DE2627025A1

DE2627025A1 - Loser kugelfoermiger abstandskoerper eines kugelumlaufes einer schraubverbindung

Info

Publication number: DE2627025A1
Application number: DE19762627025
Authority: DE
Inventors: Anton Scheuter; Rudolf Dipl Ing Wonneberger; Hans Zwicker
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1976-06-16
Filing date: 1976-06-16
Publication date: 1977-12-29
Also published as: SE7706945L; FR2355201A1

Description

"Loser kugelförmiger Abstandskörper eines Kugeluralaufes einer Schraubverbindung"

Die Erfindung bezieht sich auf einen zwischen zwei Wälzkugeln eines Kugelumlaufes einer Schraubverbindung, insbesondere eines Lenkschnecken-Getriebes, lose angeordneten kugelförmigen Abstandskörper. Derartige Abstandskörper dienen im wesentlichen dazu, ein Gleiten unmittelbar zwischen den Wälzkugeln zu vermeiden. Dieses Gleiten erfolgt an punktförmigen Kugelflächen und verursacht daher hohen Verschleiß. Insbesondere bei Lenkschnecken-Getrieben ist jedoch eine spielfreie, reibungsarme Verbindung zwischen Lenkschnecke und Lenkmutter unumgänglich.

Bildet man den Abstandskörper als Kugel aus, dann ergibt sich ein gutes Abrollverhalten zu den Wälzkugeln. Nachteilig ist dabei jedoch, daß ein großer Kugeldurchmesser erforderlich XS soll der Abstandskörper nicht als Keil zwischen Wälzkugel und Wälzbahn wirken. Durch den großen Kugeldurchmesser des Abstandskörpers wird jedoch die Zahl der Wälzkugeln des Kugelumlaufes in einem unerwünschten Maße verringert.

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Dei einem bekannten Kugellager (US-PS 3 058 789) ist der zwischen zwei Wälzkugeln lose angeordnete Abstandskörper als kubischer Zylinder ausgebildet, dessen Durchmesser etwa gleich dem Wälzkugeldurchmesser ist. Neben der unerwünscht starken Verringerung der Wälzkugeln ist bei diesem Kugellager noch nachteilig, daß zwischen den Wälzkugeln und den Stirnflächen des Abstandskörpers Gleiten unter Punktberührung auftritt.

Während sich die Erfindung auf im wesentlichen in sich starre Abstandskörper bezieht, ist es bei Kugellagern (US-PS 3 037 827) bekannt, als federnde Abstandskörper Schraubenfedern zu verwenden, deren Enden formschlüssig an den benachbarten Wälzkugeln angreifen. Um das Zusammenpressen der Federwindungen auf Block zu verhindern, sind in den Schraubenfedern Sicherungsbolzen gehaltert, deren Stirnenden mit je einer konkaven Stützfläche versehen sind. Wenn das zulässige Maß der Federpressung erreicht ist, legen sich die benachbarten Wälzkugeln an die Stützflächen an, so daß ein Restfederweg sichergestellt ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentlichen darin, die durch die Anordnung von AbStandskörpern zwangsläufig bedingte Verringerung der Zahl der Wälzkugeln bei einem Kugelumlauf möglichst klein zu halten.

Ausgehend von einem kugelförmigen Abstandskörper der eingangs genannten Art ist die erläuterte Aufgabe in vorteilhafter Weise gelöst durch je eine konkave Gleitfläche für die Wälzkugeln.

Bei dem Abstandskörper nach der Erfindung weisen die beiden benachbarten Wälzkugeln einen geringeren Abstand zueinander

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auf als es dem Durchmesser der konvexen Restfläche des Abstandskörpers entspricht. Auf diese Weise können im Kugelumlauf mehr Wälzkugeln untergebracht werden, als wenn der Abstandskörper volle Kugelgestalt hätte. Schließlich ist es bei dem Abstandskörper nach der Erfindung besonders vorteilhaft, daß beim Gleiten der Wälzkugeln an den konkaven Gleitflächen keine Punktberührung auftritt. Verwendet man einen Kunststoff aus der Gruppe der Polyamide als Werkstoff für den Abstandskörper nach der Erfindung, so erhält man eine sehr gute Gleiteigenschaft bei hoher Festigkeit der Abstandskörper.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der kleinste gegenseitige Abstand der konkaven Gleitflächen zwischen O % und 20 % des Wälzkugeldurchmessers beträgt. Hierbei kann der Durchmesser der konvexen Restfläche des Abstandskörpers noch so groß gehalten sein, daß sich eine gute Führung für den Abstandskörper durch die Wälzbahnen der Wälzkugeln ergibt.

Bei einem Kugelumlauf einer Schraubverbindung weisen die Wälzbahnen an den Stellen für den Ein- und Austritt der Wälzkugeln zwangsläufig Unstetigkeiten auf. Weitere Unstetigkeiten können die Führungsbahnen der Wälzkugeln für deren Rückführung vom Austritt zum Eintritt aufweisen. Bei dem Abstandskörper nach der Erfindung sind beim Passieren von Unstetigkeiten Zwängungen gegenüber Wälzkugeln und Wälz- bzw. Führungsbahnen weitgehend vermieden durch eine Symmetrie-Ebene für die konvexe Restfläche und eine zur Symmetrie-Ebene senkrechte Bezugsachse, auf der die beiden Krümmungsmittelpunkte der konkaven Gleitflächen liegen.

