WO2008053009A1

WO2008053009A1 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: WO2008053009A1
Application number: PCT/EP2007/061735
Authority: WO
Inventors: Juergen Osterlaenger; Birger Wollboldt; Gerd Sanewski; Andreas Von Rueling; Florin Dobre
Original assignee: Schaeffler Kg
Priority date: 2006-11-02
Filing date: 2007-10-31
Publication date: 2008-05-08
Also published as: DE102006051638A1

Abstract

Kugelgewindetrieb, umfassend eine mit einem Außengewinde versehene Spindel, eine mit einem Innengewinde mit gleicher Steigung versehene Mutter, in den durch Innen- und Außengewinde gebildeten Kugelkanälen laufende Kugeln, sowie eine oder mehrere Rücklaufeinrichtungen zum Rückführen der Kugeln vom Auslauf eines Kugelkanals zu dessen Einlauf, wobei die Mutter längsgeschlitzt ist und eine Einrichtung zum Verändern des Spiels zwischen Mutter und Spindel durch Verändern des Mutterdurchmessers vorgesehen ist, wobei der Längsschlitz (7) allseitig begrenzt, jedoch axial gesehen länger als das Innengewinde (5) ist, und in ihm die eine oder die mehreren Rücklaufeinrichtungen (8) angeordnet sind, wobei die Mutter (4) außenseitig eine Konusfläche (12) und ein Außengewinde (15) aufweist und die Einrichtung (10) zum Spielverändern eine Hülse (11) mit einer innenseitigen Konusfläche (13) und einem Innengewinde (16) ist.

Description

Beschreibung der Erfindung

Kugelgewindetrieb

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, umfassend eine mit einem Au- ßengewinde versehene Spindel, eine mit einem Innengewinde mit gleicher Steigung versehene Mutter, in den durch Innen- und Außengewinde gebildeten Kugelkanälen laufende Kugeln, sowie eine oder mehrere Rücklaufeinrichtungen zum Rückführen der Kugeln vom Auslauf eines Kugelkanals zu dessen Einlauf, wobei die Mutter längsgeschlitzt ist und eine Einrichtung zum Verän- dem des Spiels zwischen Mutter und Spindel durch Verändern des Mutterdurchmessers vorgesehen ist.

Hintergrund der Erfindung

Ein solcher Kugelgewindetrieb ist beispielsweise aus DE 42 30 019 C1 bekannt. Die Mutter ist dort als großvolumiger, mehreckiger Mutterkörper ausgeführt, der einen von der Innengewindeseite her in den Mutterkörper laufenden, im Mutterkörperrand nah endenden Längsschlitz und eine die Längsschlitz- ebene vertikal durchsetzende Schraube aufweist. Der Längsschlitz verläuft über die gesamte axiale Länge des Mutternkörpers. Um das Spiel zwischen der Mutter und der Spindel bzw. den Kugeln und die Vorspannung der Kugeln variieren zu können, besteht nun über die Schraube in Verbindung mit dem Längsschlitz die Möglichkeit, den Mutterdurchmesser zu variieren. Da die Schraube sich axial gesehen in der Mitte des Mutternkörpers befindet, und der Längs- schlitz darüber hinaus randseitig nicht durchläuft, mithin also eine randseitige Materialbrücke am Schlitzende verbleibt, kann es zu einer unsymmetrischen Verspannung kommen. Darüber hinaus verläuft die Kugelrückführung durch den Mutternkörper selbst, dieser ist also entsprechend zur Ausbildung der Rückführkanäle zu bearbeiten.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, einen Kugelgewindetrieb anzugeben, der eine möglichst symmetrische Verspannung der Mutter bei gleichzeitiger hinreichender axialer Steifheit der Mutter und Einfachheit im Aufbau ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Längsschlitz allseitig begrenzt, jedoch axial gesehen länger als das Innengewinde ist, und in ihm die eine oder die mehreren Rücklaufeinrichtungen angeordnet sind, wobei die Mut- ter außenseitig eine Konusfläche und ein Außengewinde aufweist und die Einrichtung zum Spielverändern eine Hülse mit einer innenseitigen Konusfläche und einem Innengewinde ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb ist die Mutter mit einem in seiner Länge begrenzten Längsschlitz versehen, der sich also axial gesehen nicht über die gesamte Mutternlänge erstreckt, sondern nach Art einer geschlossenen Längsnut ausgeführt ist. In ihm befinden sich separate Rücklaufeinrichtungen, die in den Längsschlitz eingesetzt und dort über eine Rasthalte- rung oder Verklebung etc. gehalten sind. Das heißt, dass anders als bei dem bekannten Kugelgewindetrieb die Mutter lediglich mit einem Längsschlitz zu versehen ist, etwaige Bearbeitungen zur Herausarbeitung der Kugelrücklaufeinrichtungen sind nicht erforderlich. Darüber hinaus kommt dem Längsschlitz bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb eine Doppelfunktion zu, nämlich zum einen die Erzeugung einer ausreichenden Elastizität der Mutter, um sie verspannen zu können, zum anderen als Aufnahmeraum für die Rücklaufeinrichtungen, anders als dies beim Längsschlitz im Stand der Technik ist, der sich unmittelbar im Tragbereich der Kugeln befindet. Zum Verspannen der Mutter ist erfindungsgemäß eine Konusspanneinrichtung vorgesehen. Zu diesem Zweck ist die Mutter außenseitig konisch ausgeführt und weist ein Außengewinde auf. Zum Verspannen kommt eine separate Spannhülse zum Einsatz, die an ihrer Innenseite konisch ausgeführt ist und ein entsprechendes Innengewinde aufweist. Die Hülse wird auf die Mutter aufgeschraubt, die Verspannung erfolgt je nachdem, wie weit die Hülse aufgeschraubt wird, über die zusammenwirkenden Konusflächen. Hieraus ergibt sich zwangsläufig, dass keine quasi punktuelle Verspannung bzw. Krafteinleitung zum Verspannen erfolgt, sondern eine flächige Krafteinleitung, so dass insgesamt eine weitgehend symmetrische Verspannung in dem Bereich, in dem die Kugeln laufen, erreicht wird.

