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PRIORITÄTSANSPRUCH
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Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 14. Mai 2021 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung (
US provisional patent application) Nr. 63/188,546 , deren gesamte Offenbarung hierin enthalten ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf mechanische lineare Stellglieder. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Konstruktionen und Montageverfahren von Kugelumlaufspindelanordnungen und das Erfassen von Linearkräften in diesen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Typische elektromechanische Bremssysteme 90, wie sie in 6 dargestellt sind, erfordern Aktuatoren, die eine lineare Kraft liefern können, sowie eine Rückmeldung der Bremsklemmkraft an die zugehörigen Fahrzeugsteuersysteme. Ein Beispiel für einen linearen Aktuator 91 ist eine Kugelumlaufspindelanordnung mit einem Kugelzug, der zwischen einer in einer äußeren Oberfläche einer Kugelumlaufspindelwelle ausgebildeten Kugellaufbahn und einer in einer inneren Oberfläche einer Kugelumlaufspindelmutter ausgebildeten Kugellaufbahn angeordnet ist. Wie gezeigt, kann nach dem derzeitigen Stand der Technik eine lineare Krafterfassung erreicht werden, indem eine spezielle Lastmesszelle 93 zwischen dem Aktuator 91 und dem Gehäuse 92 angeordnet wird. Die Lastmesszelle 93 vergrößert jedoch die Gesamtlänge der Baugruppe, nimmt also wertvollen Platz in dem System ein, und erhöht die Komplexität des Systems. Außerdem ist die maßliche Ausrichtung der Lastmesszelle 93 zu den zugehörigen Komponenten für eine genaue und wiederholbare Krafterfassung sowie für das Erfordernis der Einhaltung einer minimalen Vorspannung von entscheidender Bedeutung.
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Die vorliegende Erfindung berücksichtigt die Überlegungen zu den Konstruktionen und Verfahren des Standes der Technik und geht auf diese ein.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schafft eine Kugelumlaufspindelanordnung mit einer Kugelumlaufspindelmutter, die ein erstes Ende, ein zweites Ende, eine äußere Oberfläche, eine eine zentrale Bohrung definierende innere Oberfläche, und eine von der inneren Oberfläche definierte Kugelführung aufweist, mit einer Kugelumlaufspindelwelle, die eine eine Kugelführung definierende äußere Oberfläche aufweist, wobei die Kugelumlaufspindelwelle in der zentralen Bohrung der Kugelumlaufspindelmutter angeordnet ist, so dass die Kugelführung der Kugelumlaufspindelmutter und die Kugelführung der Kugelumlaufspindelwelle eine Kugellaufbahn bilden, mit einem ersten Stopper, der an dem ersten Ende der Kugelumlaufspindelmutter innerhalb der Kugellaufbahn angeordnet ist, mit einer Vielzahl von Hauptkugeln, die einen Kugelzug bilden, wobei der Kugelzug in der Kugellaufbahn angeordnet ist, und mit einem Belastungsmessfühlerelement, das an einem flachen Oberflächenabschnitt befestigt ist, der durch die äußere Oberfläche der Kugelumlaufspindelmutter definiert ist.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schafft eine Bremsanordnung mit einem Bremssattel, der einen Armabschnitt aufweist, mit einem innerhalb des Bremssattels angeordneten Kolben, wobei der Kolben entlang einer Längsmittelachse des Kolbens axial beweglich ist, mit einem ersten Bremsbelag, der an dem Armabschnitt des Bremssattels befestigt ist, mit einem zweiten Bremsbelag, der an einer Endfläche des Kolbens befestigt ist, mit einer Bremsscheibe, die zwischen dem ersten Bremsbelag und dem zweiten Bremsbelag angeordnet ist, und mit einer Kugelumlaufspindelanordnung, die aufweist: eine Kugelumlaufspindelmutter mit einem ersten Ende, einem zweiten Ende, einer inneren Oberfläche, die eine zentrale Bohrung definiert, und einer durch die innere Oberfläche definierten Kugelführung, eine Kugelumlaufspindelwelle mit einer äußeren Oberfläche, die eine Kugelführung definiert, wobei die Kugelumlaufspindelwelle in der zentralen Bohrung der Kugelumlaufspindelmutter angeordnet ist, so dass die Kugelführung der Kugelumlaufspindelmutter und die Kugelführung der Kugelumlaufspindelwelle eine Kugellaufbahn bilden, einen ersten Stopper, der an dem ersten Ende der Kugelumlaufspindelmutter innerhalb der Kugellaufbahn angeordnet ist, eine Vielzahl von Hauptkugeln, die einen Kugelzug bilden, wobei der Kugelzug in der Kugellaufbahn angeordnet ist, eine Hauptfederanordnung, die in der Kugellaufbahn zwischen einem ersten Ende des Kugelzugs und dem ersten Stopper angeordnet ist, und ein Belastungsmessfühlerelement, das an einem flachen Oberflächenabschnitt befestigt ist, der durch die äußere Oberfläche der Kugelumlaufspindelmutter definiert ist.
