WO2004106775A1 - Kugelgewindetrieb - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a ball screw drive.
  • the invention relates, for example, to such ball screws, which have recently been used in electromechanical steering gears of motor vehicles.
  • the spindle nut can be driven by an electric motor, the spindle being linearly displaced as the spindle nut rotates.
  • a ball screw drive according to the features of the preamble of claim 1 has become known.
  • running noises occur in particular when the spindle nut rotates rapidly.
  • the cause of these running noises are often butt-like contacts of the balls with each other, but also butt contacts of the balls in the deflection channel of the spindle nut.
  • Such running noises are perceived as disturbing, in particular when ball screws of this type are used in electromechanical steering gears.
  • the object of the present invention is therefore to provide a ball screw drive according to the features of the preamble of claim 1, in which running noise is reduced.
  • the invention provides different measures for solving this problem which, independently of one another, but also in combination with one another, significantly reduce the running noise.
  • the pitch circle end play of the row of balls is less than or equal to 0.3 mm.
  • the balls are arranged in a row of balls, the rows of balls running endlessly in their threaded path over the deflection channel. It was found that the running noise can be significantly reduced if the distance between the first and the last ball in the row of balls - i.e. the pitch circle end play - is less than or equal to 0.3 mm.
  • the ratio of the increase in the thread path to the diameter of the balls is between 1.02 and 1.2. With this ratio, the largest possible balls can be used. Large balls run more smoothly in ballscrews than balls with a smaller diameter. This measure also helps to reduce running noise.
  • the proposed area contributes in a special way to a low-noise course of the balls.
  • the thread grooves of both the spindle nut and the spindle each have a Gothic profile, the contact angle of the balls in contact with the Gothic profile being between 15 and 35 °. At these small contact angles, flat thread grooves are created, so that only a slight lifting of the balls is required, particularly in the deflection area of the balls. As a result, harmonious ball guidance is also possible in the deflection area of the balls. Furthermore, the height of the spindle nut can be reduced. In the deflection area, the balls are lifted from the threaded groove of the spindle and inserted into the deflection channel. With the proposed area of the pressure angle, it was found that running noise is significantly reduced compared to other pressure angles. All of these measures have in common that they specifically influence the path of the balls and ball movements.
  • the deflection channel is preferably delimited by a deflection groove of the spindle nut, this deflection groove also having a Gothic profile, which also preferably has a pressure angle between 25 and 35 °.
  • the deflection groove can be formed in the usual way on a deflection piece which is arranged in a recess in the spindle nut.
  • Figure 2 shows a cross section through the ball screw
  • Figure 3 in an enlarged view a partial longitudinal section of the ball screw drive according to the invention.
  • the ball screw drive according to the invention shown in FIGS. 1 to 3 comprises a spindle nut 2 arranged on a spindle 1, as well as balls 3 arranged in a row of balls, which are arranged such that they can roll in a threaded path 4.
  • the thread path 4 is delimited by a thread groove 5 formed on the spindle 1 and by a thread groove 6 formed on the spindle nut 2.
  • the balls 3 arranged in a row of balls are deflected in a deflection channel 7 of the spindle nut 2 from an outlet end to an inlet end of a common turn of the threaded path 4.
  • the contact angle ⁇ of the balls 3 in the con clock with the Gothic profile 8, 9 of the thread grooves 5, 6 is preferably between 25 and 35 °. Furthermore, the ratio of the pitch P to the diameter of the balls 3 is chosen between 1.02 and 1.2.
  • FIG. 1 and 2 it can be seen that a 1 diverter 10 is disposed in the deflection of the balls. 3
  • This deflection piece 10 has a deflection groove 11 delimiting the deflection channel 7, on which the balls 3 roll.
  • This deflection groove 11 is also provided with a Gothic profile, not shown, as is also provided for the thread grooves 5 and 6 of the spindle 1 and the spindle nut 2.
  • the Gothic profile of this deflection groove also has a contact angle in contact with the balls that is between 15 and 35 °.
  • the ball screw shown and described here is particularly quiet. This ball screw drive according to the invention is therefore particularly suitable for use in electromechanical steering gears.
