DE10210938A1

DE10210938A1 - Wälzkörpergewindetrieb

Info

Publication number: DE10210938A1
Application number: DE10210938A
Authority: DE
Inventors: Juergen Osterlaenger; Manfred Kraus
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2003-10-02
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: WO2003076832A1; DE10210938B4; AU2003215653A1

Abstract

Ein Wälzkörpergewindetrieb umfasst eine Gewindespindel (1), die über Wälzkörper insbesondere Kugeln (1) mit einer Spindelmutter (3) in Schraubeingriff steht. Ferner ist ein Gehäuse (5) vorgesehen, an dem die Spindelmutter (3) über ein Wälzlager (4) drehbar gelagert ist. Die Spindelmutter (3) ist für Rotation antreibbar. Ein Außenring (6) des Wälzlagers (4) ist pendelbar in einer Kugelkalotte (8) des Gehäuses (5) aufgenommen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wälzkörpergewindetrieb, wie er beispielsweise in Werkzeugmaschinen, aber auch in elektromechanisch betätigten Lenkeinrichtungen von Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Bei derartigen Kugelgewindetrieben kann eine Rotationsbewegung in eine lineare Bewegung umgewandelt werden.
Aus DE 37 00 430 C2 beispielsweise ist eine Kugelumlaufspindel-Mutter bekannt geworden, mit einer Gewindespindel, die über Kugeln mit einer Spindelmutter in Schraubeingriff steht. Die Spindelmutter ist über zwei in X-Anordnung gestellte Schrägkugellager an einem Gehäuse drehbar gelagert, wobei die Spindelmutter für Rotation über einen Motor antreibbar ist. Wälzkörpergewindetriebe reagieren sehr empfindlich auf Fluchtungsfehler und/oder Verkippungen zwischen Spindel und Spindelmutter. Solche Fehlstellungen erhöhen eine Reibung innerhalb des Wälzkörpergewindetriebes, so dass die Leistungsaufnahme in unerwünschter Weise vergrößert werden muss. Das Gehäuse, in dem die Spindelmutter drehbar aufgenommen ist, muss einwandfrei fluchtend mit der Motorwelle des Motors positioniert werden, der die Gewindespindel arretiert. Anderenfalls würden in unerwünschter Weise Querkräfte und Biegemomente in die Spindelmutter und/oder die Gewindespindel eingeleitet werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Wälzkörpergewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, bei dem unerwünschte Querkräfte und Biegebelastungen infolge von Fluchtungsfehlern zwischen Spindelmutter und Gewindespindel zumindest weitgehend ausgeschlossen sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Außenring des Wälzlagers pendelbar in einer Kugelkalotte des Gehäuses aufgenommen ist. In dem Fall, dass die Gewindespindel aus ihrer Normallage ausgelenkt wird, sind unerwünschte Querkräfte und Biegebelastungen verhindert, denn die Spindelmutter folgt aufgrund der pendelnden Aufhängung im Gehäuse der Auslenkung der Gewindespindel. Das bedeutet, es findet eine Schwenkbewegung der Spindelmutter in der Kugelkalotte statt. Die zwischen der Gewindespindel und der Spindelmutter abwälzenden Wälzkörper, insbesondere Kugeln, werden nicht zusätzlich radial eingespannt. Der erfindungsgemäße Wälzkörpertrieb eignet sich in besonderer Weise für den Einsatz bei elektromechanischer Lenkung in Kraftfahrzeugen. Denn dort kann die Gewindespindel an die quer im Fahrzeug eingebaute Lenkstange angekoppelt sein, wobei Kräfte in einem Raumwinkel an die Spurstange zu den Rädern übertragen werden. Das bedeutet, dass die Lenkstange mit integrierter Gewindespindel aus ihrer Normallage herausgeschwenkt wird. Dadurch, dass die Spindelmutter in dem Gehäuse pendelnd aufgehängt ist, werden ungewünschte Querkräfte und Stützmomente infolge Verkippung nicht in den Wälzkörpergewindetrieb übertragen.
Vorzugsweise ist der Außenring des Wälzlagers mit seiner balligen Mantelfläche in der Kugelkalotte gelagert. Die ballige Mantelfläche und die Lagerfläche der Kugelkalotte des Gehäuses haben einen Radius, dessen Mittelpunkt idealerweise auf die Rotationsachse der Gewindespindel fällt, wodurch ein problemloses Verschwenken der Gewindespindel gemeinsam mit der Spindelmutter gegenüber dem Gehäuse möglich ist.
Die Spindelmutter ist vorzugsweise über ein Rillenkugellager drehbar in dem Gehäuse gelagert, wobei die Kugeln an einer Kugelrille eines Innenringes und an einer Kugelrille des Außenringes abwälzen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Spindelmutter in radialen und axialen Richtungen gegenüber dem Gehäuse einwandfrei gelagert und antreibbar ist.
Der Innenring des Rillenkugellagers kann einstückig mit der Spindelmutter ausgebildet sein. In diesem Fall erfüllt die Spindelmutter eine Doppelfunktion: Als Getriebeteil die Umwandlung einer Rotativbewegung in eine Linearbewegung und als Wälzlagerteil die Wälzlagerung der Spindelmutter in dem Gehäuse.
Zur Erzielung einer möglichst leichtgängigen Pendelbewegung der Spindelmutter gegenüber dem Gehäuse kann zwischen dem Außenring und der Kugelkalotte ein reibungsmindernder Belag vorgesehen sein.
Der Innenring oder die Spindelmutter kann mit einem axialen Ende zum Anschluss an einen Antrieb ausgebildet sein. An dieses Ende ist vorzugsweise eine torsionssteife aber biegeelastische Kupplung befestigt, wobei ein Antrieb an die Kupplung anflanschbar ist. Auf diese Weise können auch Fluchtungsfehler zwischen dem Antrieb und der Spindelmutter zulässig sein, da aufgrund der biegeelastischen Kupplung Querkräfte und/oder Biegemomente nicht übertragen werden.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in einer einzigen Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Der abgebildete erfindungsgemäße Wälzkörpergewindetrieb umfasst eine Gewindespindel 1, die über Kugeln 2 mit einer Spindelmutter 3 in bekannter Weise in Eingriff steht. Die Spindelmutter 3 ist über ein einreihiges Rillenkugellager 4 an einem Gehäuse 5 drehbar gelagert. Das Rillenkugellager 4 umfasst einen Außenring 6 mit äußerer balliger Mantelfläche und am Innenumfang eine Kugelrille 6a, wobei der Außenring 6 über Gleitbeläge 7 in einer Kugelkalotte 8des Gehäuses 5 pendelbar aufgenommen ist. D. h., die Spindelmutter 3 kann aus ihrer Lage heraus verschwenkt werden.
Während im abgebildeten Ausführungsbeispiel oberhalb der Mittellinie der Gewindespindel 1 die Spindelmutter an ihrem Außenumfang mit einer Kugelrille 9 versehen ist, zeigt das Ausführungsbeispiel unterhalb der Mittellinie der Gewindespindel 1 eine erfindungsgemäße Variante: Ein Innenring 10 des Rillenkugellagers 4 ist auf die Spindelmutter 3 aufgesetzt, drehfest mit dieser verbunden und axial zu ihr fixiert. Der Innenring 10 weist eine Kugelrille 10a auf. Die Kugeln 2 wälzen an den Kugelrillen 6a, 9, 10a ab.
Der Innenring 10 oder die Spindelmutter 3 sind an ihrem einen axialen Ende über eine torsionssteife, aber biegeelastische Kupplung 11 mit einer Antriebswelle 12 antriebsmäßig verbunden. Die Kupplung 11 weist zwei ringförmige Ansätze 13, 14 auf, von denen der eine auf die Antriebswelle 12 und von denen der andere auf die Spindelmutter 3 oder den Innenring 10 drehfest aufgesetzt ist. Zwischen diesen beiden ringförmigen Ansätzen 13, 14 ist ein biegeelastischer Wulst 15 vorgesehen, der einerseits einstückig mit dem ringförmigen Ansatz 13 und der andererseits einstückig mit dem ringförmigen Ansatz 14 ausgebildet ist. Der Wulst 15 ist so beschaffen, dass er Fluchtungsfehler der Antriebswelle 12 bezogen auf die Spindelmutter 3 ausgleicht, ohne dass die Übertragung eines Drehmomentes gestört würde.
Wenn die Gewindespindel 1 aus ihrer hier abgebildeten Normallage ausgelenkt wird, kann die Spindelmutter 3 dieser Auslenkung folgen, ohne dass unerwünschte Querkräfte zwischen der Gewindespindel 1 und der Spindelmutter 3 entstehen. Unter der Auslenkung der Spindelmutter 3 verschwenkt das Rillenkugellager 4 gegenüber dem Gehäuse 5, wobei der Außenring 6 an den Gleitbelägen 7 entlang gleitet. Die Antriebswelle 12 kann ihre Normallage beibehalten, da die vorgesehene Kupplung 11 verhindert, dass Querkräfte oder Biegemomente von der Spindelmutter 3 auf die Antriebswelle 12 übertragen werden. Bezugszahlen 1 Gewindespindel
2 Kugeln
3 Spindelmutter
4 Rillenkugellager
5 Gehäuse
6 Außenring
6a Kugelrille
7 Gleitbelag
8 Kugelkalotte
9 Kugelrillen
10 Innenring
10a Kugelrille
11 Kupplung
12 Antriebswelle
13 ringförmiger Ansatz
14 ringförmiger Ansatz
15 Wulst

