WO2018192600A1

WO2018192600A1 - Wälzgewindetrieb

Info

Publication number: WO2018192600A1
Application number: PCT/DE2018/100106
Authority: WO
Inventors: Renato DE PAULA
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2017-04-20
Filing date: 2018-02-08
Publication date: 2018-10-25
Also published as: DE102017108370B4; DE102017108370A1

Abstract

Ein Wälzgewindetrieb umfasst eine Gewindespindel (2), eine Spindelmutter (4), sowie zwischen der Gewindespindel (2) und der Spindelmutter (4) abrollende Wälzkörper (7), welche in einem Käfig (8) geführt sind, wobei der Käfig (8) in mindestens in einer axialen Richtung gegenüber der Spindelmutter angefedert ist. Zur Anfederung des Käfigs (8) sind mehrere, an der an der Stirnseite des Käfigs (8) nicht miteinander verbundene Federelemente (19) an den Käfig (8) angeformt.

Description

Wälzgewindetrieb

Die Erfindung betrifft einen Wälzgewindetrieb, insbesondere Kugelgewindetrieb, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

Ein derartiger Wälzgewindetrieb ist aus der JPS 54120366 A bekannt. Der bekannte Wälzgewindetrieb, nämlich Kugelgewindetrieb, weist eine Spindelmutter auf, in welcher ein Käfig, in dem Kugeln geführt sind, beschränkt in Linearrichtung verlagerbar ist. Zur Begrenzung des Verlagerungsbereichs des Käfigs in axialer Richtung befinden sich im Bereich der beiden Stirnseiten der Spindelmuttern Scheiben, die als Stopper bezeichnet werden. Fährt der Käfig gegen einen Stopper, so schlägt ein durch den Käfig gebildeter Ring am Stopper an. Der Ring ist über nachgiebige, ebenfalls unmittelbar durch den Käfig gebildete Stege, welche als Federelemente fungieren, mit dem hülsenförmigen, die Kugeln führenden Bereich des Käfigs verbunden. An beiden

Stirnseiten des Käfigs befindet sich jeweils eine solche Federvorrichtung, die integraler Bestandteil des Käfigs ist. Die Federwege sind derart bemessen, dass die Federwirkung nur in einem Teil des Verlagerungsbereichs des Käfigs gegeben ist. Im übrigen Verlagerungsbereich des Käfigs sind die Federvorrichtungen voll expandiert.

Ein weiterer Wälzgewindetrieb ist aus der WO 2016/1 19784 A1 bekannt. Dieser Wälzgewindetrieb ist ebenfalls als Kugelgewindetrieb ausgebildet, wobei die Kugeln in einem Käfig geführt sind. Der Käfig ist als Ganzes durch die Kraft mindestens einer Schraubenfeder belastet. Zwischen die Schraubenfeder und den Käfig ist eine Kugel geschaltet. Diese Kugel kann übereinstimmend mit den übrigen Kugeln, das heißt Wälzkörpern, des Kugelgewindetrieb dimensioniert sein und damit ebenfalls als lasttragende Kugel fungieren. Alternativ ist es möglich, die Kugel, über welche der Käfig an der Schraubenfeder abgestützt ist, kleiner als die übrigen Kugeln des Gewindetriebs zu dimensionieren. In jedem Fall ist durch die Kugel eine definierte Krafteinlei- tung von der Feder in den Käfig gegeben. Die Anwendung von elektromechanisch betätigten Kugelgewindetrieben bei Fahrzeugbremsen ist beispielsweise in den Dokumenten DE 10 2008 032 819 A2 und US 2009/0283371 A1 beschrieben. In beiden Fällen ergänzt der elektrisch angetrieben Kugelgewindetrieb als Teil einer Feststellbremse eine hydraulisch betätigte Be- triebsbremse eines Kraftfahrzeugs.

Generell handelt es sich bei einem Gewindetrieb, insbesondere Wälzgewindetrieb, um ein Getriebe, welches eine Rotation in eine lineare Bewegung umsetzt. Hierbei kann entweder die Gewindespindel oder die Spindelmutter des Gewindetriebs als rotieren- des Teil fungieren. Je nach Auslegung des Gewindetriebs kann auch eine Umsetzung einer Linearbewegung in eine Rotation eines der Getriebeteile, das heißt entweder der Spindelmutter oder der Gewindespindel, vorgesehen sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen unter anderem für eine Fahrzeug- bremse geeigneten Wälzgewindetrieb gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten weiterzuentwickeln, wobei zugleich ein kompakter und robuster Aufbau des Gewindetriebs gegeben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Der Wälzgewindetrieb weist in an sich bekannter