  • a ball screw drive with external deflection can also be provided, a tubular deflection piece being arranged radially outside the thread groove of the spindle nut.

Abstract

Kugelgewindetrieb mit einer auf einer Spindel (1) angeordneten Spindelmutter (2), sowie mit in einer Kugelreihe angeordneten Kugeln (3), die in einer Gewindebahn (4) abrollbar angeordnet sind, wobei die Gewindebahn (4) durch eine an der Spindel (1) ausgebildete Gewindenut (5) und durch eine an der Spindelmutter (2) ausgebildete Gewindenut (6) begrenzt ist, wobei die in Kugelreihe angeordneten Kugeln (3) in einem Umlenkkanal (7) von einem Auslaufende hin zu einem Einlaufende der Gewindebahn (4) umgelenkt werden, wobei das Teilkreisendspiel der Kugelreihe kleiner oder gleich 0,3 Millimeter ist oder das Verhältnis der Steigung der Gewindebahn (4) zum Durchmesser der Kugeln (3) zwischen 1,02 und 1,2 liegt, oder wobei die Gewindenuten (5, 6) der Spindelmutter (2) und der Spindel (1) jeweils ein gotisches Profil (8, 9) aufweisen, wobei ein Druckwinkel der Kugeln (3) im Kontakt mit dem gotischen Profil (8, 9) zwischen 15 und 35 Grad beträgt.

Description

Kugelgewindetrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb. Die Erfindung betrifft beispielsweise solche Kugelgewindetriebe, die neuerdings in elektrome- chanischen Lenkgetrieben von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Bei derartigen Anwendungen kann die Spindelmutter elektromotorisch angetrieben werden, wobei unter der Drehung der Spindelmutter die Spindel linear verschoben wird.
Aus DE 101 40 884 A1 beispielsweise ist ein Kugelgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bekannt geworden. Bei derartigen Kugelgewindetrieben treten bei insbesondere schnellen Drehbewegungen der Spindelmutter Laufgeräusche auf. Ursache für diese Laufgeräusche sind oftmals stoßartige Kontakte der Kugeln untereinander, aber auch Stoßkontakte der Kugeln im Umlenkkanal der Spindelmutter. Derartige Laufgeräusche werden insbesondere in der Anwendung derartiger Kugelgewindetriebe in elektro- mechanischen Lenkgetrieben als störend empfunden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Kugelgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem Laufgeräusche reduziert sind.
Die Erfindung sieht unterschiedliche Maßnahmen zur Lösung dieses Problems vor, die unabhängig voneinander, jedoch auch in ihrer Kombination miteinan- der die Laufgeräusche deutlich reduzieren. Als erste Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das Teilkreisendspiel der Kugelreihe kleiner oder gleich 0,3 mm ist. Die Kugeln sind in einer Kugelreihe angeordnet, wobei die Kugelreihen endlos in ihrer Gewindebahn über den Umlenkkanal umlaufen. Es wurde herausgefunden, dass die Laufgeräusche deutlich reduziert werden können, wenn der Abstand zwischen der ersten und der letzten Kugel der Kugelreihe - also das Teilkreisendspiel - kleiner oder gleich 0,3 mm beträgt. Bei diesem Teilkreisendspiel sind Stoßkontakte der Kugeln untereinander zwar nicht ausgeschlossen, jedoch sind die dabei auftretenden Impulse in Folge des •geringen Teilkreisendspiels nur noch schwach ausgeprägt.
Als weitere Maßnahme wird vorgeschlagen, dass das Verhältnis der Steigerung der Gewindebahn zum Durchmesser der Kugeln zwischen 1 ,02 und 1 ,2 beträgt. Bei diesem Verhältnis können größtmögliche Kugeln eingesetzt werden. Große Kugeln laufen im Kugelgewindetrieb ruhiger als Kugeln mit kleinerem Durchmesser. Diese Maßnahme trägt ebenfalls zur Reduzierung der Lauf- geräusche bei. Der vorgeschlagene Bereich trägt in besonderer Weise zu einem geräuscharmen Verlauf der Kugeln bei.
