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Die Erfindung betrifft einen Spindeltrieb mit einer um eine Drehachse angeordneten, drehangetriebenen und axial fest angeordneten ersten Hülse und einer koaxial zu dieser drehfest und axial verlagerbar angeordneten zweiten Hülse sowie einem zwischen beiden Hülsen angeordneten Wälzantrieb mit einer zwischen zwei Axialanschlägen einer Hülse mit Axialspiel aufgenommenen Formfeder und zwischen zwei Windungen radial eingreifenden und abhängig von der Verlagerungsrichtung zu einer Windung einen Wälzkontakt ausbildenden, auf einer Laufbahn der anderen Hülse abwälzenden, über den Umfang verteilten Kugeln.
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Spindeltriebe sind Getriebe, welche eine Drehbewegung in eine axiale Bewegung umwandeln. Hierzu ist auf einem Gewinde einer Spindel eine Spindelmutter verdrehbar aufgenommen. Je nach erwünschter Kinematik kann die Spindel oder die Spindelmutter drehangetrieben und axial fest gehalten werden, so dass das andere Bauteil Spindel oder Spindelmutter bei drehfester Anordnung axial verlagert wird. Zur Verminderung der Reibung kann das Gewinde durch eine Wälzlagerung ersetzt werden, wobei Spindel und Spindelmutter jeweils Laufbahnen für Kugeln ausbilden, die an einer Seite des Spindeltriebs bei Drehantrieb unter Bildung eines Kugelumlaufspindeltriebs entnommen und über einen Kugelkanal an der anderen Seite wieder zugeführt werden. Derartige Spindeltriebe kommen insbesondere in Anwendungen in Kraftfahrzeugen, beispielsweise bei der Betätigung von Reibungskupplungen und dergleichen zum Einsatz, wobei ein Bauteil von einem Elektromotor mit vergleichsweise geringer Leistung und hoher Drehzahl angetrieben wird und das andere Bauteil mit großer Übersetzung und daher großer Kraft axial verlagert wird.
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Um bei wälzender Verlagerung von Spindel und Spindelmutter einen vereinfachten Spindeltrieb ohne Kugelumlauf ausbilden zu können, werden in den Dokumenten
DE 100 33 649 A1 ,
DE 103 37 629 A1 ,
DE 10 2005 014 633 A1 und
DE 10 2006 001 575 A1 Spindeltriebe vorgeschlagen, bei denen ein Gewinde in Form einer Formfeder ausgebildet ist, in das zumindest ein einen Wälzkontakt ausbildender Wälzkörper radial zumindest teilweise eingreift. Hierbei werden an der Stelle der eingreifenden Wälzkörper die Windungen der Formfeder aufgespreizt. Die übrigen Windungen in Verlagerungsrichtung werden dabei gegenüber dem die Formfeder aufnehmenden Bauteil, beispielsweise eine Hülse auf Block verspannt, so dass das Bauteil axial bei Blocklage der Windungen verlagert wird, während sich die Wälzkörper bei Drehantrieb durch die Windungen schrauben. Die Wälzkörper können an einer weiteren Hülse aufgenommen sein, wobei der Drehantrieb beispielsweise in Form eines Elektromotors radial innerhalb der ineinander geschachtelten Hülsen angeordnet sein kann. Je nach erwünschter Kinematik kann die Hülse mit der Formfeder oder die Hülse mit den Wälzkörpern drehangetrieben und die andere Hülse entsprechend axial verlagert werden. Um einen einwandfreien Betrieb in jeweils eine von der Drehrichtung des Drehantriebs erfolgende axiale Verlagerungsrichtung zu erzielen, darf jeweils nur ein axial in Verlagerungsrichtung belasteter Wälzkontakt zu den Windungen der Formfeder auftreten, während ein zusätzlicher Antrieb der auf der anderen Seite der Blocklage angeordneten Windung zu erhöhter Reibung und schließlich zu einer Blockade des Spindelantriebs führen kann. Durch fertigungsbedingte Toleranzen treten in den Hülsen und der Formfeder Abweichungen auf, die einen sicheren Betrieb derartiger Spindeltriebe gefährden können.