Claims

1. Wälzkörpergewindetrieb, mit einer Gewindespindel (1), die über Wälzkörper, insbesondere Kugeln (2), mit einer Spindelmutter (3) in Schraubeingriff steht, und mit einem Gehäuse (5), an dem die Spindelmutter (3) über ein Wälzlager (4) drehbar gelagert ist, wobei die Spindelmutter (3) für Rotation antreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außenring (6) des Wälzlagers (4) pendelbar in einer Kugelkalotte (8) des Gehäuses (5) aufgenommen ist.

2. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem der Außenring (6) des Wälzlagers (4) mit seiner balligen Mantelfläche in der Kugelkalotte (8) des Gehäuses (5) pendelbar gelagert ist.

3. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem der Mittelpunkt des Kugelradius auf die Rotationsachse der Gewindespindel (1) fällt.

4. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem das Wälzlager (4) Kugeln (2) umfasst, die an einer Kugelrille (10a) eines Innenringes (10) und an einer Kugelrille (6a) des Außenringes (6) abwälzen.

5. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 4, bei dem der Innenring (10) einstückig mit der Spindelmutter (3) ausgebildet ist.

6. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Außenring (6) und der Kugelkalotte (8) ein reibungsmindernder Belag (7) vorgesehen ist.

7. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem der Innenring (10) oder die Spindelmutter (3) an einem axialen Ende zum Anschluss an einen Antrieb ausgebildet ist.

8. Wälzkörpergewindetrieb nach Anspruch 7, bei dem eine torsionssteife aber biegeelastische Kupplung (11) an diesem Ende befestigt ist, wobei ein Antrieb an die Kupplung (11) anflanschbar ist.