freies Spiel der Kugeln in der Achse der Kugelkette
aufgrund der Anordnung der Federelemente ausgeschlossen.
-
Bei Kugelgewindetrieben mit Außenumlenkung
erstreckt sich der lastfreie Bereich im Umlenkstück über einen weiten Bereich; es
sind zu einem Zeitpunkt immer mehrere Kugeln in dem lastfreien Bereich;
es kann genügen,
wenn zwischen lediglich zwei dieser mehreren Kugeln eines der Federelemente
angeordnet ist. Das Spiel der Kugelkette im Umlenkabschnitt kann
durch dieses eine Federelement aufgefangen werden. Es ist auch denkbar,
dass ein einziges Federelement in der Kugelkette ausreichend ist.
-
Bei Kugelgewindetrieben mit Innenumlenkung
ist der Weg der lastfreien Zone im Umlenkbereich deutlich kürzer als
bei Kugelgewindetrieben mit Außenumlenkung.
Deshalb kann es zweckmäßig sein,
das Verhältnis
der Anzahl der Federelemente in Bezug auf die Anzahl der Kugeln
der Kugelkette gegenüber
den Kugelgewindetrieben mit Außenumlenkung
zu erhöhen;
und zwar beispielsweise soweit, dass ebenfalls zu einem Zeitpunkt
immer ein Federelement im lastfreien Bereich ist.
-
Die Federelemente gleichen alle toleranz-
, verschleiß-
oder ausdehnungsbedingten Kettenlängenänderungen dauerelastisch aus
und halten so das Teilkreisendspiel dauerhaft auf Null. Dadurch werden
zum einen Störgeräusche durch
Anschlagen der Kugel in Umfangsrichtung vermieden als auch mögliche Fehlstellungen
der Zwischenstücke,
die zu einem Blockieren der Kugelkette führen könnten. Grundsätzlich genügt ein Federelement
pro Federkette. In jeden Fall ist mit dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb
gewährleistet,
dass das Teilkreisendspiel in der Kugelkette aufgehoben ist, also
Null beträgt.
-
Eine erfindungsgemäße Weiterbildung
sieht vor, dass das Federelement ein Zwischenstück umfasst, das aus zwei Zwischenstückhälften gebildet
ist, wobei jede der Zwischenstückhälften mit
einer Anlage für
eine Kugel versehen ist und wobei eine zwischen beiden Zwischenstückhälften angeordnete Druckfeder
die beiden Zwi schenstückhälften in
Richtung auf die benachbarten Kugeln anfedert. Die Vorteile können darin
gesehen werden, dass zum einen die Zwischenstückhäiften steif ausgeführt werden können, beispielsweise
mit Kugelkalotten, in denen die Kugeln einwandfrei angeordnet sind.
Gleichzeitig ist durch die Druckfeder sichergestellt, dass die Kugeln
in der Kugelkette spielfrei angeordnet sind.
-
Das Zwischenstück kann aus Kunststoff oder aber
auch als Blech gebildet sein. In beiden Fällen lassen sich auf preiswerte
Weise Zwischenstücke fertigen.
-
Während
bei dem zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel eine gängige Druckfeder,
beispielsweise eine Schraubendruckfeder zum Einsatz kommen kann,
ist bei einem anderen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb vorgesehen,
dass das Federelement durch ein zwischen zwei einander benachbarten
Kugeln angeordnetes, die Kugeln auf Abstand haltendes Zwischenstück gebildet
ist, dessen Arme die Kugel teilweise umgreifen, wobei die Arme federnd
ausgebildet sind. Derartige Zwischenstücke können beispielsweise auf günstige Weise
aus Kunststoff im Spritzverfahren gebildet werden. Die Arme liegen
unter federnder Vorspannung an der Kugel an und biegen elastisch
auf, wenn die Kugeln in Richtung auf die Arme angedrückt werden.
Auch in diesem Fall ist ein freies Spiel der Kugeln entlang der
Kugelkettenachse und somit Klappergeräusche ausgeschlossen, ein Teilkreisendspiel, das
zu Klappergeräuschen
führen
könnte,
ist vermieden.
-
Wenn das Federelement durch eine
Schraubendruckfeder gebildet ist, kann diese in vorteilhafter Weise
derart gestaltet sein, dass die an beiden Enden der Schraubendruckfeder
angeordnete letzte Windung einen Durchmesser aufweist, der kleiner
als der Kugeldurchmesser ist, wobei diese beiden letzten Windungen
jeweils als Sitz für
die Kugeln ausgebildet sind. Eine an sich bekannte Schraubendruckfeder
kann demzufolge einer zweiten Verwendung zugeführt werden, nämlich als
Sitz für
die Kugel, um diese einwandfrei in der Kugelkette zu halten.
-
Wenn beispielsweise das Zwischenstück mit je
drei über
den Umfang verteilt angeordneten Armen für jede Kugel versehen ist,
ist einerseits eine gute Selbstzentrierung gewährleistet, andererseits ist
ein großer
Raum zwischen diesen Armen als Schmiermittel Reservoir gebildet.