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Um die nachfolgenden Windungen gegenüber den Kugeln kraftfrei stellen zu können, ist in der axialen Länge der auf Block gewickelten Windungen der Formfeder ein Axialspiel eingestellt, in das die Wälzkörper, beispielsweise Kugeln radial eingreifen. Das Axialspiel ist dabei so bemessen, dass von den Kugeln ein Wälzkontakt nur an der Seite der Windung in Verlagerungsrichtung ausgebildet wird, während an der rückliegenden Windung Spiel verbleibt oder ein Anlagekontakt ohne Kraftübertragung ausgebildet ist. Infolge von fertigungsbedingt vorhandenen Toleranzen, beispielsweise der Hülsenlänge und damit des Abstands zwischen den Axialanschlägen, des radialen Eingriffs der Kugeln in die Formfeder und dergleichen variiert das Axialspiel und muss mittels Distanzscheiben vorgegebener Stärke zwischen den Axialanschlägen exakt eingestellt werden. Dies ist fertigungstechnisch aufwendig und beispielsweise infolge einer Verwendung der aufgrund ähnlicher Distanzscheiben unterschiedlichen Stärken fehlerbehaftet.
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Aufgabe der Erfindung ist daher einen gattungsgemäßen Spindelantrieb vorzuschlagen, der gegenüber axialen Fertigungstoleranzen unempfindlich ist.
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Die Aufgabe wird durch einen Spindeltrieb mit einer um eine Drehachse angeordneten, drehangetriebenen und axial fest angeordneten ersten Hülse und einer koaxial zu dieser drehfest und axial verlagerbar angeordneten zweiten Hülse sowie einem zwischen beiden Hülsen angeordneten Wälzantrieb mit einer zwischen zwei Axialanschlägen einer Hülse mit Axialspiel aufgenommenen Formfeder und zwischen zwei Windungen radial eingreifenden und abhängig von der Verlagerungsrichtung zu einer Windung einen Wälzkontakt ausbildenden, auf einer Laufbahn der anderen Hülse abwälzenden, über den Umfang verteilten Kugeln gelöst, wobei die Formfeder an ihren Federenden fest an den Axialanschlägen aufgenommen ist und zwischen den Windungen dem Axialspiel und einer axialen Toleranz zwischen den Axialanschlägen entsprechende Abstände vorgehalten sind.
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Der Spindeltrieb ist dabei vorteilhafterweise so ausgebildet, dass bei Verdrehung der ersten Hülse beispielsweise mittels eines in den Spindeltrieb integrierten Elektromotors in eine vorgegebene Verlagerungsrichtung die Windungen zwischen den Kugeln und dem in Verlagerungsrichtung liegenden Axialanschlag auf Block vorgespannt sind und die den Kugeln in Verlagerungsrichtung nachfolgende Windung gegenüber den Kugeln kraftfrei ausgebildet ist.
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Die Windungen der Formfedern sind im eingebauten Zustand in der Hülse mit einer entsprechenden Steigung gegenüber der Drehachse versehen. Es hat sich dabei als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Einstellung der Abstände zwischen den Windungen diese Steigung größer als eine axiale Materialstärke der Formfeder ist. Hierbei entspricht die Steigung der Windungen bei auf Block angeordneten Windungen der axialen Stärke der Windungen, so dass bei Vergrößerung der Steigung besagte Abstände eingestellt werden.
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Zur Ausbildung eines effektiven Wälzantriebs der Formfeder und damit der dieser zugeordneten Hülse kann ein Querschnitt der Formfeder axial beidseitig kreissegementförmig einem Umfang der Kugeln nachgebildet sein und radial außen eine verbreiterte Basis zur Ausbildung der Blocklage der Windungen aufweisen. Weiterhin ist zur Ausbildung einer effektiven Wälzlage der Kugeln gegenüber den mit der entsprechenden Steigung versehenen Windungen die die Kugeln aufnehmende Laufbahn gegenüber einer Lotrechten zur Drehachse um die Steigung verkippt.
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Gemäß dem erfinderischen Gedanken wird hierzu die Formfeder so ausgebildet, dass sich zwischen bei den nicht auf Block liegenden Windungen jeweils Abstände einstellen, die in Summe das Axialspiel und einen maximalen Toleranzbereich abdecken. Bei minimaler Toleranz stellt sich hierbei das vorgegebene Axialspiel ein, bei maximaler Toleranz wird ein Abstand der der Verlagerungsbewegung abgewandten Windung gegenüber den Kugeln vergrößert. Die Formfeder kann dabei zwischen den Axialanschlägen axial unter Einstellung von Axialspiel und Kompensation der vorgegebenen Toleranz vorgespannt sein.