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Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Spezifikation enthalten sind und einen Teil davon bilden, zeigen eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
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Figurenliste
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Eine vollständige und ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bestem Modus, die sich an den Fachmann richtet, wird in dieser Spezifikation dargelegt, die Bezug auf die beigefügten Zeichnungen nimmt, in denen:
- 1 eine schematische Ansicht einer Bremsanordnung ist, die eine Ausführungsform einer Kugelumlaufspindelanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält;
- 2 eine Teilquerschnittsansicht der in 1 gezeigten Bremsanordnung ist;
- 3 eine Seitenansicht der Kugelumlaufspindelanordnung der in den 1 und 2 gezeigten Bremsanordnung ist;
- 4 eine Seitenansicht einer Kugelumlaufspindelanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
- 5 eine Seitenansicht einer Kugelumlaufspindelanordnung gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist; und
- 6 eine schematische Ansicht einer Bremsanordnung ist, die eine Kugelumlaufspindelanordnung und eine Lastmesszellenkonfiguration gemäß dem Stand der Technik enthält.
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Eine wiederholte Verwendung von Bezugszeichen in der vorliegenden Spezifikation und den Zeichnungen ist dafür vorgesehen, gleiche oder analoge Merkmale oder Elemente der Erfindung gemäß dieser Offenbarung darzustellen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Jetzt wird detailliert Bezug genommen auf derzeit bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung, von denen eines oder mehrere Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel wird zum Zwecke der Erläuterung aber nicht der Beschränkung der Erfindung gegeben. In der Tat ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Modifikationen und Veränderungen in der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren Umfang und allgemeinem Gedanken abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, in einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit ist es vorgesehen, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen erfasst, die innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente liegen.
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Die hier verwendeten Begriffe, die sich auf eine Richtung oder eine Position in Bezug auf die Ausrichtung der Kugelumlaufspindelanordnung in einem Bremssystem beziehen, wie zum Beispiel, aber nicht beschränkt auf, „vertikal“, „horizontal“, „oben“, „unten“, „über“ oder „unter“, beziehen sich auf Richtungen und relative Positionen in Bezug auf die Ausrichtung der Kugelumlaufspindelanordnung in ihrem normalen, beabsichtigten Betrieb, wie in den 1 bis 3 dargestellt. So beziehen sich beispielsweise die Begriffe „vertikal“ und „oben“ auf die vertikale Ausrichtung und die relative obere Position in der Perspektive der 1 bis 3 und sind in diesem Zusammenhang zu verstehen, auch in Bezug auf eine Kugelumlaufspindelanordnung, die in einer anderen Ausrichtung angeordnet sein kann.
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Ferner ist der Begriff „oder“, wie er in dieser Anmeldung und den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, eher als ein einschließendes „oder“ denn als ein ausschließendes „oder“ zu verstehen. Das heißt, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, dass der Satz „X verwendet A oder B“ jede der natürlichen einschließenden Permutationen bedeuten soll. Das heißt, die Formulierung „X verwendet A oder B“ wird durch jeden der folgenden Fälle erfüllt: X verwendet A; X verwendet B; oder X verwendet sowohl A als auch B. Darüber hinaus sind die in dieser Anmeldung und den beigefügten Ansprüchen verwendeten Artikel „ein“ und „eine“ im Allgemeinen so auszulegen, dass sie „ein oder mehrere“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext klar hervorgeht, dass sie auf eine Singularform bezogen sind. In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen haben die folgenden Begriffe mindestens die hierin ausdrücklich zugeordneten Bedeutungen, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt. Die nachstehend angegebenen Bedeutungen schränken die Begriffe nicht notwendigerweise ein, sondern dienen lediglich der Veranschaulichung der Begriffe. Die Bedeutung von „ein/eine“, „und“ und „der/die/das“ kann Pluralbezüge einschließen, und die Bedeutung von „in“ kann „in“ und „auf“ einschließen. Der Ausdruck „in einer Ausführungsform“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform, obwohl dies der Fall sein kann.