In Weiterbildung der Erfindung kann in der Fuge zwischen den beiden Konus- flächen ein Gleitlager mit geringem Reibkoeffizienten oder ein Wälzlager vorgesehen sein. Als ein solches Wälzlager wird zweckmäßigerweise ein Schrägnadellager verwendet, dessen Neigungswinkel natürlich dem Konuswinkel entspricht. Das Schrägnadellager selbst ist zweckmäßigerweise über ein Sicherungselement, insbesondere einen Bord gegen eine Axialbewegung fixiert, so dass es während der Aufschraubbewegung der Hülse nicht wandert.

Nachdem die Rücklaufeinrichtungen, die im Längsschlitz angeordnet sind, von der Konushülse übergriffen sind, ist zweckmäßigerweise die Außenfläche der Kugelrücklaufeinrichtung(en) im Wesentlichen der Außenform der Mutter ent- sprechend ausgeführt, so dass die Rücklaufeinrichtungen bevorzugt flächenbündig in der Außenfläche der Mutter liegen und ohne weiteres beispielsweise von dem Schrägnadellager überrollt werden können. Zu diesem Zweck sind bevorzugt auch die Kanten des Längsschlitzes zu der Konusfläche hin ange- fast.

Des Weiteren ist zweckmäßigerweise eine Verdrehsicherung für die Hülse vorgesehen, so dass diese in der jeweiligen Verdrehstellung auch sicher fixiert ist und sich nicht unbeabsichtigt zurückdreht, was dazu führen würde, dass die vorher gewählte Einstellung des Spiels bzw. der Vorspannung wieder aufgehoben werden würde. Diese Verdrehsicherung kann beispielsweise in Form eines Sicherungslackes ausgeführt sein, denkbar ist aber auch ein durch Umformung erzeugter mechanischer Formschlussabschnitt, beispielsweise durch Verstem- men ausgebildet.

Der Konuswinkel der jeweiligen Fläche - und damit auch der Neigungswinkel des Schrägnadellagers - sollte zwischen 0,1 ° und 12°, insbesondere zwischen 0,2° und 10° betragen. Das Gewinde an der Mutter und der Hülse sollte ein Feingewinde sein, um eine möglichst feine Spieleinstellung zu ermöglichen. Zu diesem Zweck ist es auch zweckmäßig, wenn an der Hülse ein Angriffsabschnitt für ein Werkzeug, insbesondere eine Maulschlüsselfläche vorgesehen ist, um das Torsionsmoment von außen aufzubringen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand des Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Die Figuren sind schematische Darstellungen und zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs,

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, des Kugelgewindeantriebs aus Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Schnittansicht durch die Mutter, und

Fig. 4 eine Schnittansicht durch die Hülse. Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb 1 umfassend eine Spindel 2, die ein Außengewinde 3 aufweist. Die Spindel 2 ist von einer Mutter 4 übergriffen, die ein Innengewinde 5 aufweist. Zwischen Außengewinde 3 und Innengewinde 5 werden Kugelkanäle gebildet, in denen Kugeln 6 laufen. Der grundsätzliche Aufbau eines Kugelgewindetriebs ist hinlänglich bekannt und bedarf keiner näheren Erläuterung.