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Weiterhin kann die Formfeder mittels in Umfangsrichtung auf die Federenden wirkender Anschläge radial gegenüber einem Innenumfang der diese aufnehmenden Hülse vorgespannt sein. Hierdurch kann sich beispielsweise Reibung zwischen dem Außenumfang der Windungen und dem Innenumfang der die Formfeder aufnehmenden Hülse ausbilden, so dass bei einer Verlagerung der Kugeln die nicht auf Block liegenden Windungen, insbesondere die den Kugeln benachbarte Winde zu diesen infolge Reibung beabstandet bleibt.
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Die Formfeder kann an der drehangetriebenen Hülse aufgenommen sein, infolge der vermeidbaren Fliehkrafteinwirkung auf die Formfeder ist diese jedoch bevorzugt an der ersten, nicht drehenden und axial verlagerten Hülse aufgenommen. Entsprechend ist an der zweiten, drehangetriebenen Hülse die Laufbahn mit den dort aufgenommenen Kugeln vorgesehen. Zur Ausbildung eines axial kompakten Spindeltriebs kann hierbei die zweite Hülse radial innerhalb der ersten Hülse angeordnet und von einem Elektromotor angetrieben sein. Der Elektromotor kann radial innerhalb der radial inneren Hülse angeordnet und an einem Trägerteil fest aufgenommen sein. Insbesondere zur Ausbildung eines Zentralausrückers einer Reibungskupplung kann der Spindeltrieb samt Elektromotor um eine Getriebeeingangswelle eines Getriebes angeordnet sein, wobei an der axial verlagerbaren Hülse ein Ausrücklager zur Betätigung einer Tellerfeder der Reibungskupplung angeordnet ist. Entsprechend kann bei einer zugedrückten Reibungskupplung ein Einrücklager vorgesehen sein, welches eine Hebelfeder oder bei direkt betätigter Reibungskupplung einen Drucktopf axial verlagert.
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Die Erfindung wird anhand des in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:
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1 einen Teilschnitt durch einen erfindungsgemäßen Spindeltrieb,
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2 ein Detail der 1,
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3 eine Schrägansicht der in dem Spindeltrieb der 1 und 2 verwendeten Formfeder und
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4 einen Ausschnitt der Formfeder der 3 in Ansicht.
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Die 1 zeigt den nur teilweise dargestellten, um die Drehachse d angeordneten Spindeltrieb 1 mit der als Gehäuse ausgebildeten radial äußeren Hülse 2 und der radial innerhalb dieser angeordneten als Joch ausgebildeten inneren Hülse 3. Die Hülse 3 wird von einem nicht dargestellten, radial innerhalb der Hülse 3 angeordneten Elektromotor drehangetrieben und ist an dem hier nur systematisch dargestellten Trägerteil 4 mittels des doppelreihigen Wälzlagers 5 axial und radial fest aufgenommen. Die Hülse 2 nimmt zwischen den Axialanschlägen 6, 7 die Formfeder 8 auf, wobei der Axialanschlag 6 einteilig mit der Hülse 2 ausgebildet und der Axialanschlag 7 nach Einbringen der Formfeder 8 mit der Hülse 2 verschraubt ist.
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Zur Umsetzung der Drehbewegung der Hülse 3 in eine Axialverlagerungsbewegung abhängig von einem Drehantrieb dieser durch den Elektromotor in eine der beiden Drehrichtungen ist zwischen den Hülsen 2, 3 der Wälzantrieb 9 vorgesehen. Hierzu ist an dem Ringbord 10 der Hülse 3 die Laufbahn 11 angeordnet, in der über den Umfang verteilt die Kugeln 12 aufgenommen sind. Die Kugeln 12 greifen radial in das durch diese aufgespreizte Axialspiel 13 ein. Hierbei werden die in Verlagerungsrichtung längs der Drehachse d zwischen den Kugeln 12 und dem entsprechenden Axialanschlag 6, 7 liegenden Windungen 14 auf Block verpresst, so dass bei dem um die Drehachse d infolge der Drehbewegung der Hülse 3 erzwungenen Durchschrauben der Kugeln 12 durch die Windungen 14 eine Zwangsverlagerung der Hülse 2 gegenüber der Hülse 3 erfolgt. Auf der Hülse 2 sind – nicht dargestellte – Beaufschlagungsmittel, beispielsweise im Falle der erwünschten Betätigung einer Reibungskupplung ein Ausrücklager angeordnet.