Als weitere Maßnahme wird vorgeschlagen, dass die Gewindenuten sowohl der Spindelmutter als auch der Spindel jeweils ein gotisches Profil aufweisen, wo- bei ein Druckwinkel der Kugeln im Kontakt mit dem gotischen Profil zwischen 15 und 35° beträgt. Bei diesen kleinen Druckwinkeln entstehen flache Gewinderillen, so dass insbesondere im Umlenkbereich der Kugeln ein nur noch geringes Anheben der Kugeln erforderlich ist. Demzufolge ist eine harmonische Kugelführung auch im Umlenkbereich der Kugeln möglich. Ferner kann die Bauhöhe der Spindelmutter reduziert werden. Im Umlenkbereich wird die Kugeln von der Gewindenut der Spindel abgehoben und in den Umlenkkanal hineingeführt. Bei dem vorgeschlagenen Bereich des Druckwinkels wurde herausgefunden, dass Laufgeräusche gegenüber anderen Druckwinkeln deutlich reduziert sind. Diese Maßnahmen haben sämtlich gemeinsam, dass sie die Bahn der Kugeln und Kugelbewegungen gezielt beeinflussen.
Der Umlenkkanal ist vorzugsweise von einer Umlenknut der Spindelmutter begrenzt, wobei diese Umlenknut ebenfalls ein gotisches Profil aufweist, das e- benfalls vorzugsweise einen Druckwinkel zwischen 25 und 35° aufweist. Die Umlenknut kann in üblicher Weise an einem Umlenkstück ausgebildet sein, das in einer Ausnehmung der Spindelmutter angeordnet ist. Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in insgesamt drei Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
, Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb,
Figur 2 einen Querschnitt durch den Kugelgewindetrieb und
Figur 3 in vergrößerter Darstellung einen Teillängsschnitt des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes.
Der in den Figuren 1 bis 3 dargestellte erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb umfasst eine auf einer Spindel 1 angeordnete Spindelmutter 2, sowie in einer Kugelreihe angeordnete Kugeln 3, die in einer Gewindebahn 4 abrollbar angeordnet sind. Die Gewindebahn 4 ist durch eine an der Spindel 1 ausgebildete Gewindenut 5 und durch eine an der Spindelmutter 2 ausgebildete Gewindenut 6 begrenzt. Die in Kugelreihe angeordneten Kugeln 3 werden in einem Umlenkkanal 7 der Spindelmutter 2 von einem Auslaufende hin zu einem Einlau- fende einer gemeinsamen Windung der Gewindebahn 4 umgelenkt.
In der Figur 2 ist das Teilkreisendspiel (TES) zwischen der ersten und der letzten Kugel einer Kugelreihe deutlich abgebildet. Dieses Teilkreisendspiel ist erfindungsgemäß kleiner oder gleich 0,3 mm. In der Abbildung ist dieses Teil- kreisendspiel lediglich aus Gründen der Anschaulichkeit in übertriebener Weise dargestellt.
Figur 3 kann entnommen werden, dass die Gewindenuten 5 und 6 der Spindel
1 und der Spindelmutter 2 jeweils mit einem gotischen Profil 8, 9 versehen sind. Dieses gotische Profil ermöglicht eine geometrisch exakte Führung der
Kugeln entlang der Gewindebahn 4. Der Druckwinkel α der Kugeln 3 im Kon- takt mit dem gotischen Profil 8, 9 der Gewindenuten 5, 6 beträgt vorzugsweise zwischen 25 und 35°. Ferner ist das Verhältnis der Steigung P zum Durchmesser der Kugeln 3 zwischen 1 ,02 und 1 ,2 gewählt.
Den Figuren 1 und 2 kann entnommen werden, dass im Umlenkbereich der Kugeln 3 ein1 Umlenkstück 10 angeordnet ist. Dieses Umlenkstück 10 weist eine den Umlenkkanal 7 begrenzende Umlenknut 11 auf, an der die Kugeln 3 abwälzen. Diese Umlenknut 11 ist ebenfalls mit einem nicht weiter dargestellten gotischen Profil versehen, wie es auch bei den Gewindenuten 5 und 6 der Spindel 1 und der Spindelmutter 2 vorgesehen sind. Das gotische Profil dieser Umlenknut weist ebenfalls einen Druckwinkel im Kontakt mit den Kugeln auf, der zwischen 15 und 35° beträgt.
