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WO2018192611A1 - Gewindespindel und verfahren zur herstellung einer gewindespindel - Google Patents

Gewindespindel und verfahren zur herstellung einer gewindespindel Download PDF

Info

Publication number
WO2018192611A1
WO2018192611A1 PCT/DE2018/100233 DE2018100233W WO2018192611A1 WO 2018192611 A1 WO2018192611 A1 WO 2018192611A1 DE 2018100233 W DE2018100233 W DE 2018100233W WO 2018192611 A1 WO2018192611 A1 WO 2018192611A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
threaded spindle
ball screw
stop
contour
threaded
Prior art date
Application number
PCT/DE2018/100233
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dieter Adler
Andreas Krome
Maria ROMAKER
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler Technologies AG & Co. KG filed Critical Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Publication of WO2018192611A1 publication Critical patent/WO2018192611A1/de

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H25/22Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2204Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H25/2015Means specially adapted for stopping actuators in the end position; Position sensing means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
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    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H25/24Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
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    • F16H25/18Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20Screw mechanisms
    • F16H25/24Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts
    • F16H2025/2481Special features for facilitating the manufacturing of spindles, nuts, or sleeves of screw devices

Definitions

  • the invention relates to a suitable for a ball screw threaded spindle as well as a method for producing such a threaded spindle.
  • Screw drives in particular ball screws, are provided for converting rotary movements into linear movements or vice versa, wherein either the threaded spindle or the associated spindle nut of the screw drive can act as a rotating component, while the respective other component is displaceable in a surrounding construction in a manner secured against rotation.
  • a ball screw is known whose spindle nut has an integrated anti-rotation contour. Furthermore, this spindle nut has a stop acting in the circumferential direction, which cooperates with a stop contour of a disc which is connected in a rotationally fixed manner to the threaded spindle of the ball screw drive.
  • DE 10 2008 062 180 A1 discloses a vehicle brake operating with a ball screw with an electromechanically actuated parking brake. Also in this case, a disc which has a Vermostechnischskontur, rotatably connected to a threaded spindle, while another circumferential stop is formed by the spindle nut of the ball screw.
  • EP 2 718 583 B1 Another design of an electronic parking brake is disclosed in EP 2 718 583 B1. Also in this case, a ball screw is used.
  • the invention has for its object to further develop a suitable inter alia vehicle brakes screw drive relative to the cited prior art, in particular under production engineering aspects.
  • This object is achieved by a threaded spindle with the features of claim 1 and by a method for producing a threaded spindle according to claim 10.
  • features and advantages of the invention apply mutatis mutandis to the device, that is the threaded spindle, and vice versa.
  • the threaded spindle is a one-piece component which comprises a threaded rod with at least one thread race designed as a rolling body raceway.
  • the thread of the threaded rod can be designed as a single or multiple thread.
  • a functional area is integrally connected to the threaded rod, which acts both as Verwood Anlagenskontur and as a circumferential stop, the anti-rotation contour is provided to prevent rotation of the threaded spindle in a surrounding construction and the peripheral stop for cooperation with another, provided by a spindle nut circumferential stop.
  • the manufacture of the threaded spindle is assumed by a spindle blank, which already has the complete functional area, that is, the anti-rotation contour and the circumferential stop.
  • This spindle blank is further processed to the threaded spindle by the thread is formed.
  • the shaping of the thread can be done by non-cutting methods, machining or a combination of cutting and machining processes.
  • the threaded spindle is predestined for applications in which it is linearly displaced by a rotating spindle nut.
  • application areas of the threaded spindle include parking brakes, working brakes and brake booster applications, in each case in motor vehicles.
  • the anti-rotation contour of the threaded spindle interacts with another anti-rotation contour provided by a surrounding construction, with which, optionally in cooperation with other guide elements, a linear guide of the threaded spindle is given in the surrounding construction.