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Das Axialspiel ist derart ausgelegt, dass die Kugeln 12 abhängig von der Drehrichtung jeweils nur an einer der Wälzflächen 15, 16 der Windungen 14 der Formfeder 8 einen Wälzkontakt ausbilden, während die andere Wälzfläche 16, 15 zur Vermeidung hoher Reibungen beziehungsweise Verblockung des Wälzantriebs kraftfrei ausgebildet ist. Infolge der Fertigungstoleranzen wird dabei ein Toleranzbereich freigehalten, welcher durch die Ausbildung von zwischen den Windungen 14 der Formfeder 8 vorgesehenen Abständen in nicht dargestellter Weise im nicht axial belasteten Zustand der Formfeder (siehe hierzu die 3, und 4) festgelegt ist.
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2 zeigt einen Ausschnitt des Spindeltriebs 1 der 1 im Detail mit den Hülsen 2, 3 und dem zwischen diesen wirksamen Wälzantrieb 9 mit den in der Laufbahn 11 aufgenommenen Kugeln 12 und der in der Hülse 2 aufgenommenen Formfeder 8 mit den Windungen 14 und den axial beidseitig angeordneten, dem Umfang der Kugeln 12 angeglichenen Wälzflächen 15, 16. Gegenüber den Wälzflächen 15, 16 sind die Windungen 14 im Bereich des Außenumfangs und an der Anlage zu dem Innenumfang der Hülse 2 mit der axial verbreiterten Basis 17 versehen um ein Kippen der Windungen zu vermeiden und die Kraftübertragung bei Blocklage der Windungen 14 zu verbessern.
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Die 3 und 4 zeigen unter Bezug auf die 1 die Formfeder 8 in Ansicht mit den Windungen 14 und dem Axialspiel 13 entsprechend einem Einbauzustand in dem Spindeltrieb 1 der 1 im nicht gegen einen Axialanschlag 6, 7 auf Blocklage vorgespannten Zustand. Hierbei liegen die Windungen 14 nicht auf Blocklage sondern weisen neben dem Axialspiel 13 weitere Abstände 18 zwischen den Windungen 14 auf. Diese Abstände 18 dienen dem Ausgleich von fertigungsbedingten Toleranzen zwischen den Axialanschlägen 6, 7 der 1 und dergleichen und verhindern eine Dreipunktlage der Kugeln 12 gegenüber der Laufbahn 11 einerseits und beiden Wälzflächen 15, 16 andererseits. Hierbei sind die Federenden 19 der Formfeder 8 an den Axialanschlägen 6, 7 fixiert, beispielsweise form-, kraft- und/oder stoffschlüssig mit diesen verbunden und/oder radial vorgespannt, indem die Formfeder 8 durch gegensätzliches Verdrehen der Federenden 19 um die Drehachse gegen den Innenumfang der Hülse 2 erweitert wird. Werden in eine der beiden Verlagerungsrichtungen der Hülse 2 die entsprechenden Windungen 14 auf Block mittels der Kugeln 12 gegen einen der Anschläge 6, 7 verpresst, hebt die auf der entgegengesetzten Seite der verblockten Windungen verbleibende Windung von den Kugeln 12 ab, da sie von dem auf dem gegenüberliegenden Axialanschlag festgelegten Federende 19 zurückgehalten wird. Ein weiterer Ausgleich von Toleranzabweichungen und eine Kalibrierung des Abstands zwischen den Axialanschlägen 6, 7, beispielsweise in Form einer zwischen der Hülse 2 und dem Axialanschlag 7 mit unterschiedlicher, auf die Toleranzabweichung abgestimmter Stärke versehener Distanzscheibe können daher entfallen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spindeltrieb
- 2
- Hülse
- 3
- Hülse
- 4
- Trägerteil
- 5
- Wälzlager
- 6
- Axialanschlag
- 7
- Axialanschlag
- 8
- Formfeder
- 9
- Wälzantrieb
- 10
- Ringbord
- 11
- Laufbahn
- 12
- Kugel
- 13
- Axialspiel
- 14
- Windung
- 15
- Wälzfläche
- 16
- Wälzfläche
- 17
- Basis
- 18
- Abstand
- 19
- Federende
- d
- Drehachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10033649 A1 [0003]
- DE 10337629 A1 [0003]
- DE 102005014633 A1 [0003]
- DE 102006001575 A1 [0003]