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Unter Bezugnahme jetzt auf die Zeichnungen ist 1 eine schematische Schnittansicht einer Bremsanordnung 1, die eine Kugelumlaufspindelanordnung 100 entsprechend einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung umfasst. Wie dargestellt, bringt die Bremsanordnung 1 selektiv eine Reibungsbremskraft auf eine Scheibe 2 auf, die sich integriert mit einem Rad eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen dreht. Die Bremsanordnung 1 umfasst einen Bremssattel 3, eine erste Stützplatte 4 und eine zweite Stützplatte 5, sowie einen ersten Klotz 6 und einen zweiten Klotz 7. Der Bremssattel 3 wird beweglich von einem Scharniergelenk unterstützt (nicht dargestellt), und die erste Stützplatte 4 und die zweite Stützplatte 5 sind an dem Bremssattel 3 so angeordnet, dass sie die Bremsscheibe 2 zwischen sich aufnehmen. Der erste Klotz 6 und der zweite Klotz 7 sind an der ersten Stützplatte 4 bzw. der zweiten Stützplatte 5 befestigt, wobei sie auf entsprechende Seitenflächen der Scheibe 2 drücken können.
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Der Bremssattel 3 umfasst einen ersten Körper 8, einen zweiten Körper 9 und eine Abdeckung 10. Der erste Körper 8 und der zweite Körper 9 sind aneinander befestigt. Die Abdeckung 10 ist an dem zweiten Körper 9 befestigt. Der erste Körper 8 umfasst einen Rumpfabschnitt 11 und einen Armabschnitt 12. Ein Ende des zweiten Körpers 9 ist an dem Rumpfabschnitt 11 befestigt. Der Armabschnitt 12 ist orthogonal zu dem Rumpfabschnitt 11 angebracht. Die zweite Stützplatte 5 ist an dem Armabschnitt 12 befestigt. Der zweite Körper 9 umfasst einen Bremszylinder 13 und eine Erweiterungsplatte 14. Der Zylinder 13 ist an dem Rumpfabschnitt 11 des ersten Körpers 8 befestigt. Die Erweiterungsplatte 14 erstreckt sich von dem Zylinder 13.
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Der Zylinder 13 hat ein erstes Ende 41 und ein zweites Ende 42, die in einer axialen Richtung entgegengesetzt zueinander sind. Der Zylinder 13 weist einen zylindrischen Abschnitt 15 auf, der an dem ersten Ende 41 offen ist, sowie eine Endflächenplatte 16, die an dem zweiten Ende 42 des zylindrischen Abschnitts 15 angebracht ist. Ein Kolben 17, der in der axialen Richtung ST beweglich ist, ist in dem Zylinder 13 untergebracht. Ein Ende 73 des Kolbens 17 steht zu der Scheibe 2 hin durch einen Öffnungsabschnitt an einem Ende des Zylinders 13 vor (das dem ersten Ende 41 des zylindrischen Abschnitts 15 entspricht) und ist an der ersten Stützplatte 4 befestigt.
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Ein Dichtungselement 18 ist zwischen einer zylindrischen äußeren Oberfläche 67 des Kolbens 17 und einer inneren Oberfläche des Zylinders 13 (die einer inneren Oberfläche 69 des zylindrischen Abschnitts 15 entspricht) angeordnet, um den Spalt zwischen der äußeren Oberfläche 67 und der inneren Oberfläche 69 abzudichten. Das Dichtungselement 18 kann ein O-Ring sein, der in einer Gehäusenut untergebracht ist, die in der inneren Oberfläche 69 des Zylinders 13 ausgebildet ist. Die äußere Oberfläche 67 des Kolbens 17 und die innere Oberfläche 69 des Zylinders 13 sind über einen Keil 19 miteinander verbunden, der in Keilnuten vorgesehen ist, die in der äußeren Oberfläche 67 und der inneren Oberfläche 69 ausgebildet sind. Eine Keilverbindung unter Verwendung des Keils 19 gestattet es, dass eine Bewegung des Kolbens 17 in der axialen Richtung ST geführt wird und gestattet es außerdem, dass eine Drehung des Kolbens 17 in Bezug auf den Zylinder 13 reguliert wird.