-
Wenn die Schraubendruckfeder im Längsschnitt
gesehen ein konkaves Längsprofil
aufweist, also die Kontur eines Rotationshyperboliden aufweist,
ist eine gute Selbstzentrierung bei gleichzeitiger guter Anschmiegung
dieser Schraubendruckfeder bei engen Umlenkradien gewährleistet.
-
Für
erfindungsgemäße Kugelgewindetriebe, bei
denen neben den Federelementen auch Zwischenstücke vorgesehen sind, kann bezüglich der Anzahl
der Kugeln, der Federelemente und der Zwischenstücke folgende Regel aufgestellt
werden:
Die Kugelkette umfasst Z Kugeln, sowie Y Federelemente,
wobei Z minus Y Zwischenstücke
vorgesehen sind. Die Größen Z und
Y sind hierbei natürliche
Zahlen.
-
Nachstehend wird die Erfindung anhand
von 7 in insgesamt 10 Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
Kugelkette eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes,
-
2 einen
Ausschnitt der Kugelkette gemäß 1,
-
3 einen
Ausschnitt wie in 2,
jedoch mit modifiziertem Federelementen,
-
4 einen
Ausschnitt wie in 3,
jedoch mit modifiziertem Federelementen,
-
5 einen
Längsschnitt
durch die Kugelkette aus 4,
-
6 ausschnittsweise
eine Kugelkette eines weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes
-
7 eine
Darstellung wie in 6,
jedoch mit modifiziertem Federelement
-
8 eine
Darstellung wie in 6,
jedoch mit modifiziertem Federelement
-
9 eine
Darstellung wie in 6,
jedoch mit modifiziertem Federelement
-
10 den
grundsätzlichen
Aufbau eines an sich bekannten Kugelgewindetriebes.
-
Zunächst soll kurz auf 10 eingegangen werden, in
der ein an sich bekannter Kugelgewindetrieb in perspektivischer
Darstellung abgebildet ist. Eine Spindelmutter 1 ist auf
einer Gewindespindel 2 drehbar angeordnet. Die Spindelmutter 1 ist
mit einer schraubenförmig
angeordneten Kugelrille 3 versehen. Die Gewindespindel 2 ist
mit einer schraubenförmig
angeordneten Kugelrille 4 versehen. Die Kugelrillen 3, 4 sind
gewindeförmig
ausgebildet und begrenzen Kugelkanäle 5, in denen Kugelketten 6 angeordnet
sind. Jede Kugelkette 6 wird in einem von einem Umlenkstück 7 gebildeten
Umlenkabschnitt des Kugelkanals 5 von einem Ende eines
gemeinsamen Kugelkanals – also
einer gemeinsamen Windung – zu
einem Anfang dieses Kugelkanals 5 – oder der Windung – umgelenkt.
Die Kugelkette 6 windet sich also endlos entlang des in
Gestalt einer Schraubenwindung gebrachten Kugelkanals 5.
-
Nachstehend wird auf besondere Ausgestaltungen
der Kugelkette eingegangen, die Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist.
-
1 zeigt
eine Kugelkette 8 eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes. Kugeln 9 sind in
einer Reihe hintereinander angeordnet. Zwischen einander benachbart
angeordneten Kugeln 9 ist jeweils ein Zwischenstück 10 angeordnet. 2 zeigt deutlich in vergrößerter Darstellung
das Zwischenstück 10,
das als Ring ausgebildet ist. Der Innendurchmesser des Rings ist
kleiner als der Kugeldurchmesser, sodass die Kugeln 9 etwas
in die offenen Stirnseiten des Rings eintauchen und einwandfrei
daran zentriert sind.
-
An einer Stelle der Kugelkette 8 ist
zwischen zwei einander benachbart angeordneten Kugeln 9 ein
Federelement 11 angeordnet. Dieses Federelement ist vorliegend
als Schraubendruckfeder 12 ausgebildet. Das Federelement 11 übt auf die
beiden benachbart angeordneten Kugeln eine Druckkraft aus, sodass
alle Kugeln 9 der Kugelkette 8 spielfrei sind. Das
Teilkreisendspiel, also ein freies Spiel zwischen der ersten und
der letzten Kugel 9 der Kugelkette 8 ist ausgeschlossen.
Klappergeräusche
sind demzufolge ausgeschlossen.
-
Die erste und die letzte Windung 13, 14 der Schraubendruckfeder 12 weist
einen Windungsdurchmesser auf, der kleiner als der Kugeldurchmesser
ist. Die Kugeln 9 tauchen mit einem Teil ihres Umfangs
in diese beiden Windungen 13, 14 ein. Diese Windungen 13, 14 bilden
demzufolge einen Kugelsitz 15, 16.
-
3 zeigt
einen Ausschnitt der Kugelkette 8, jedoch mit modifizierten
Federelementen 17. Dieses Federelement 17 ist
als ein einander benachbarte Kugel 9 auf Abstand haltendes
Zwischenstück 18 ausgebildet.