Die Mutter 4 weist einen Längsschlitz 7 auf, der im gezeigten Ausführungsbeispiel axial verläuft, jedoch auch unter einem Winkel hierzu verlaufen könnte. In jedem Fall ist er aber länger ist als die axiale Länge des Innengewindes 5, er erstreckt sich also über das Innengewinde 5 hinaus. In dem Längsschlitz 7 ist, im gezeigten Beispiel nur gestrichelt angedeutet, ein oder mehrere Kugelrück- laufeinrichtungen 8 angedeutet, über die die Kugeln 6 vom Auslauf eines Kugelkanals zu dessen Einlauf in bekannter Weise zurückgesetzt werden. Bei der oder den Kugelrücklaufeinrichtungen - an einem gemeinsamen Bauteil können auch mehrere Rücklaufeinrichtungen integriert sein - handelt es sich bevorzugt um ein aus Kunststoff gefertigtes Bauteil, das über geeignete Rast- oder Klemmabschnitte etc. in dem Längsschlitz 7 aufgekommen ist. Über entsprechende Einfädel- und Ausfädelabschnitte an einer Rücklaufeinrichtung werden die Kugeln aufgenommen bzw. ausgeführt. Das Teil kann als einfaches Kunststoffspritzteil hergestellt werden. Die Außenfläche der Kugelrücklaufeinrichtungen ist so ausgeführt, dass sie bevorzugt flächenbündig in der Ebene der Au- ßenfläche 9 der Mutter 4 liegen, so dass sich dort also keine Stufen ergeben, wobei bevorzugt die Randkanten des Längsschlitzes ebenfalls leicht angefast sind. Dem Längsschlitz 7 kommt hier also nicht nur die Funktion zu, eine Elastizität der Mutter in ihrem mittleren, das Innengewinde aufweisenden Bereich zu gewährleisten, sondern er dient auch als Aufnahmeraum für die Kugelrück- laufeinrichtungen. Wie beschrieben wird über den Längsschlitz 7 eine gewisse Elastizität der Mutter in ihrem mittleren, das Innengewinde 5 aufweisenden Bereich zur Verfügung gestellt. Infolge der axialen Begrenzung des Längsschlitzes ist die Mutter in daran angrenzenden Bereichen hinreichend steif, das heißt, die Verformung zur Variation des Spiel beschränkt sich ausschließlich auf den Längsschlitzbe- reich.

Um nun die Mutter 4 in ihrem Durchmesser variieren zu können, und so das Spiel zwischen Spindel und Mutter bzw. zu den Kugeln bzw. deren Vorspan- nung einstellen zu können, ist eine Verspanneinrichtung 10 umfassend eine Hülse 11 vorgesehen. Diese ist in ihrer Länge so bemessen, dass sie sich über den wesentlichen Teil des Innengewindes 5 der Mutter 4 erstreckt. Die Verspannung erfolgt über zusammenwirkende Konusflächen. Zu diesem Zweck weist zum einen die Mutter 4 an ihrer Außenseite 9 eine Konusfläche 12 auf, deren Winkel bevorzugt zwischen 0,2° und 10° beträgt. Eine entsprechend ausgeformte und im Winkel bemessene Konusfläche 13 ist an der Innenseite der Hülse 11 ausgebildet. Im gezeigten Beispiel ist zwischen den beiden Konusflächen 12, 13 ein Schrägnadellager 14 angeordnet, auf dem die durch Verdrehen zu verspannende Hülse 11 läuft. Zum Verspannen der Hülse 11 weist die Mutter 4 an ihrem einen Ende ein Außengewinde 15 und die Hülse an einem entsprechenden Ende ein Innengewinde 16 auf. Das heißt, die Hülse 11 wird auf die Mutter 4 aufgeschraubt. Mit zunehmender Verschraubung legt sich die Konusfläche 13 an das Schrägnadellager 14, das über einen Bund 17 gegen eine axiale Verschiebung gesichert ist, an. Mit zunehmendem Aufschrau- ben wird das Schrägnadellager 14 und damit die Mutter 4 über die aufeinander laufenden Konusflächen 12, 13 immer stärker belastet und verspannt. Hieraus resultiert eine Einfederung bzw. Änderung des Mutterndurchmesssers im elastischen Abschnitt, also im Bereich des Längsschlitzes 7 und damit im Bereich der Kugellaufabschnitte, so dass dort das Spiel äußerst exakt eingestellt wer- den kann. Je nach Ausgestaltung des Gewindes, gebildet aus dem Außengewinde 15 und dem Innengewinde 16, bei denen es sich bevorzugt um ein Feingewinde bevorzugt mit einer Steigung 1 handelt, engt sich bei einer Umdre- hung um einen bestimmten Drehwinkel, beispielsweise 180°, die Mutter um mehrere μm ein.