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Ein hydraulischer Druck, der den Kolben 17 zu der Scheibe 2 hin vorspannt, kann durch eine hydraulische Bahn, die in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, in den Zylinder 13 zugeführt werden. In diesem Fall bilden der Zylinder 13 und der Kolben 17 eine hydraulische Betätigungseinrichtung. Der Bremssattel 3 arbeitet derart, dass er beide Klötze 6 und 7 gegen die Scheibe 2 drückt, um eine Bremskraft zu erzeugen. Der Bremssattel 3 umfasst einen elektrischen Motor 20, eine Geschwindigkeitsverringerungsvorrichtung 21 sowie die Kugelumlaufspindelvorrichtung 100. Die Geschwindigkeitsverringerungsvorrichtung 21 verringert die Rotationsgeschwindigkeit des Elektromotors 20. Die Kugelumlaufspindelvorrichtung 100 konvertiert eine von dem elektrischen Motor 20 über die Geschwindigkeitsverringerungsvorrichtung 21 übertragene Drehbewegung in eine lineare Bewegung des Kolbens 17 in der axialen Richtung ST.
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Der Elektromotor 20 umfasst ein Motorgehäuse 23 und eine Ausgangswelle 24. Das Motorgehäuse 23 ist an der Erweiterungsplatte 14 des zweiten Körpers 9 befestigt. Die Geschwindigkeitsverringerungsvorrichtung 21 umfasst ein Antriebsgetriebeorgan 25, ein Leerlaufgetriebeorgan 26 und ein angetriebenes Getriebeorgan 27. Das Antriebsgetriebeorgan 25 ist an einem Ende der Ausgangswelle 24 des Elektromotors 20 angebracht, um sich zusammen mit der Ausgangswelle 24 zu drehen. Das Leerlaufgetriebeorgan 26 tritt mit dem Antriebsgetriebeorgan 25 in Eingriff. Das angetriebene Getriebeorgan 27 tritt mit dem Leerlaufgetriebeorgan 26 in Eingriff. Das Leerlaufgetriebeorgan 26 wird verschwenkbar von dem zweiten Körper 9 so unterstützt, dass es drehbar ist. Die Abdeckung 10 ist so an dem zweiten Körper 9 befestigt, dass sie die Geschwindigkeitsverringerungsvorrichtung 21 abdeckt.
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Unter zusätzlicher Bezugnahme auf 2 umfasst die Kugelumlaufspindelanordnung 100 eine Kugelumlaufspindelwelle 110 und eine Kugelumlaufspindelmutter 130. Die Kugelumlaufspindelwelle 110 ist ein Eingangselement. Die Kugelumlaufspindelmutter 130 ist ein drehbares Ausgangselement, das über eine Vielzahl von Hauptkugeln 140 auf die Kugelumlaufspindelwelle 110 geschraubt ist. Die Kugelumlaufspindelwelle 110 wird durch die Kugelumlaufspindelmutter 130 hindurch eingesetzt. Die Kugelumlaufspindelwelle 110 wird von dem zweiten Körper 9 (1) der Bremsanordnung so unterstützt, dass die Kugelumlaufspindelwelle 110 in Bezug zu dem zweiten Körper 9 drehbar ist, aber axial festgehalten wird. Die Kugelumlaufspindelmutter 130 wird innerhalb des zweiten Körpers 9 von dem Kolben 17 so unterstützt, dass sie in der axialen Richtung bewegbar ist und in Bezug auf den zweiten Körper 9 nicht drehbar ist.