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Bei dem Abstandskörper nach der Erfindung kann die Bezugsachse für die Krümmungsmittelpunkte der konkaven Gleitflächen mit der Verbindungsachse der Krümmungsmittelpunkte der beiden Wälzkugeln zusammenfallen. Ist die Anordnung nun so getroffen, daß die Bezugsachse exzentrisch zur Verbindungsachse der Krümmungsmittelpunkte der beiden Wälzkugeln liegt, dann ergibt sich ein geringeres Spiel zwischen der konvexen Restfläche und der äußeren Wälzbahn infolge eines größeren Durchmessers der konvexen Restfläche. Damit ist eine besonders gute Führung des Abstandskörpers in den Wälzbahnen erreicht.

Weiterhin hat es sich bei dem Abstandskörper nach der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, daß der Schubwinkel zwischen zwei durch den Krümmungsmittelpunkt einer konkaven Gleitfläche gehenden Achsen, von denen die eine den Krümmungamittelpunkt der konvexen Restfläche und die andere den Krümmungsmittelpunkt der mit der konkaven Gleitfläche zusammenarbeitenden Wälzkugel enthält, nicht größer als 20 ist. Hierbei hält sich die zwischen Abstandskörper und innerer Wälzbahn infolge der zentripetalen Schubkomponente, die von den Wälzkugeln auf den Abstandskörper ausgeübt wird, auftretende Reibung in zulässigen Grenzen.

Sieht man schließlich bei dem Abstandskörper nach der Erfindung eine zur Bezugsachse im wesentlichen zentrische Ausnehmung, die in die konkaven Gleitflächen ausmündet, vor, dann kann der Abstand zwischen den Wälzkugeln kleiner gehalten sein als der kleinste Abstand zwischen den beiden konkaven Gleitflächen.

Wie der Abstandskörper nach der Erfindung im einzelnen ausgebildet sein kann, ist im folgenden anhand von drei in der

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Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen für den Kugelumlauf zwischen Lenkschnecke und Lenkmutter einer Servolenkung beschrieben. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 einen Schnitt durch den mit erfindungsgegemäßen Abstandskörpern versehenen Kugelumlauf in einer die Lenkschneckenachse enthaltenden Ebene,

Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch den Kugelumlauf der Fig. 1 nach Linie H-II,

Fig. 3 einen um 90 gedreht gezeichneten Teilquerschnitt durch den Kugelumlauf der Fig. 1 nach Linie HI-III mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandskörpers in einem vergrößerten Maßstab,

Fig. k ein dem Teilquerschnitt der Fig. 3 entsprechender Teilquerschnitt mit einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandekörpers , und

Fig. 5 ein dem Teilquerschnitt der Fig. 3 entsprechender Teilquerschnitt mit einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen AbStandskörpers.

Zwischen schraubenförmig zur Lenkschneckenachse 17 verlaufenden Wälzbahnen 6 und 7 von Lenkschnecke 8 und Lenkmutter

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sind WHlzkugeln 10 eines Kugelumlaufes 11 geführt, zwischen denen erfindungsgemäße Abstandskörper 12 lose angeordnet sind. An den beiden Enden der Wälzbahn 7 mündet je eine Öffnung 13 der Lenkmutter 9· In die Öffnungen 13 ist je ein Schenkel 14 eines U-förmigen Rückführungsrohres 15 bewegungsfest eingesetzt. Um den Übertritt zwischen Wälzbahn 6 bzw. 7 und Rückführungsrohr 15 für die Wälzkugeln 10 zu erleichtern, sind die Schenkel l4 an ihren freien Enden mit in den Zwischenraum zwischen Wälzbahnen 6 und.7 hineinragendenLeitzungen 16 versehen.

Gemäß Fig. 3 ist der Abstandskörper 12 mit je einer konkaven Gleitfläche 18 für die beiden benachbarten Wälzkugeln 10 versehen. Die Krümmungsmittelpunkte 19 der Gleitflächen l8 liegen auf einer Bezugsachse 20, die beim Ausführungsbeispiel dieser Fig. 3 mit der Verbindungsachse 21 der Krümmungsmittelpunkte 22 der Wälzkugeln 10 fluchtet bzw. zusammenfällt« Der kleinste gegenseitige Abstand 23 der Gleitflächen 18 beträgt etwa 1 mm, während der Durchmesser 2k der Wälzkugeln etwa 9 mm beträgt. Die konvexe Restfläche 25 des Abstandskörpers 12 bildet einen in sich geschlossenen Abschnitt einer Kugeloberfläche, durch deren Krümmungsmittelpunkt 26 sowohl die Symmetrie-Ebene 27 der Restfläche 25 als auch die zur Symmetrie-Ebene 27 senkrechte Bezugsachse 20 gehen. Die Größe des Durchmessers 28 der Restfläche 25 ist durch den Abstand zwischen der Bezugsachse 20 und der inneren Wälzbahn 6 bestimmt.