  • the circumferentially acting, provided by the functional range of the threaded spindle stop, to which the spindle nut of the ball screw can start, has in comparison to an effective axial stop the advantages that much lower forces are absorbed and there is no risk of jamming.
  • a stop face of the functional area can be aligned exactly in the radial direction. With a tangent applied to the threaded spindle, a tangent placed on the peripheral stop thus encloses an angle of 90 degrees.
  • a stop surface which acts in cooperation with a spindle nut as a peripheral stop, with a tangent to the threaded rod includes a deviating from 90 degrees angle, that is obliquely.
  • the peripheral stop preferably adjoins the front side of that portion of the functional area through which the anti-rotation contour is formed.
  • the width of the circumferential stop measured in the axial direction is less than the width of the anti-rotation contour measured in the same direction in the case of diverse designs of the threaded spindle which differ from each other both with regard to the geometry of the anti-rotation contour and with respect to the design of the circumferential stop.
  • the anti-rotation contour is formed for example by a polygon contour of the functional area.
  • the anti-rotation contour can be realized for example by a recess in an otherwise cylindrical lateral surface of the functional area.
  • a recess and a projection can fulfill the function of a rotation.
  • the anti-rotation contour in the form of a flattening of an otherwise cylindrical lateral surface of the functional area.
  • Dovetail guides or other more complex contours are also suitable as anti-rotation contours.
  • anti-rotation mechanisms can also be implemented, in which rolling bodies, for example rollers or needles, roll between an anti-rotation contour of the threaded spindle and an associated anti-rotation contour of a surrounding structure.
  • the functional area as a whole preferably has the basic shape of a disc concentric with the threaded rod.
  • the ball screw on a threaded spindle which is rotatably connected to an additional disc having a further provided for cooperation with the ball screw nut circumferential stop.
  • the additional disk can in this case have the basic shape of the functional area, but without anti-rotation contour.
  • the rotationally fixed connection between the threaded spindle and the additional disc can be produced for example by a press connection.
  • the ball screw nut is - as well as the threaded rod - preferably arranged axially between the functional area and the additional disc, wherein the shape of the provided by the functional area circumferential stop can match the shape of the peripheral stop of the additional disc. The same applies to the cooperating with the circumferential stops stop contours of the ball screw nut.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a threaded spindle in a perspective view
  • Fig. 5 and 6 a ball screw with the threaded spindle after
  • FIG. 7 shows a spindle blank suitable for producing the threaded spindle according to FIG. 1, FIG.
  • Fig. 8 to 1 a second embodiment of a threaded spindle in
  • Fig. 24 shows a sixth embodiment of a threaded spindle. Unless otherwise stated, the following explanations relate to all exemplary embodiments. Corresponding or basically equivalent parts are indicated in all figures with the same reference numerals.
  • a generally designated by the reference numeral 1 ball screw is constructed of a threaded spindle 2 and a ball screw nut 3, wherein between the threaded spindle 2 and the ball screw nut 3 in the figures not visible rolling elements, namely balls, roll.
  • the ball screw nut 3 is a spindle nut with ball return.
  • the ball screw nut 3 is rotatable, but not slidably mounted in a surrounding construction.
  • a designated 10 flange of the ball screw nut 3 thus has an unchangeable in the axial direction of the ball screw 1 position.
  • the ball screw nut 3 can be driven, for example, by an electric direct drive, via a belt drive or via toothed wheels.
  • the threaded spindle 2 has a plurality of sections, namely a threaded rod 4 cooperating with the ball screw nut 3, also generally referred to as a spindle nut, a connecting rod 5 with a smooth, cylindrical lateral surface and an axially arranged between the threaded rod 4 and the connecting rod 5 in the exemplary embodiments Function area 6, on.
  • the functional area 6 has the basic shape of the rest of the threaded spindle 2 concentrically enclosing disc and combines two functions, namely the function of a Vermosommes- contour 7 and the function of a circumferential stop 8.
