DE102017108893A1

DE102017108893A1 - Maschinenanordnung umfassend einen Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102017108893A1
Application number: DE102017108893.8A
Authority: DE
Inventors: Wilfried Breton
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-10-31

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Maschinenanordnung (1) umfassend einen Kugelgewindetrieb, wobei der Kugelgewindetrieb eine Spindel (2) und eine Mutter (3) aufweist, wobei zwischen Spindel (2) und Mutter (3) Kugeln (4) in jeweiligen Führungsbahnen angeordnet sind, wobei die Maschinenanordnung weiterhin ein Gehäuseteil (5) umfasst und wobei die Mutter (3) relativ zum Gehäuseteil (5) mittels eines Wälzlagers (6) gelagert ist. Um hohe Axialkräfte bei gleichzeitigem Winkelausgleich und geringem Bauraum übertragen zu können, sieht die Erfindung vor, dass das Wälzlager (6) einen mit der Mutter (4) verbundenen ersten Lagerring (7) und einen mit dem Gehäuseteil (5) verbundenen zweiten Lagerring (8) aufweist, wobei zwischen den beiden Lagerringen (7, 8) Wälzkörper (9) angeordnet sind und wobei die Wälzkörper (9) als Nadeln ausgebildet sind, die einen Durchmesser zwischen 1 mm und 6 mm aufweisen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Maschinenanordnung umfassend einen Kugelgewindetrieb, wobei der Kugelgewindetrieb eine Spindel und eine Mutter aufweist, wobei zwischen Spindel und Mutter Kugeln in jeweiligen Führungsbahnen angeordnet sind, wobei die Maschinenanordnung weiterhin ein Gehäuseteil umfasst und wobei die Mutter relativ zum Gehäuseteil mittels eines Wälzlagers gelagert ist.
Hintergrund der Erfindung
Gattungsgemäße Maschinenanordnungen mit Kugelgewindetrieben werden beispielsweise in der elektromechanischen Niveauregulierung von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Im Betrieb ist die Mutter des Kugelgewindetriebs hohen Axiallasten ausgesetzt. Da neben Axialkräften auch Radialkräfte und Kippmomente senkrecht zur Drehachse auftreten, wird die Mutter und damit der Kugelgewindetrieb mit Kippmomenten beaufschlagt. Dies ist für den Kugelgewindetrieb sehr nachteilig, da damit die Lebensdauer desselben stark verringert wird und ansonsten auch ein geringerer Wirkungsgrad vorliegt.
Wünschenswert ist es daher, die Beaufschlagung einer Kugelgewindetrieb-Mutter mit Kippmomenten zu verringern oder möglichst ganz zu vermeiden.