Um die Hülse 11 entsprechend verspannen bzw. das erforderliche Torsions- moment aufbringen zu können, sind an ihr zwei seitliche Abschnitte 18 vorgesehen, die im gezeigten Beispiel den Angriff eines Maulschlüssels zulassen. Die Hülse selbst wird gegen ein Rückdrehen gesichert, beispielsweise über einen nach Einstellung des Spiels aufzubringenden Sicherungslack oder durch Setzen einer mechanischen Arretierung, beispielsweise in Form eines erzeug- ten mechanischen Formschlussabschnitts durch Umbördelung oder dergleichen.

In jedem Fall erfolgt eine symmetrische Verspannung bzw. Belastung der Mutter 4 über die Konusverspannung in Verbindung mit dem Längsschlitz 7, der mindestens so lang ist wie die Konusflächen bzw. das Schrägnadellager, über das die Spannkraft von der Hülse in die Mutter eingeleitet wird, wobei im gezeigten Beispiel der Längsschlitz sogar deutlich länger ist als das Schrägnadellager 14.

Bezugszahlen

1 Kugelgewindetrieb

2 Spindel

3 Außengewinde

4 Mutter

5 Innengewinde

6 Kugeln

7 Längsschlitz

8 Kugelrücklaufeinrichtungen

9 Außenfläche

10 Verspanneinrichtung

11 Hülse

12 Konusfläche

13 Konusfläche

14 Schrägnadellager

15 Außengewinde

16 Innengewinde

17 Bund

18 seitliche Abschnitte

Claims

Patentansprüche

1. Kugelgewindetrieb, umfassend eine mit einem Außengewinde ver- sehene Spindel, eine mit einem Innengewinde mit gleicher Steigung versehene Mutter, in den durch Innen- und Außengewinde gebildeten Kugelkanälen laufende Kugeln, sowie eine oder mehrere Rücklaufeinrichtungen zum Rückführen der Kugeln vom Auslauf eines Kugelkanals zu dessen Einlauf, wobei die Mutter längsgeschlitzt ist und eine Einrichtung zum Verändern des Spiels zwischen Mutter und Spindel durch Verändern des Mutterdurchmessers vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Längsschlitz (7) allseitig begrenzt, jedoch axial gesehen länger als das Innengewinde (5) ist, und in ihm die eine oder die mehreren Rücklaufeinrichtungen (8) angeordnet sind, wobei die Mutter (4) außenseitig eine Konusfläche

(12) und ein Außengewinde (15) aufweist und die Einrichtung (10) zum Spielverändern eine Hülse (11 ) mit einer innenseitigen Konusfläche (13) und einem Innengewinde (16) ist.

2. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in der Fuge zwischen den beiden Konusflächen (12, 13) ein Gleitlager oder ein Wälzlager (14) vorgesehen ist.

3. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager ein Schrägnadellager (14) ist.

4. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schrägnadellager (14) über ein Sicherungselement, insbesondere einen Bord (17) gegen eine Axialbewegung fixiert ist.

5. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche der Kugelrücklaufeinrichtung(en) (8) im wesentlichen der Außenform der Mutter (4) entspricht und insbesondere flächenbündig in der Außenfläche (9) der Mutter liegt.

6. Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Kanten des Längsschlitzes (7) zur Konusfläche (12) hin angefast sind.

7. Kugelgewindetrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehsicherung für die Hülse (11 ) vorgesehen ist.

8. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung ein Sicherungslack oder ein durch Umformung erzeugter mechanischer Formschlussabschnitt ist.

9. Kugelgewindetrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Konuswinkel der jeweiligen Fläche (12, 13) zwischen 0,1 ° und 12°, insbesondere zwischen 0,2° und 10° beträgt.

10. Kugelgewindetrieb nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Hülse (11 ) ein Angriffsabschnitt (18) für ein Werkzeug, insbesondere eine Maulschlüsselfläche vorgesehen ist.