Bei der Ausführungβform des erfindungsgemäßen Abstandskörpers 12 nach Fig. k weist die sowohl durch den Krümmungsmittel-

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punkt 26 der konvexen Restfläche 25 gehende als auch senkrecht auf der Symmetrie-Ebene 27 der Restfläche 25 stehende Bezugsachse 20 der Krümmungsmittelpunkte 19 der beiden konkaven Gleitflächen 18 eine derartige Exzentrizität 29 gegenüber der Verbindungsachse 21 der Krümmungsmittelpunkte 22 der beiden Wälzkugeln 10 auf, daß die Bezugsachse 20 einen größeren Abstand zur inneren Wälzbahn 6 aufweist als die Verbindungsachse 21. Auf diese Weise ist der Durchmesser der konvexen Restfläche 25 größer als beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3· Dadurch ist auch das Spiel zwischen Restfläche 25 und äußerer Wälzbahn 7 geringer, wodurch sich eine bessere Führung für den Abstandskörper ergibt. Die Durchmesser 24 der Wälzkugeln 10 sind für beide Ausführungsformen gleich groß.

Durch die Exzentrizität 29 entsteht ein Schubwinkel<</zwischen der Bezugsachse 20 und der durch die beiden Krümmungsmittelpunkte 19 einer Gleitfläche l8 und ihrer zugehörigen Wälzkugel 10 gehenden Achse 30. Der Schubwinkel d> soll jedoch nicht größer als 20 sein, damit die Zentripedalkomponente 31 der von den Wälzkugeln 10 auf den Abstandskörper 12 ausgeübten Schubkraft nicht so groß wird, daß die resultierende Reibkraft zwischen innerer Wälzbahn 6 und der Restfläche 25 unzulässige Werte annimmt. Auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 beträgt die Größe des Abstandes 23 zwischen den beiden Gleitflächen 18 nur etwa 1 mm.

Bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandskörpers 12 nach Fig. 5 fallen die Krümmungsmittelpunkte 19 und 22 einer konkaven Gleitfläche 18 und ihrer zugehörigen Wälzkugel 10 und damit auch Bezugsachse 20 und Verbindungs-

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achse 21 zusammen. Durch den Krümmungsmittelpunkt 26 der konvexen Restfläche 25 gehen wiederum sowohl deren Symmetrie-Ebene 27 als auch die zu letzterer senkrechte Bezugsachse 20. Zentrisch zur Bezugsachse 20 ist im Abstandskörper 12 eine zylindrische Ausnehmung 32 vorgesehen, die in die Gleitflächen 18 ausmündet. Der Durchmesser der Ausnehmung 32 ist lediglich so groß bemessen, daß zwischen den beiden Wälzkugeln 10 ein freier Sicherheitsabstand 33 von etwa 0,3 "Mi auch bei hohen Schubkräften aufrechterhalten bleibt. Wie ein Vergleich mit der Ausführungsform von Fig. 3 zeigt - der Durchmesser 2k der Wälzkugeln 10 ist bei beiden Ausführungsformen gleich groß - ist durch die Ausnehmung 32 sowohl ein geringerer Abstand zwischen den Wälzkugeln 10 und damit eine höhere Anzahl von Wälzkugeln als auch eine Vergrößerung des Durchmessers 28 der konvexen Restfläche 25 und damit eine bessere Führung für den Abstandskörper 12 erreicht.

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11. Juni I976

Patentansprüche

Zwischen zwei Wälzkugeln eines Kugelumlaufes einer Schraubverbindung, insbesondere eines Lenkschnecken-Getriebes, lose angeordneter kugelförmiger Abstandskörper, gekennzeichnet
durch je eine konkave Gleitfläche (l8) für die Wälzkugeln
(10).

Abstandskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kleinste gegenseitige Abstand (23) der konkaven Gleitflächen (18) zwischen 0 % und 20 % des Wälzkugel-Durchmessers (24) beträgt.

Abstandskörper nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Symmetrie-Ebene (27) für die konvexe Restfläche (25) und eine zur Symmetrie-Ebene (27) senkrechte Bezugsachse (20), auf der die beiden Krümmungsmittelpunkte (19) der konkaven Gleitflächen (l8) liegen.

Abstandskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsachse (20) exzentrisch zur Verbindungsachse (21) der Krümmungsmittelpunkte (22) der beiden Wälzkugeln (lO) liegt.

Abstandekörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß der Schubwinkel (06) zwischen zwei durch den Krümmungsmittelpunkt (19) einer konkaven Gleitfläche (l8) gehenden Achsen (20 und 30), von denen die eine (20) den Krümmungsmittelpunkt (26) der konvexen Restfläche (25)
und die andere (30) den Krümmungsmittelpunkt (22) der mit der

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konkaven Gleitfläche (l8) zusammenarbeitenden Wälzkugel (lO) enthält, nicht größer als 20 ist.

6. Abstandskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch eine zur Bezugsachse (20) im wesentlichen zentrische Ausnehmung (32), die in die konkaven Gleitflächen (l8) ausmündet.

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