Zu diesem Zweck sind bereits Pendellageranordnungen eingesetzt worden, welche die kippmomentfreie Lagerung einer Kugelgewindetrieb-Mutter realisieren können. Auf Grund des Verhältnisses zwischen Axial- und Radialkräften (sehr hohe Axialkräfte im Vergleich zu Radialkräften) bedarf es eines Axiallagers mit hoher axialer Tragfähigkeit bei gleichzeitigem Winkelausgleich im Betrieb. Axialpendelrollenlager sind als solche hinreichend bekannt. Nachteilig ist allerdings bei derartigen Lagern, dass der Bauraumbedarf relativ groß ist und damit auch entsprechend hohe Kosten entstehen. Ferner ist die technische Eignung für einen Einsatz im Automotive-Bereich nicht immer gegeben.
Der minimale Wälzkörper-Durchmesser bekannter Pendelrollenlager liegt bei 6 mm. Die Wälzkörper werden auf Grund ihrer Form aufwändig und teuer hergestellt. In Kombination des Wälzkörperdurchmessers mit dem Druckwinkel bekannter Lager ergibt sich ein Bauraumbedarf, der für viele Anwendungen zu hoch ist, so dass eine solche Lagerung nicht eingesetzt werden kann.
Aufgabe der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Maschinenanordnung zu schaffen, die hohe Axialkräfte bei gleichzeitigem Winkelausgleich und geringem Bauraumbedarf realisiert. Gleichzeitig soll das zum Einsatz kommende Lager Kostenvorteile gegenüber üblichen Axialpendelrollenlagern besitzen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager einen mit der Mutter verbundenen ersten Lagerring und einen mit dem Gehäuseteil verbundenen zweiten Lagerring aufweist, wobei zwischen den beiden Lagerringen Wälzkörper angeordnet sind und wobei die Wälzkörper als Nadeln ausgebildet sind, die einen Durchmesser zwischen 1 mm und 6 mm aufweisen.
Der Druckwinkel des Wälzlagers zur Richtung quer zur Achse des Kugelgewindetriebs liegt bevorzugt zwischen 60° und 85°.
Die Nadeln weisen vorzugsweise einen ballig konvexen Außenumfang auf. Der Radius des Außenumfangs der Nadeln ist dabei bevorzugt im Mittenbereich gegenüber dem Radius des Außenumfangs der Nadeln im Randbereich um einen Wert zwischen 5 µm und 25 µm vergrößert.
Die vorgeschlagene Maschinenanordnung kommt insbesondere bei elektromechanischen Niveauverstellern mit Kugelgewindetrieb in Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Dabei können beliebige Kugelgewindetriebe eingesetzt werden.
Die Mutter ist also über ein Axialpendel-Nadellager abgestützt.
Verkleinert man den Wälzkörperdurchmesser bei gleichzeitiger Erhöhung des Druckwinkels, erhält man das vorgeschlagene Axialpendellager, welches einen deutlich kleineren Bauraumbedarf als herkömmliche Lösungen besitzt.
Die Wälzkörper sind nun Nadeln. Auf Grund des hohen Druckwinkels lassen sich diese symmetrisch vollballig ausführen. Wird die ballige Überhöhung (d. h. die Differenz des Durchmessers in der Mitte des Wälzkörpers zum Rand desselben) klein gewählt, können die Wälzkörper mit bekannten Nadelherstellverfahren erstellt werden.
Figurenliste
In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