  • the anti-rotation contour 7 is in this case for cooperation with a designated by 1 environment component, the is called a surrounding structure, provided, in which the threaded spindle 2 is displaceable in its axial direction.
  • the circumferential stop 8 of the threaded spindle 2 is intended to cooperate with a stop lug 9, generally referred to as a stop contour, the ball screw nut 3.
  • a stop lug 9 generally referred to as a stop contour
  • the threaded spindle 2 including the functional area 6 is a one-piece metal part.
  • the starting product for producing the threaded spindle 2 is a spindle blank 12 shown in FIG. 7.
  • This spindle blank 12 already has the complete functional area 6 including the anti-rotation contour 7 and the circumferential stop 8.
  • the connecting rod 5 in its final form already at the spindle blank 12 is present.
  • the spindle blank 12 only has a bolt-shaped section 13 with a cylindrical lateral surface. From this bolt-shaped portion 13, the threaded rod 4 is produced by known methods such as rolling or thread furrows. Notwithstanding the illustrated embodiments, the threaded rod 4 may also be a component of a simple movement thread, that is, a screw without rolling elements act.
  • the anti-rotation contour 7 has the basic shape of a polygon.
  • the anti-rotation contour 7 describes a rectangle with bevelled corners, that is to say an octagonal contour.
  • the peripheral stop 8 is located, also in the frontal view, completely within this octagonal contour.
  • the circumferential stop 8 describes a nose contour.
  • a tangent placed on the circumferential stop 8 in this case encloses a right angle with a tangent placed on the stop lug 9 of the ball screw nut 3.
  • other effective stop contours between the threaded spindle 2 and the ball screw nut 3 can be realized, with which a torque support between said parts 2,3 is given without axial tension.
  • the peripheral stop 8 between the anti-rotation contour 7 and the threaded rod 4 is arranged.
  • the width of the circumferential stop 8 measured in the axial direction of the threaded spindle 2 in the present case is less than half the width of the anti-rotation contour 7 measured in the same direction.
  • the width of the circumferential stop 8 is slightly greater than the thread pitch of the ball screw 1 to sufficiently large contact surfaces between the threaded spindle 2 and the ball screw nut 3 and a ne safety with respect to axial stop to offer.
  • the width of the anti-rotation contour 7, on the other hand, is designed as a function of the material pairing of functional area 6 / ambient component 11.
  • the production of the thread of the threaded rod 4 only after the shaping of the functional area 6 including the anti-rotation contour 7 and the circumferential stop 8 is independent of the form in which the anti-rotation contour 7 and the circumferential stop 8 are present.
  • Figures 5 and 6 illustrate how the threaded spindle 2 by a corresponding contour of the shape of the anti-rotation contour 7 opening of the surrounding component 1 1 is slidable.
  • Fig. 5 shows the abutting on the peripheral stop 8 ball screw nut 3. A further displacement of the threaded spindle 2 to the right, based on the arrangement of FIG. 5, is thus prevented.
  • the anti-rotation contour 7 is given by a recess in an otherwise cylindrical lateral surface of the functional area 6.
  • the design of the peripheral stop 8 differs from the given in the threaded spindle 2 of Figure 1 design insofar as the provided by the peripheral stop 8, provided for contacting the ball screw nut 3 stop surface is not aligned in the radial direction of the threaded spindle 2, but significantly skewed.
  • a circumferential stop 8 is given, the geometry of which inter alia corresponds to the embodiment of Figures 1 to 6. This means that 3 abutment surfaces are given by the circumferential stop 8 and the cooperating stop lug 9 of the ball screw nut, which lie in a plane which intersects the axis of rotation of the ball screw 1. The peripheral stop 8 is thus aligned radially.
  • the anti-rotation contour 7 is in the embodiment of FIGS 12 to 15 than Run ahead projection, which protrudes from an otherwise cylindrical lateral surface of the functional area 6.
  • the anti-rotation contour 7 is realized in the form of a flattening of the otherwise cylindrical lateral surface of the functional region 6.