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Wie dargestellt, wird die Kugelumlaufspindelwelle 110 von einem Wälzlager 32 unterstützt, das neben einem Stützloch 31 gehalten wird, das in der Endflächenplatte 16 des Zylinders 13 derart ausgebildet ist, dass die Kugelumlaufspindelwelle 110 drehbar und in der axialen Richtung (axiale Richtung ST) nicht bewegbar ist. Das angetriebene Getriebeorgan 27 ist mit einem Ende 112 der Kugelumlaufspindelwelle 110 so verbunden, dass es sich zusammen mit der Kugelumlaufspindelwelle 110 dreht. Wie dargestellt, hat die Kugelumlaufspindelmutter 130 eine zylindrische äußere Oberfläche 132 und eine zylindrische innere Oberfläche 134. Eine schraubenförmige Kugellaufbahn 136 wird von der inneren Oberfläche 134 definiert. In ähnlicher Weise hat die Kugelumlaufspindelwelle 110 eine zylindrische äußere Oberfläche 114, in der eine schraubenförmige Kugellaufbahn 116 ausgebildet ist. Die Vielzahl der Hauptkugeln 140 bildet einen Kugelzug, der in einer Kugellaufbahn 150 angeordnet ist, wie man es am besten in 2 sieht, die zwischen der Kugellaufbahn 116 und der Kugellaufbahn 136 definiert ist.
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Die äußere Oberfläche 132 der Kugelumlaufspindelmutter 130 umfasst außerdem einen Rotationsregulierungsabschnitt (nicht dargestellt). Der Rotationsregulierungsabschnitt tritt mit einem Rotationsregulierungsabschnitt (nicht dargestellt) einer inneren Oberfläche 77 des Kolbens 17 in Eingriff. Die äußere Oberfläche 132 der Kugelumlaufspindelmutter 130 ist innerhalb einer Bohrung eingepasst, die von dem zylindrischen inneren Oberflächenabschnitt des Kolbens 17 definiert wird. Der Eingriff zwischen den Rotationsregulierungsabschnitten verhindert eine Drehung des Kolbens 17 und der Kugelumlaufspindelmutter 130 in Bezug zueinander. In alternativen Ausführungsformen kann die äußere Oberfläche der Kugelumlaufspindelmutter 130 flache Oberflächen 134 aufweisen (3), die in entsprechend geformte Oberflächen in der Bohrung des entsprechenden Kolbens (nicht dargestellt) eingreifen, um eine Drehung der Kugelumlaufspindelmutter 330 in Bezug auf den Kolben zu verhindern.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 1 bis 3 umfasst die Kugelumlaufspindelmutter 130 ein erstes Ende 137 und ein zweites Ende 139, wobei das erste Ende 137 der Kugelumlaufspindelmutter 130 im Vergleich zu dem zweiten Ende 139 axial einwärts in dem Kolben 17 angeordnet ist. Ein Haltering (ringförmiges Element) 40, der in einer ringförmigen Nut eingepasst ist, die in der inneren Oberfläche 77 des Kolbens 17 ausgebildet ist, tritt in Eingriff mit einer Endfläche des zweiten Endes 139 der Kugelumlaufspindelmutter 130. Somit sind der Kolben 17 und die Kugelumlaufspindelmutter 130 so miteinander verbunden, dass sie sich gemeinsam in der axialen Richtung ST (axiale Richtung X der Kugelmutter) bewegen. Wenn eine Drehung der Ausgangswelle 24 des Elektromotors 20 über die Geschwindigkeitsverringerungsvorrichtung 21 an die Kugelumlaufspindelwelle 110 übertragen wird, um die Kugelumlaufspindelwelle 110 zu drehen, bewegt sich die Kugelumlaufspindelmutter 130 in der axialen Richtung X der Kugelmutter (axiale Richtung ST). Zu diesem Zeitpunkt wird der Kolben 17 von dem Keil 19 geführt und bewegt sich zusammen mit der Kugelumlaufspindelmutter 130 in der axialen Richtung ST.
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Genaue Messungen der linearen Kräfte, die in einem Bremssystem wirken, sind häufig erforderlich, um Rückmeldungen für den ordnungsgemäßen Betrieb des Bremssystems zu erhalten. Daher umfassen Kugelumlaufspindelanordnungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine multifunktionale Aktuator-Kugelumlaufspindelmutter 130 oder eine Kugelumlaufspindelmutter/Kolben-Kombination. Die Kugelumlaufspindelmutter 130 ist vorzugsweise für mehrere Funktionen ausgelegt, wie z. B. ihre ursprüngliche Funktion, als eine Anschlusskomponente zu der Kugelumlaufspindelwelle 110 wirkend, und zusätzlich für die Bereitstellung einer Lastmesszelle 200 zur Messung der in dem System aufgebrachten Kräfte. Die Kugelumlaufspindelmutter 130 kann als Lastmesszelle 200 fungieren, da alle Materialien unter Belastung eine physikalische Verformung (Dehnung) erfahren. Wie in 3 am besten zu sehen ist, befindet sich die Kugelumlaufspindelmutter 130 in einer Linie mit der aufgebrachten linearen Kraft der Kugelumlaufspindelanordnung (Pfeile 210 und 211), wodurch die Kugelumlaufspindelmutter 130 zu einem wünschenswerten Ort für die Messung der in dem Bremssystem aufgebrachten Kräfte wird.