1 im Radialschnitt eine Maschinenanordnung mit einem Kugelgewindetrieb,
2 in der Seitenansicht eine Nadel als Wälzkörper eines bei der Maschinenanordnung zum Einsatz kommenden Wälzlagers und
3 den Radialschnitt durch das zum Einsatz kommende Wälzlager mit Angabe des Druckwinkels desselben.

Ausführliche Beschreibung der Figuren
In 1 ist eine Maschinenanordnung 1 zu sehen, die für die elektromechanische Niveauregelung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Die Anordnung 1 weist einen Kugelgewindetrieb auf. Dieser umfasst eine Spindel 2 und eine Mutter 3; zwischen Spindel 2 und Mutter 3 sind Kugeln 4 in jeweiligen (nicht näher dargestellten) wendelförmigen Führungsbahnen angeordnet. Weiterhin hat die Maschinenanordnung 1 noch ein Gehäuseteil 5. Die Mutter 3 ist relativ zum Gehäuseteil 5 mittels eines Wälzlagers 6 gelagert.
Das Wälzlager hat zwei Lagerringe, nämlich einen mit der Mutter 4 verbundenen ersten Lagerring 7 und einen mit dem Gehäuseteil 5 verbundenen zweiten Lagerring 8. Zwischen den beiden Lagerringen 7, 8 sind Wälzkörper 9 angeordnet. Wesentlich ist, dass die Wälzkörper 9 als Nadeln ausgebildet sind und einen Durchmesser D (s. 2) zwischen 1 mm und 6 mm aufweisen. Nicht näher bezeichnet ist ein Käfig, der die Wälzkörper 9 führt.
Wie in 2 gesehen werden kann, sind die Nadeln 9 an ihrem Außenumfang 10 ballig ausgebildet, d. h. der Mittenbereich des Außenumfangs 10 ist gegenüber dem Randbereich des Außenumfangs radial vergrößert (der Radius r ist folglich im Mittenbereich größer als im Randbereich). Der radiale Unterschiedsbetrag Δr beträgt dabei bis zu 25 µm.
In 3 ist zu erkennen, dass der Druckwinkel α des Wälzlagers 6 zur Richtung quer zur Achse a relativ groß ist. Er beträgt zwischen 60° und 85°.
Der erste Lagerring 7 (Wellenscheibe) und der zweite Lagerring 8 (Gehäusescheibe) besitzen keinen Führungsbord. Dies wird durch den großen Druckwinkel α möglich. Der zweite Lagerring 8 wird im Gehäuseteil 5 geführt. Der erste Lagerring 7 ist im vorliegenden Fall an der Mutter 3 des Kugelgewindetriebs geführt. Die Spindel 2 des Kugelgewindetriebs ist fest mit einem anderen (nicht dargestellten) Bauteil verbunden.
Im Gehäuseteil 5 ist ein Radiallager 11 angeordnet, welches sich radial auf der Spindel 2 oder einem mit ihr verbundenen Bauteil abstützt. Das Radiallager 11 kann in einer weiteren Ausführungsform auch an der Spindel 2 angebracht sein und stützt sich dann am Gehäuseteil 5 radial ab.
Wird das Gehäuseteil 5 mit Axialkräften (in Richtung der Achse a) und Radialkräften (senkrecht zur Drehachse) beaufschlagt, überträgt das als Axialpendelnadellader 6 fungierende Wälzlager die Axialkräfte auf die Mutter 3 und somit auf die Spindel 2. Die Radialkräfte bewirken nun eine Kippbewegung des Axialpendelnadellagers 6, bis das spielbehaftete Radiallager 11 Radialkräfte abstützt. Es stellt sich nun ein Kräftegleichgewicht ein, welches auch zu Radialkräften im Pendellager 6 führt. Das dadurch verursachte Kippmoment im Kugelgewindetrieb ist allerdings im Vergleich zu vorbekannten Lösungen bei einer Anwendung mit einem kippmomentübertragenden Lager deutlich geringer.
Bezugszeichenliste

1: Maschinenanordnung
2: Spindel
3: Mutter
4: Kugel
5: Gehäuseteil
6: Wälzlager
7: erster Lagerring
8: zweiter Lagerring
9: Wälzkörper (Nadel)
10: Außenumfang der Nadel
11: Radiallager
D: Durchmesser
α: Druckwinkel
a: Achse des Kugelgewindetriebs
r: Radius
Δr: radialer Unterschiedsbetrag

Claims

Maschinenanordnung (1) umfassend einen Kugelgewindetrieb, wobei der Kugelgewindetrieb eine Spindel (2) und eine Mutter (3) aufweist, wobei zwischen Spindel (2) und Mutter (3) Kugeln (4) in jeweiligen Führungsbahnen angeordnet sind, wobei die Maschinenanordnung weiterhin ein Gehäuseteil (5) umfasst und wobei die Mutter (3) relativ zum Gehäuseteil (5) mittels eines Wälzlagers (6) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Wälzlager (6) einen mit der Mutter (4) verbundenen ersten Lagerring (7) und einen mit dem Gehäuseteil (5) verbundenen zweiten Lagerring (8) aufweist, wobei zwischen den beiden Lagerringen (7, 8) Wälzkörper (9) angeordnet sind und wobei die Wälzkörper (9) als Nadeln ausgebildet sind, die einen Durchmesser (D) zwischen 1 mm und 6 mm aufweisen.
Maschinenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwinkel (α) des Wälzlagers (6) zur Richtung quer zur Achse (a) des Kugelgewindetriebs zwischen 60° und 85° beträgt.
Maschinenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nadeln (9) einen ballig konvexen Außenumfang (10) aufweisen.
Maschinenanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius (r) des Außenumfangs (10) der Nadeln (9) im Mittenbereich gegenüber dem Radius des Außenumfangs (10) der Nadeln (9) im Randbereich um einen Wert zwischen 5 µm und 25 µm vergrößert ist.