Grundkonzeption eine Gewindespindel und eine Spindelmutter auf, zwischen welchen Wälzkörper abrollen, die in einem Käfig geführt sind, der in mindestens einer Richtung angefedert ist. Zur Anfederung des Käfigs ist eine Federvorrichtung als integraler Bestandteil des Käfigs ausgebildet. Erfindungsgemäß liegt die Federvorrichtung in Form einer Mehrzahl an separaten, frei auslaufenden Federelementen vor, wobei die Federelemente dem Käfig zuzurechnen sind. Bei den Federelementen handelt es sich also um Elemente mit freien Enden, die dazu vorgesehen sind, direkt an einer Anschlagskontur der Spindelmutter anzuschlagen. Die Federelemente haben eine langgestreckte, nicht notwendigerweise gerade Form. Beispielsweise kann jedes Federelement eine S-Form oder Schlangenform aufweisen, wobei das eine Ende des S- oder schlangenförmigen Federelementes stoffschlüssig mit dem übrigen, zylindrischen, die Wälzkörper führenden Bereich des Käfigs verbunden ist, während das andere Ende des Federelementes ein freies Ende darstellt, wel- ches nicht mit sonstigen Komponenten des Wälzgewindetriebs verbunden ist.

Es hat sich gezeigt, dass die Gestaltung der Federvorrichtung mit freien Enden einzelner Federelemente fertigungstechnische Vorteile, beispielsweise hinsichtlich der Gestaltung von Werkzeugen oder der Entform barkeit, mit sich bringt, ohne Einschrän- kungen hinsichtlich der Funktionalität, etwa in Form eines denkbaren Sperrens von Federelementen beim Anschlagen an die Spindelmutter, in Kauf nehmen zu müssen.

In bevorzugter Ausgestaltung sind die Federelemente als gegenüber der Tangentialrichtung des Käfigs schräggestellte Federzungen ausgebildet. Die Tangentialrichtung ist durch einen zur Mittelachse des Wälzgewindetriebs konzentrischen Kreis beschrieben, welcher auf der Oberfläche eines Zylinders liegt, der mit der Mantelfläche des Käfigs zusammenfällt. Die Federelemente ragen radial nach außen vorzugsweise nicht über diese Mantelfläche hinaus. In analoger Weise ragen die Federelemente auch radial nach innen nicht über die innere Wandung des Käfigs hinaus. Der gesam- te Käfig einschließlich der Federelemente ist rationell als einstückiges Stanz-Biegeteil, vorzugsweise mit einheitlicher Wandstärke, herstellbar. Die einheitliche Wandstärke entspricht hierbei der Ausdehnung der Federelemente in radialer Richtung des Wälzgewindetriebs. Stoßstellen des als Stanz-Biegeteil hergestellten Käfigs können durch Verschweißung, beispielsweise Laser-Verschweißung, stabilisiert sein. Prinzipiell ist auch eine Fertigung des Käfigs aus Kunststoff möglich, wobei auch in diesem Fall die Federelemente integrale Bestandteile des Käfigs darstellen.

Die Federzungen des Käfigs sind beispielsweise mit der gleichen Orientierung wie die Wälzkörperlaufbahnen der Gewindespindel sowie der Spindelmutter gegenüber der Tangentialrichtung des Käfigs schräggestellt. Hierbei ist der Schrägstellungswinkel der Federzungen vorzugsweise größer als der Schrägstellungswinkel der Wälzkörperlaufbahnen. Dies bedeutet, dass jede Federzunge zumindest einen kurzen Abschnitt einer Schraubenlinie beschreibt, deren Steigung größer als die Steigung der schraubenförmigen Wälzkörperlaufbahnen ist. Dies gilt sowohl bei Ausführung der Wälzkörperlaufbahnen als eingängiges Gewinde als auch bei Ausbildung der Wälzkörperlaufbahnen in Form eines mehrgängigen Gewindes.

Die Federzungen, welche an einer Stirnseite des Käfigs unmittelbar durch diesen gebildet sind, sind vorzugsweise gleichmäßig an dessen Umfang verteilt. Hierbei kann es sich um 12 oder mehr Federzungen, beispielsweise um 15 oder 18 oder eine größere Zahl an Federzungen handeln. In jedem Fall sind die Federzungen vorzugsweise gleichmäßig am Umfang des Käfigs verteilt.

In bevorzugter Ausgestaltung weist der Käfig an genau einer seiner Stirnseiten Federzungen auf, wogegen er auf seiner gegenüberliegenden Stirnseite durch die Kraft einer Feder, insbesondere in Form einer Schraubenfeder, die in den zwischen die Ge- windespindel und die Spindelmutter gebildeten Gewindegang eingelegt ist, beaufschlagt ist.