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Unter besonderer Bezugnahme auf die 2 und 3 umfasst die Lastmesszelle 200 vorzugsweise einen Lasterfassungsabschnitt 221, der durch eine Nut 223 und eine oder mehrere darin ausgebildete Bohrungen 225 gebildet wird, wobei jede Bohrung so konfiguriert ist, dass sie ein Lasterfassungselement 220 darin aufnehmen kann. Wie gezeigt, ermöglicht die ringförmige Nut 223, die um die Kugelumlaufspindelmutter 130 zwischen dem ersten Ende 137 der Mutter und dem vorderen Ende des Kugelzugs ausgebildet ist, eine größere Messempfindlichkeit aufgrund des dünneren Wandabschnitts der Kugelumlaufspindelmutter 130. Zusätzlich ermöglichen die mehreren Bohrungen 225, die in der Bodenwand der Nut 223 ausgebildet sind, auch eine größere Verformung des vorderen Endes 137 der Kugelumlaufspindelmutter, wodurch die Empfindlichkeit erhöht wird. Es ist zu beachten, dass der Kugelzug 140 in 3 weggelassen wurde. Wie dargestellt, werden eines oder mehrere Lastsensorelemente 220, wie z. B. ein Dehnungsmessstreifen, der in einer becherförmigen Aufnahme angeordnet ist, des Weiteren in entsprechenden Bohrungen 225 aufgenommen. Jedes Lastsensorelement 220 ist durch Drähte 240, die durch eine axiale Nut 241 verlaufen, mit einem externen Steuersystem (nicht dargestellt) zur Verarbeitung verbunden. Ferner kann ein Schutzband (nicht dargestellt) aus Material in der Ringnut angeordnet sein, um die Lastsensorelemente 220 vor Schmutz, Stößen usw. zu schützen.
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Die Kugelumlaufspindelanordnung 100 mit integrierter Kraftmessung kann in einem kürzeren linearen Raum durch bestehende Baugruppen (6) untergebracht werden, indem die extern positionierten herkömmlichen Lastmesszellen 13 eliminiert werden, wodurch ein kompaktes Betätigungssystem gebildet wird. Da die Lastmessung nun Teil der Kugelumlaufspindelmutter 130 ist, erfordert die offenbarte Kugelumlaufspindelmutter 130, die als Lastmesszelle fungiert, keine zusätzlichen Herausforderungen bei der Systemausrichtung und der Maßstapelung, wie sie bei Konfigurationen nach dem Stand der Technik auftreten (6). Die Lastmesszelle 200 der Kugelumlaufspindelmutter 130 weist eine hohe Toleranz gegenüber Verschmutzungen auf, da das/die Sensorelement(e) 220 in der Kugelumlaufspindelmutter 130 eingebettet sind und nur die Anschlussdrähte 240 der Systemumgebung ausgesetzt sind. Die Kugelumlaufspindelmutter 130 kann jede Art von Sensorelementen enthalten, wie z. B. formändernde, piezoelektrische, kapazitive oder induktive.