Das besondere an diesen Zwischenstück 18 ist, dass mehrere über den
Umfang verteilt angeordnete Segmente 19 vorgesehen sind,
die die Kugeln 9 teilweise umfassen. Diese Segmente 19 sind
federnd ausgebildet, und unter federnder Vorspannung gegen die Kugeln 9 angefedert.
Auch hier ist sichergestellt, dass ein unerwünschtes freies Spiel der Kugel 9 in
der Kugelkette 8 ausgeschlossen ist.
-
4 zeigt
ein gegenüber 3 modifiziertes Zwischenstück 20 bei
dem anstelle von Segmenten federnde Arme 21 vorgesehen
sind. 5 zeigt deutlich,
dass diese federnden Arme 21 mit ihren freien Enden gegen
die Kugeln 9 angefedert sind. In Bereich der Wurzel der
Arme 21 ist ein Freiraum 22 zwischen Kugel 9 und
Zwischenstück 20 erkennbar. Wenn
die in 5 abgebildeten
Zwischenstücke 20 aufeinander
zugedrückt
werden, weiten sich die Arme 21 federelastisch auf, wobei
der Freiraum 22 kleiner wird. Auch hier ist sichergestellt,
dass ein freies Spiel der Kugeln 9 in der Kugelkette 8 ausgeschlossen
ist.
-
In den 6 und 7 ist wiederum ein Teil der Kugelkette 8 abgebildet,
wobei eine Schraubendruckfeder 23 zwischen zwei einander
benachbart angeordneten Kugeln 9 vorgesehen ist. Ebenso
wie in den Ausführungsbeispiel
in 1 ist auch hier vorgesehen,
dass die erste und die letzte Windung 24, 25 der
Schraubendruckfeder 23 einen Windungsdurchmesser aufweist,
der kleiner ist als der Kugeldurchmesser. Es ist deutlich erkennbar,
dass die Kugel 9 mit einem kleinem Teil ihres Umfangs in
diese Windungen 24, 25 eintaucht. Auf diese Weise
ist sichergestellt, dass die Kugel 9 einwandfrei in der
Kugelkette 8 zentriert sind. Ferner ist erkennbar, dass die
Schraubendruckfeder 23 im Längsschnitt
gesehen die Gestalt eines Rotationshyperboliden aufweist. Durch
die im Mittelbereich verjüngte
Gestalt der Schraubendruckfeder 23 ist sichergestellt,
dass auch enge Umlenkradien im Kugelkanal 5 bewältigt werden.
-
Die in 7 vorgeschlagene
Schraubendruckfeder 26 ist im Längsschnitt gesehen zylindrisch
ausgebildet.
-
In 8 ist
ein Federelement 27 vorgeschlagen, dass ein aus zwei Zwischenstückhälften 28, 29 gebildetes
Zwischenstück 30 umfasst,
wobei die Zwischenstückhälften 28, 29 entlang
der Achse der Kugelkette 8 verschieblich zueinander angeordnet
sind. Diese Zwischenstückhälften 28, 29 sind
aus Blech gebogen und begrenzen gemeinsam einen Innenraum 31,
in dem eine Schraubendruckfeder 32 angeordnet ist. Ebenso
wie in den voran gegangenen Ausführungsbeispielen
ist diese Schraubendruckfeder 32 federnd vorgespannt und
federt die beiden Zwischenstückhälften 28, 29 gegen
die beiden benachbart angeordneten Kugeln 9 an. Die beiden
Zwischenstückhälften 28, 29 weisen
an ihren den beiden Kugeln 9 zugewandten Seiten kalottenförmig ausgebildete
Kugelsitze 33, 34 auf.
-
9 zeigt
ein modifiziertes Federelement 35 das sich von dem aus
der 8 im wesentlichen dadurch
unterscheidet, dass das Zwischenstück 36 aus Kunststoff
gebildet ist.
-
- 1
- Spindelmutter
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Kugelrille
- 4
- Kugelrille
- 5
- Kugelkanal
- 6
- Kugelkette
- 7
- Umlenkstück
- 8
- Kugelkette
- 9
- Kugel
- 10
- Zwischenstück
- 11
- Federelement
- 12
- Schraubendruckfeder
- 13
- Windung
- 14
- Windung
- 15
- Kugelsitz
- 16
- Kugelsitz
- 17
- Federelement
- 18
- Zwischenstück
- 19
- Segment
- 20
- Zwischenstück
- 21
- Arm
- 22
- Freiraum
- 23
- Schraubendruckfeder
- 24
- Windung
- 25
- Windung
- 26
- Schraubendruckfeder
- 27
- Federelement
- 28
- Zwischenstückhälfte
- 29
- Zwischenstückhälfte
- 30
- Zwischenstück
- 31
- Innenraum
- 32
- Schraubendruckfeder
- 33
- Kugelsitz
- 34
- Kugelsitz
- 35
- Federelement