  • the threaded spindle 2 according to FIG. 16 is similar to the exemplary embodiment explained above.
  • a circumferential stop 8 is shown only symbolized.
  • the circumferential stop 8 is a contour formed directly by the functional area 6, which is produced by shaping, for example by extrusion or forging. Therefore, a shape without sharp edges or small, slender accumulations of material is selected, taking into account the demolding in the manufacturing process.
  • the ball screw nut 3 facing end face of the functional area 6 is in this case designed such that the ball screw nut 3, if it does not contact the peripheral stop 8, is movable without collision.
  • the anti-rotation contour 7 likewise provided directly by the functional area 6 corresponds in the design according to FIG. 20 to the design according to FIG. 8.
  • the ball screw drive according to FIG. 24 can have a geometry of the circumferential stopper 8 corresponding to the exemplary embodiment according to FIG. 1.
  • the anti-rotation contour 7 of the embodiment of FIG. 24 may be designed according to each of the above-described embodiments.
  • the design according to FIG. 24 differs in that, in addition to the circumferential stop 8, there is another circumferential stop 18, which is part of an additional disk 17 which is fixedly connected to the threaded spindle. del 2 connected, for example, pressed onto this or welded to this is.
  • the additional disk 17 in this case surrounds a connecting rod 16, which adjoins the threaded rod 4 and - as well as the connecting rod 5 - is an integral part of the threaded spindle 2.
  • the threaded rod 4 is arranged axially between the functional region 6 and the additional disk 17 and thus between the two circumferential stops 8, 18.
  • the ball screw nut 3 On its end face facing the additional disk 17, the ball screw nut 3 has a stop lug 14, which is designed in accordance with the stop lug 9 facing the functional area 6.
  • a rolling bearing 15, namely ball bearing is provided which directly adjoins the flange 10 and is installed in the surrounding construction, not shown, in which also the threaded spindle 2 by means of the anti-rotation contour 7, but not rotatable guided. Thanks to the directly provided by the threaded spindle 2 or fixedly connected to this circumferential stops 8, 18 is given in both end positions of the threaded spindle 2, a defined stop on the ball screw nut 3 while avoiding axial tension.

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Abstract

Eine Gewindespindel für einen Kugelgewindetrieb umfasst eine Gewindestange (4) und einen einstückig mit dieser verbundenen Funktionsbereich (6), welches sowohl eine Verdrehsicherungskontur (7) als auch einen Umfangsanschlag (8) aufweist, wobei die Verdrehsicherungskontur (7) zur Verdrehsicherung der Gewindespindel in einer Umgebungskonstruktion und der Umfangsanschlag (8) zur Zusammenwirkung mit einer Kugelgewindemutter (3) vorgesehen ist.

Description

Gewindespindel und Verfahren zur Herstellung einer Gewindespindel
Die Erfindung betrifft eine für einen Kugelgewindetrieb geeignete Gewindespindel so- wie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Gewindespindel.
Gewindetriebe, insbesondere Kugelgewindetriebe, sind zur Umwandlung rotativer Bewegungen in lineare Bewegungen oder umgekehrt vorgesehen, wobei entweder die Gewindespindel oder die zugehörige Spindelmutter des Gewindetriebs als rotierendes Bauteil fungieren kann, während das jeweils andere Bauteil in einer Umgebungskonstruktion in verdrehgesicherter Weise verschiebbar ist.
Aus der DE 10 2014 219 256 B4 ist ein Kugelgewindetrieb bekannt, dessen Spindelmutter eine integrierte Verdrehsicherungskontur aufweist. Weiter weist diese Spindel- mutter einen in Umfangsrichtung wirksamen Anschlag auf, welcher mit einer Anschlagkontur einer Scheibe zusammenwirkt, die drehfest mit der Gewindespindel des Kugelgewindetriebs verbunden ist.