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Unter Bezugnahme jetzt auf 4 umfasst eine Lastmesszelle 203 gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung vorzugsweise einen Lasterfassungsabschnitt 321, der durch eine Nut 223 und eine oder mehrere darin ausgebildete Bohrungen 125 gebildet wird, wobei benachbarte Bohrungen 325 durch flache Abschnitte 327 getrennt sind, die zur Aufnahme eines Lastsensorelements 320 darauf ausgebildet sind. Wie gezeigt, ermöglicht die ringförmige Nut 323, die um die Kugelumlaufspindelmutter 330 zwischen dem ersten Ende 337 der Mutter und dem vorderen Ende des Kugelzugs 140 (2) ausgebildet ist, aufgrund des dünneren Wandabschnitts der Kugelumlaufspindelmutter 330 eine höhere Messempfindlichkeit. Darüber hinaus ermöglichen die mehreren Bohrungen 325, die in der Bodenwand der Nut 323 ausgebildet sind, eine größere Verformung des vorderen Endes 337 der Kugelumlaufspindelmutter, wodurch die Empfindlichkeit erhöht wird. Es ist zu beachten, dass der Kugelzug 140 in 4 nicht dargestellt ist. Wie dargestellt, werden eines oder mehrere Lastsensorelemente 320, wie z. B. Dehnungsmessstreifen, auf den entsprechenden flachen Abschnitten 327 der Nut 323 aufgenommen. Jedes Lastsensorelement 320 ist über Drähte 340, die durch eine axiale Nut 341 verlaufen, mit einem externen Steuersystem (nicht dargestellt) zur Verarbeitung verbunden. In einer weiteren Ausführungsform können auch Signalverstärkungselemente (nicht dargestellt) an den flachen Abschnitten 327 befestigt werden, um die Notwendigkeit einer externen Verarbeitung des Signals zu verringern. Ferner kann ein Schutzband (nicht dargestellt) aus Material innerhalb der ringförmigen Nut angeordnet werden, um die Lastsensorelemente 320 vor Schmutz, Stößen, usw. zu schützen.
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Unter besonderer Bezugnahme auf 5 umfasst eine Lastmesszelle 400 vorzugsweise einen Lasterfassungsabschnitt 421, der durch eine Nut 423 gebildet wird, die so ausgebildet ist, dass sie einen oder mehrere Dehnungsmessstreifen 320, wie in 4 gezeigt, auf einem oder mehreren Lastsensorelementen 220, wie in 3 gezeigt, darin aufnimmt. Bei der Verwendung von Belastungssensorelementen 220 sind in der Nut 423 eine oder mehrere Bohrungen (nicht dargestellt) ausgebildet, wobei jede Bohrung so konfiguriert ist, dass sie ein Lastsensorelement 220 aufnimmt. Wie gezeigt, ermöglicht die ringförmige Nut 423, die um die Kugelumlaufspindelmutter 430 zwischen dem ersten Ende 437 der Mutter und dem vorderen Ende des Kugelzugs 140 (2) ausgebildet ist, eine größere Messempfindlichkeit aufgrund des dünneren Wandabschnitts der Kugelumlaufspindelmutter 430. Wenn vorhanden, ermöglichen die mehreren Bohrungen (225 in 3), die in der Bodenwand der Nut 423 ausgebildet sind, außerdem eine größere Verformung des vorderen Endes 337 der Kugelumlaufspindelmutter, wodurch die Empfindlichkeit erhöht wird. Es ist zu beachten, dass der Kugelzug 140 (2) in 5 weggelassen wurde. Wie dargestellt, ist die Nut 423 gegenüber dem ebenen vorderen Ende 437 der Kugelumlaufspindelmutter 430 unter einem Winkel (a) geneigt, der dem Winkel der schraubenförmigen Kugellaufbahn 450 entspricht. Somit besteht ein konstanter Abstand zwischen jedem Lastsensorelement in der Nut 423 und dem Kugelzug 140 (2), bei dem die durch den Pfeil 210 dargestellte Kraft bei den Pfeilen 211 auf den Kugelzug übertragen wird, wie in 2 dargestellt. Auf diese Weise wird eine sehr präzise Messung der Belastung erreicht.
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Während eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben wurden, versteht es sich für den Fachmann, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen in der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von deren Umfang und allgemeinen Gedanken abzuweichen. Zum Beispiel ist das offenbarte Konzept nicht nur auf eine Verwendung in einem Kugelumlaufspindelanordnungssystem beschränkt, sondern kann auch auf ein Standardgewinde (ACME, et al.) oder ein Rollenschraubensystem angewendet werden. Ebenso ist das vorliegende Konzept nicht auf Bremsanwendungen beschränkt, sondern kann vielmehr überall dort eingesetzt werden, wo ein SchraubenMutter-artiges System eine Kraftrückkopplung erfordert. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Veränderungen umfasst, die innerhalb des Umfangs und des allgemeinen Gedankens der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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