Bezeichnung der Erfindung Name of the invention
Wälzkörpergewindetriebrolling bodies
Beschreibungdescription
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 rolling element screw drive as used, for example, in machine tools, but also in electromechanically actuated steering devices of motor vehicles. With such ball screws, a rotational movement can be converted into a linear movement.
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. Wälzkörpergewin- detriebe reagieren sehr empfindlich auf Fluchtungsfehler und/oder Verkippungen zwischen Spindel und Spindelmutter. Solche Fehlstellungen erhöhen eine Reibung innerhalb des Wälzkörpergewindetriebes, so dass die Leistungsauf- nähme 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 Fluchtungs-
fehlem zwischen Spindelmutter und Gewindespindel zumindest weitgehend ausgeschlossen sind.From DE 37 00 430 C2, for example, a ball screw nut has become known, with a threaded spindle which is in screw engagement with balls via a spindle nut. The spindle nut is rotatably mounted on a housing via two angular contact ball bearings in an X arrangement, the spindle nut being drivable for rotation via a motor. Rolling element screw drives are very sensitive to misalignment and / or tilting between the spindle and the spindle nut. Such misalignments increase friction within the rolling element screw drive, so that the power consumption must be increased in an undesirable manner. The housing in which the spindle nut is rotatably accommodated must be perfectly aligned with the motor shaft of the motor that locks the threaded spindle. Otherwise, transverse forces and bending moments would be undesirably introduced into the spindle nut and / or the threaded spindle. The object of the present invention is therefore to provide a rolling element screw drive according to the features of the preamble of claim 1, in which undesired transverse forces and bending loads due to alignment missing between the spindle nut and threaded spindle are at least largely excluded.
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 einge- stellt.According to the invention, this object is achieved in that the roller bearing is formed by a double-row self-aligning bearing, one row of rolling elements on one and the other row of rolling elements on the other axial end of the spindle nut. Common tilting of the spindle nut with the threaded spindle relative to the housing is possible without any problems in this arrangement according to the invention. Balls can preferably be used as rolling elements for a self-aligning bearing according to the invention, with a sufficiently large osculation allowing the spindle nut to tilt properly relative to the housing. The pressure angle in this double-row self-aligning ball bearing is preferably set to an angle of 30 ° and larger for particularly reliable absorption of axial forces.
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.A pendulum limiting device is preferably arranged between the two rows of rolling elements and limits a pendulum movement of the spindle nut relative to the housing. This ensures that impermissibly high loads in the rolling contact cannot occur. When the maximum permissible pendulum angle is reached, the pendulum limiting device stops the spindle nut from tilting further relative to the housing.
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. Vor- zugsweise 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 Spin-
delmutter 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 mitein- ander fluchten.The pendulum limiting device can be formed, for example, by a filler piece which is arranged in an annular space delimited by the housing and the spindle nut. The filler is arranged in such a way that when the spindle nut is tilted, the filler strikes against the housing and thus prevents further pendulum deflection. The filler preferably has stop surfaces at its axial ends for abutting against counter surfaces of the spindle nut or the housing. If the filler is attached to the housing, for example, the counter surfaces are formed on the spindle nut. On the other hand, if the filler on the spin Delmutter is arranged, the counter surfaces are formed on the inner circumference of the housing. In any case, a certain clear gap is formed between the stop surfaces and the counter surfaces, in a starting position in which the housing axis and the spindle nut axis are perfectly aligned with one another.
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 da- bei so bemessen sein, dass der vorgesehene lichte Spalt eingestellt ist.The filling piece can be formed in a cost-effective manner by a sleeve, in particular made of plastic, which has circumferential rims provided with the stop faces at its axial ends. The shelf height can be such that the intended clear gap is set.
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 Ku- geln bestimmen die vorgesehene Schmiegung.The self-aligning bearing can have a two-part inner ring, both inner ring parts each having a concave-shaped raceway for the rolling elements. The concave shape of the raceway and the ball diameter of the balls determine the intended osculation.
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 Richtun- gen 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.The two inner ring parts can each be provided on the inner circumference with a shoulder for contact with the respective end face of the spindle nut. This means that the two inner ring parts can be guided onto the spindle nut from opposite axial directions, the shoulder finally striking against the end face of the spindle nut, so that the two inner ring parts are correctly positioned on the spindle nut in axial directions.
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.An annular gap can remain between these two inner ring parts, into which a circumferential central rim of the filler piece engages, so that the filler piece is also correctly positioned in the axial directions.
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 bei-
behalten. 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.The two inner ring parts can each be provided with a shoulder on the outer circumference, the raceways being formed on the shoulders. The shoulders preferably correspond to the aforementioned shoulders on the inner circumference of the inner ring parts. Thus, the inner ring parts can have a largely constant wall thickness over their entire axial extent. to keep. Regardless of a constant wall thickness, however, the concave curvature can be formed on the shoulder in a simple manner, wherein in particular pressure angles of 30 ° or more are possible.