Bei den Wälzkörpern des Gewindetriebs handelt es sich vorzugsweise um Kugeln. Auch Wälzkörper sonstiger Geometrie, beispielsweise rollenförmige Wälzkörper, ins- besondere in Form von Zylinderrollen oder Nadeln, sind prinzipiell für die Verwendung in dem Wälzgewindetrieb geeignet. In jedem Fall ist der Wälzgewindetrieb vorzugsweise als Gewindetrieb ohne Wälzkörperrückführung gestaltet. Der Wälzgewindetrieb ist beispielsweise zur Verwendung in einer Betriebsbremse oder einer Feststellbremse eines Kraftfahrzeugs geeignet. Ebenso ist der Wälzgewindetrieb für stationäre An- Wendungen, beispielsweise in der Robotik oder in der Gebäudetechnik, geeignet.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

einen Wälzgewindetrieb in einer geschnittenen Darstellung, Fig. 2 den Wälzgewindetrieb in einer perspektivischen, geschnittenen Ansicht,

Fig. 3 und 4 einen Käfig des Wälzgewindetriebs,

Fig. 5 den Wälzgewindetrieb in Explosionsdarstellung.

Bei einem insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneten Wälzgewindetrieb handelt es sich um eine Komponente eines nicht weiter dargestellten Aktuators einer Bremse eines Kraftfahrzeugs. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus solcher Aktua- toren wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.

Eine Gewindespindel 2 des Wälzgewindetriebs 1 ist elektrisch antreibbar, wobei eine Anschlusskontur der Gewindespindel 2 mit 3 bezeichnet ist. Die Anschlusskontur 3 kann direkt mit der Motorwelle eines Elektromotors gekoppelt sein. Alternativ ist es möglich, die Gewindespindel über ein nicht dargestelltes Getriebe, beispielsweise Schneckengetriebe, oder über eine mehrstufige Getriebeanordnung elektrisch anzutreiben.

Die mit 4 bezeichnete Spindelmutter des Wälzgewindetriebs 1 ist auf der Gewindespindel 2 in verdrehgesicherter Weise linear verlagerbar. Ein Gewindegang der Gewindespindel 2 ist mit 5; ein Gewindegang der Spindelmutter 4 mit 6 bezeichnet. Durch die Gewindegänge 5, 6 ist ein schraubenförmiger Kanal in Form eines eingängigen Gewindes beschrieben. In diesem Kanal rollen Kugeln als Wälzkörper 7 ab, die in einem Käfig 8, der in den Fig. 3 und 4 isoliert dargestellt ist, geführt sind. Der Käfig 8 weist eine Vielzahl kreisrunder Taschen 9 auf, in denen sich jeweils ein Wälzkörper 7 befindet. Wird der Wälzgewindetrieb 1 in Hauptlastrichtung betätigt, so bedeutet dies, bezogen auf die Anordnung nach Fig. 1 , eine Verschiebung der Spindelmutter 4 nach links. Die entgegengesetzte Verstellrichtung wird als Rückhub bezeichnet. Wäh- rend des Hubs sowie Rückhubs ist die Spindelmutter 4 beschränkt innerhalb der Spindelmutter 4 in deren Axialrichtung verlagerbar.

Zur Lagerung der Gewindespindel 2 in axialer Richtung ist ein Axiallager 10 vorgese- hen, welches zwischen einem Ring 1 1 , an welchem sich die Gewindespindel 2 abstützt, und einer gehäusefesten Scheibe 12 angeordnet ist. Wälzkörper, nämlich Rollen, des Axiallagers 10 sind mit 13, ein die Rollen 13 führender Lagerkäfig mit 14 bezeichnet. Ein zwischen dem Axiallager 10 und dem Ring 1 1 befindlicher federnder Zwischenring ist mit 15 bezeichnet.

Wird der Käfig 8 innerhalb der Spindelmutter 4 in Axialrichtung verlagert, so können verschiedene Kräfte auf diesen wirken. Auf derjenigen Stirnseite des Käfigs 8, welche dem Axiallager 10 zugewandt ist, schließt an den Käfig 8 eine Schraubenfeder 16 an, welche die durch die Wälzkörper 7 sowie die Gewindegänge 5, 6 beschriebene Schraubenlinie fortsetzt und mit ihrem einen Ende an der Spindelmutter 4 abgestützt ist. Am gegenüberliegenden Ende stützt sich die Schraubenfeder 16 an einem Absatz 17 ab, welcher durch den Käfig 8 gebildet ist. In nicht dargestellter Weise kann zwischen den Absatz 17 und die Schraubenfeder 16 ein Wälzkörper, insbesondere in Form einer weiteren Kugel 7, eingelegt sein. Durch die Schraubenfeder 16 wird die Positionierung des Käfigs 8 in Betriebsphasen des Wälzgewindetriebs 1 beeinflusst, in welchem dieser in Rückhubrichtung, das heißt entgegen seiner Hauptbelastungsrichtung, verstellt wird.