Die DE 10 2008 062 180 A1 offenbart eine mit einem Kugelgewindetrieb arbeitende Fahrzeugbremse mit elektromechanisch betätigbarer Feststellbremse. Auch in diesem Fall ist eine Scheibe, welche eine Verdrehsicherungskontur aufweist, drehfest mit einer Gewindespindel verbunden, während ein weiterer Umfangsanschlag durch die Spindelmutter des Kugelgewindetriebs gebildet ist.
Eine weitere Bauform einer elektronischen Parkbremse ist in der EP 2 718 583 B1 offenbart. Auch in diesem Fall kommt ein Kugelgewindetrieb zum Einsatz.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen unter anderem für Fahrzeugbremsen geeigneten Gewindetrieb gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Gewindespindel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Herstellung einer Gewindespindel gemäß Anspruch 10. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Herstel- lungsverfahren erläuterte Merkmale und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt die Gewindespindel, und umgekehrt.
Bei der Gewindespindel handelt es sich um ein einstückiges Bauteil, welches eine Gewindestange mit mindestens einem als Wälzkörperlaufbahn ausgebildeten Gewin- degang umfasst. Das Gewinde der Gewindestange kann als ein- oder mehrgängiges Gewinde ausgeführt sein. In jedem Fall ist mit der Gewindestange ein Funktionsbereich einstückig verbunden, welcher sowohl als Verdrehsicherungskontur als auch als Umfangsanschlag fungiert, wobei die Verdrehsicherungskontur zur Verdrehsicherung der Gewindespindel in einer Umgebungskonstruktion und der Umfangsanschlag zur Zusammenwirkung mit einem weiteren, durch eine Spindelmutter bereitgestellten Umfangsanschlag vorgesehen ist.
Bei der Herstellung der Gewindespindel wird von einem Spindelrohling ausgegangen, welcher bereits den kompletten Funktionsbereich, das heißt die Verdrehsicherungs- kontur und den Umfangsanschlag, aufweist. Dieser Spindelrohling wird zur Gewindespindel weiterverarbeitet, indem der Gewindegang geformt wird. Die Formung des Gewindegangs kann hierbei durch spanlose Verfahren, spanabhebende Verfahren oder eine Kombination spanloser und spanabhebender Verfahren erfolgen.
Durch die integrierte Verdrehsicherungskontur ist die Gewindespindel prädestiniert für Anwendungen, in denen sie durch eine rotierende Spindelmutter linear verschoben wird. Als Anwendungsgebiete der Gewindespindel sind beispielhaft Parkbremsen, Arbeitsbremsen und Bremsbooster-Anwendungen, jeweils in Kraftfahrzeugen, zu nennen. Die Verdrehsicherungskontur der Gewindespindel wirkt mit einer weiteren, durch eine Umgebungskonstruktion bereitgestellte Verdrehsicherungskontur zusammen, womit, optional in Zusammenwirkung mit weiteren Führungselementen, eine Linearführung der Gewindespindel in der Umgebungskonstruktion gegeben ist.
Der in Umfangsrichtung wirkende, durch den Funktionsbereich der Gewindespindel bereitgestellte Anschlag, an welchen die Spindelmutter des Kugelgewindetriebs anlaufen kann, hat in Vergleich zu einem in Axialrichtung wirksamen Anschlag die Vorteile, dass wesentlich geringere Kräfte aufzunehmen sind und kein Risiko eines Verklemmens gegeben ist. Hinsichtlich der Kontur des Umfangsanschlags existieren vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten. Hierbei kann eine Anschlagfläche des Funktionsbereichs exakt in radialer Richtung ausgerichtet sein. Mit einer an die Gewindespindel angelegten Tangente schließt eine an den Umfangsanschlag gelegte Tangente damit einen Winkel von 90 Grad ein.
Ebenso sind Bauformen der Gewindespindel realisierbar, in welchen eine Anschlag- fläche, die in Zusammenwirkung mit einer Spindelmutter als Umfangsanschlag wirkt, mit einer an die Gewindestange gelegten Tangente einen von 90 Grad abweichenden Winkel einschließt, das heißt schräg gestellt ist.