Der hier abgebildete und beschriebene Kugelgewindetrieb zeichnet sich durch eine besondere Laufruhe aus. Dieser erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb eignet sich daher in besonderer Weise für den Einsatz in elektromechanischen Lenkgetrieben.
Anstelle des hier beispielhaft beschriebenen Kugelgewindetriebs mit Innenum- lenkung kann auch ein Kugelgewindetrieb mit Außenumlenkung vorgesehen werden, wobei ein rohrförmiges Umlenkstück radial außerhalb der Gewindenut der Spindelmutter angeordnet ist.
Bezugszahlen
Spindel
Spindelmutter
Kugel
Gewindebahn
Gewindenut
Gewindenut
Umlenkkanal gotisches Profil gotisches Profil
Umlenkstück
Umlenknut

Claims

Patentansprüche
1. Kugelgewindetrieb mit einer auf einer Spindel (1 ) angeordneten Spindel- mutter (2), sowie mit in einer Kugelreihe angeordneten Kugeln (3), die in einer Gewindebahn (4) abrollbar angeordnet sind, wobei die Gewindebahn (4) durch eine an der Spindel (1 ) ausgebildete Gewindenut (5) und durch eine an der Spindelmutter (2) ausgebildete Gewindenut (6) begrenzt ist, wobei die in Kugelreihe angeordneten Kugeln (3) in einem Umlenkkanal (7) von einem Auslaufende hin zu einem Einlaufende einer gemeinsamen Windung der Gewindebahn (4) umgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilkreisendspiel der Kugelreihe kleiner oder gleich 0,3 Millimeter ist.
2. Kugelgewindetrieb mit einer auf einer Spindel (1 ) angeordneten Spindelmutter (2), sowie mit in einer Kugelreihe angeordneten Kugeln (3), die in einer Gewindebahn (4) abrollbar angeordnet sind, wobei die Gewindebahn (4) durch eine an der Spindel (1 ) ausgebildete Gewindenut (5) und durch eine an der Spindelmutter (2) ausgebildete Gewindenut (6) begrenzt ist, wobei die in Kugelreihe angeordneten Kugeln (3) in einem Umlenkkanal (7) von einem Auslaufende hin zu einem Einlaufende einer gemeinsamen Windung der Gewindebahn (4) umgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Steigung der Gewindebahn (4) zum Durchmesser der Kugeln (3) zwischen 1 ,02 und 1 ,2 liegt.
3. Kugelgewindetrieb mit einer auf einer Spindel (1) angeordneten Spindelmutter (2), sowie mit in einer Kugelreihe angeordneten Kugeln (3), die in einer Gewindebahn (4) abrollbar angeordnet sind, wobei die Gewindebahn (4) durch eine an der Spindel (1 ) ausgebildete Gewindenut (5) und durch eine an der Spindelmutter (2) ausgebildete Gewindenut (6) begrenzt ist, wobei die in Kugelreihe angeordneten Kugeln (3) in einem Umlenkkanal (7) von einem Auslaufende hin zu einem Einlaufende der Gewindebahn (4) umgelenkt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindenuten (5, 6) der Spindelmutter (2) und der Spindel (1 ) jeweils ein gotisches Profil (8,9) aufweisen, wobei ein Druckwinkel der Kugeln (3) im Kontakt mit dem goti- sehen Profil (8, 9) zwischen 15 und 35 Grad beträgt.
4. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 3, bei dem der Umlenkanal (7) von einer an der Spindelmutter (2) vorgesehenen Umlenknut (11 ) begrenzt ist, an der die Kugeln (3) abwälzen, wobei die Umlenknut (11 ) ein gotisches Profil auf- weist.
5. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 3, bei dem ein Druckwinkel der Kugeln (3) im Kontakt mit dem gotischen Profil der Umlenknut (11 ) zwischen 25 und 35 Grad beträgt.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 4, bei dem die Umlenknut (11) an einem Umlenkstück (10) ausgebildet ist, das in einer Ausnehmung der Spindelmutter (2) angeordnet ist.
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