Während diejenige Stirnseite des Käfigs 8, an welche die Schraubenfeder 16 an- schließt, schraubenförmig gestaltet ist, wie insbesondere aus den Figuren 3 und 4 hervorgeht, liegt die gegenüberliegende Stirnseite des Käfigs 8 im Wesentlichen in einer einzigen, zur Rotationsachse der Gewindespindel 2 normalen Ebene. In einer hierzu parallelen Ebene liegt eine ringförmige Anschlagfläche 18, welche unmittelbar durch die Spindelmutter 4 an deren Innenumfangsfläche gebildet ist. Im Betriebszu- stand nach Fig. 1 hat der Käfig 8 einen geringen Abstand von der Anschlagfläche 18. Der Anschlagfläche 18 liegen hierbei Federelemente 19 gegenüber, welche unmittelbar durch den Käfig 8 gebildet sind und die Form von frei auslaufenden Federzungen haben. Jede Federzunge 19 ist hierbei gegenüber der Tangentialrichtung, die durch die Ausrichtung der ringförmigen Anschlagfläche 18 gegeben ist, schräggestellt. Insgesamt sorgen die Federelemente 19, welche jeweils genau ein freies Ende haben, dafür, dass der Käfig 8 federnd, nämlich mit den freien Enden der Federelemente 19, an der Anschlagfläche 18 der Spindelmutter 4 anschlagen kann. Somit ist in beiden Verstellrichtungen des Käfigs 8, was Verstellungen gegenüber der Spindelmutter 4 betrifft, eine gefederte Abstützung des Käfigs 8 gegeben. Die durch die Schraubenfeder 16 realisierte gefederte Abstützung ist hierbei über den gesamten Verstellbereich des Käfigs 8 gegeben, während die durch die Federelemente 19 gegebene weiche Abstützung nur in einem Teilbereich des Verstellbereichs des Käfigs 8 wirksam ist.

Bezuqszeichenliste

Wälzgewindetrieb

Gewindespindel

Anschlusskontur

Spindelmutter

Gewindegang der Gewindespindel

Gewindegang der Spindelmutter

Wälzkörper, Kugel

Käfig

Tasche

Axiallager

Ring

gehäusefeste Scheibe

Rolle

Lagerkäfig

Zwischenring

Schraubenfeder

Absatz

Anschlagfläche

Federelement, Federzunge

Claims

Patentansprüche

1 . Wälzgewindetrieb, mit einer Gewindespindel (2), einer Spindelmutter (4), sowie zwischen der Gewindespindel (2) und der Spindelmutter (4) abrollenden Wälzkörpern (7), welche in einem Käfig (8) geführt sind, wobei der Käfig (8) in mindestens einer axialen Richtung gegenüber der Spindelmutter (4) durch eine als Bestandteil des Käfigs (8) ausgebildete Federvorrichtung angefedert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Anfederung des Käfigs (8) vorgesehene Federvorrichtung in Form einer Mehrzahl an frei auslaufenden Federelementen (19) ausgebildet ist.

2. Wälzgewindetrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (19) als gegenüber der Tangentialrichtung des Käfigs (8) schräg gestellte Federzungen ausgebildet sind.

3. Wälzgewindetrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (19) weder radial nach außen noch radial nach innen über die Mantelfläche des Käfigs (8) hinausragen.

4. Wälzgewindetrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen (19) mit der gleichen Orientierung wie die als Gewindegänge (5,6) ausgebildeten Wälzkörperlaufbahnen der Gewindespindel (2) sowie der Spindelmutter (4) gegenüber der Tangentialrichtung des Käfigs (8) schräg gestellt sind.

5. Wälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) mindestens 18 Federzungen (19) an einer seiner Stirnseiten aufweist.

6. Wälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) an genau einer seiner Stirnseiten Federzungen (19) aufweist, wobei der Käfig (8) auf seiner gegenüberliegenden Stirnseite durch die Kraft einer Schraubenfeder (16) beaufschlagt ist.

7. Wälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (8) als Stanz-Biegeteil ausgebildet ist.

8. Wälzgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Kugeln als Wälzkörper (7) vorgesehen sind.