Der eine Innenringteil ist vorzugsweise an seinem von dem anderen Innen- ringteil 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.One inner ring part is preferably designed at its axial end facing away from the other inner ring part for connection to a drive. The inner ring parts are preferably non-rotatably connected to the spindle nut, so that, for example, an electric motor can be connected to this inner ring part in order to drive the spindle nut.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in einer Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment shown in a figure.
Der abgebildete erfindungsgemäße Wälzkörpergewindetrieb umfasst eine Ge- windespindel 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 Pendelkugel- lager 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 bei- den 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 Außen- ringteile 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.The illustrated rolling element screw drive according to the invention comprises a threaded spindle 1, which is in engagement with a spindle nut 3 in a known manner via balls 2. The spindle nut 3 is rotatably mounted on a housing 5 with the interposition of a double-row self-aligning ball bearing 4. One row of balls is arranged at one axial end and the other row of balls at the other axial end of the spindle nut 3. The self-aligning ball bearing 4 comprises two inner ring parts 6, 7, each of which has concave raceways which form ball grooves 9, 10 for balls 8. The two inner ring parts 6, 7 each have a shoulder 11, 12 on the inner circumference for bearing against the respective end face of the spindle nut 3. On the outer circumference of the two inner ring parts 6, 7, a further shoulder 13, 14 is formed, on which the two ball grooves 9, 10 are formed. If the two inner ring parts 6, 7 coming from opposite axial directions are listed on the spindle nut 3, the shoulders 11, 12 abut the respective end face of the spindle nut 3, so that the inner ring parts 6, 7 are correctly positioned in the axial directions. The self-aligning ball bearing 4 further comprises two outer ring parts 15, 16, which are each provided with a raceway 17, 18 for the balls 8. The raceways 17, 18 extend in planes which are arranged approximately transversely to the pressure angle leg D. The figure shows that the two pressure angle legs D are at a common intersection on the Hit the axis of rotation R of the threaded spindle 1. The pressure angle α is at least 30 °, so that the axial forces occurring during the operation of the rolling element screw drive can be transmitted reliably.
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.The figure also shows that the inner ring part 6 is formed at its axial end facing away from the other inner ring part 7 with a spline 19 for connection to a drive, not shown here.
Das Gehäuse 5 weist einen Hohizylinder 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 Hohizylinder 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 einge- klemmt.The housing 5 has a hollow cylinder 20, on the two axial ends of which radially inwardly directed rims 21, 22 are formed. Between the flange 21, 22 and the outer ring part 15, 16, a seal 23, 24 is arranged, which closes an annular gap formed between the outer ring parts 6, 7 and the housing 5. If the two outer ring parts 15, 16 are firmly connected to the hollow cylinder 20 - for example by frictional engagement - the two seals 23, 24 can be fixed properly by flanging the free ends of the hollow cylinder 20 radially inward to form the two flanges 21, 22 become. The two seals 23, 24 are then clamped between these two ribs 21, 22 and the outer ring parts 15, 16.
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 Innenum-
fang 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 ge- bildet.In the annular space 25 delimited by the inner ring parts 6, 7 and the housing 5, a pendulum limiting device is arranged, which limits a pendulum movement of the spindle nut 3 relative to the housing 5. The pendulum limiting device here comprises, for example, a filler piece 26 which is arranged on the two inner ring parts 6, 7. For axial positioning, the filler 26 has on its inner circumference a circumferential central rim 27 which engages in an annular space which is formed between the mutually facing axial ends of the two inner ring parts 6, 7. The filler piece 26 is formed by a sleeve 28 made of plastic, which has peripheral rims 31, 32 provided with stop surfaces 29, 30 at its axial ends. The rims 31, 32 are directed radially outward in the direction of the inner surface of the hollow cylinder 20 of the housing 5. On the inside catch of the hollow cylinder 20 are formed counter surfaces 33 against which the stop surfaces 29, 30 strike when a maximum tilting of the spindle nut 3 with respect to the housing 5 has been reached. The counter surface 33 is formed here by the smooth cylinder surface on the inner circumference of the hollow cylinder 20.
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.
Between the counter surface 33 and the stop surface 33, a clear gap, not shown here, is formed in the illustration shown. This gap is dimensioned such that the stop surfaces 29, 30 strike against the counter surface 33 after the maximum permissible tilting has been reached.
Bezugszahlenreference numerals
Gewindespindel 26 FüllstückThreaded spindle 26 filler
Kugel 27 BordBullet 27 board
Spindelmutter 28 HülseSpindle nut 28 sleeve
Pendelkugellager 29 AnschlagflächeSelf-aligning ball bearings 29 stop surface
Gehäuse 30 AnschlagflächeHousing 30 stop surface
Innenringteil 31 BordInner ring part 31 board
Innenringteil 32 BordInner ring part 32 board
Kugel 33 GegenflächeBall 33 counter surface
Kugelrilleball groove
Kugelrilleball groove
Schultershoulder
Schultershoulder
Schultershoulder
Schultershoulder
AußenringteilOuter ring portion
AußenringteilOuter ring portion
Laufbahncareer
Laufbahncareer
Keilverzahnungspline
Hohizylinderhollow cylinder
Bordshelf
Bordshelf
Dichtungpoetry
Dichtungpoetry
Raum
room