Der Umfangsanschlag schließt vorzugsweise stirnseitig an denjenigen Abschnitt des Funktionsbereichs an, durch den die Verdrehsicherungskontur ausgebildet ist. Die in Axialrichtung gemessene Breite des Umfangsanschlags ist bei diversen, sich sowohl hinsichtlich der Geometrie der Verdrehsicherungskontur als auch hinsichtlich der Gestaltung des Umfangsanschlags voneinander unterscheidenden Bauformen der Gewindespindel geringer als die in derselben Richtung gemessene Breite der Verdrehsi- cherungskontur.
Die Verdrehsicherungskontur ist beispielsweise durch eine Polygonkontur des Funktionsbereichs ausgebildet. Ebenso kann die Verdrehsicherungskontur zum Beispiel durch eine Aussparung in einer ansonsten zylindrischen Mantelfläche des Funktions- bereichs realisiert sein. An Stelle einer Aussparung kann auch ein Vorsprung die Funktion einer Verdrehsicherung erfüllen. In besonders einfacher Ausgestaltung ist die Verdrehsicherungskontur in Form einer Abflachung einer ansonsten zylindrischen Mantelfläche des Funktionsbereichs gegeben. Auch Schwalbenschwanzführungen oder sonstige, komplexere Konturen sind als Verdrehsicherungskonturen geeignet. Prinzipiell sind auch Verdrehsicherungsmechanismen realisierbar, bei denen zwi- sehen einer Verdrehsicherungskontur der Gewindespindel und einer zugehörigen Verdrehsicherungskontur einer Umgebungskonstruktion Wälzkörper, beispielsweise Rollen oder Nadeln, abrollen.
In allen genannten Ausgestaltungen der Verdrehsicherungskontur hat der Funktions- bereich insgesamt vorzugsweise die Grundform einer zur Gewindestange konzentrischen Scheibe.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung weist der Kugelgewindetrieb eine Gewindespindel auf, welche drehfest mit einer Zusatzscheibe verbunden ist, die einen weiteren zur Zusammenwirkung mit der Kugelgewindemutter vorgesehenen Umfangsanschlag aufweist. Die Zusatzscheibe kann hierbei die Grundform des Funktionsbereichs, jedoch ohne Verdrehsicherungskontur, aufweisen. Die drehfeste Verbindung zwischen der Gewindespindel und der Zusatzscheibe ist beispielsweise durch eine Pressverbindung herstellbar. Die Kugelgewindemutter ist - ebenso wie die Gewindestange - vorzugsweise axial zwischen dem Funktionsbereich und der Zusatzscheibe angeordnet, wobei die Form des durch den Funktionsbereich bereitgestellten Umfangsanschlags mit der Form des Umfangsanschlags der Zusatzscheibe übereinstimmen kann. Entsprechendes gilt für die mit den Umfangsanschlägen zusammenwirkenden Anschlagkonturen der Kugelgewindemutter.
Gegenüber mehrteiligen Anordnungen, die eine Gewindespindel und fest mit dieser verbundene Funktionselemente wie Anschlag- oder Führungselemente umfassen, hat die - mit Ausnahme der optionalen Zusatzscheibe - einteilige Gewindespindel mit integriertem Funktionsbereich erhebliche Vorteile, unter anderem durch den Wegfall von Fügegeometrien, die sich sowohl hinsichtlich des Montageaufwandes als auch hinsichtlich des Bauraumbedarfs, der mechanischen Präzision, der Robustheit und der Lebensdauer manifestieren. Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Gewindespindel in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 die Gewindespindel nach Fig. 1 in Seitenansicht,
Fig. 3 und 4 die Gewindespindel nach Fig. 1 in stirnseitigen Ansichten,
Fig. 5 und 6 einen Kugelgewindetrieb mit der Gewindespindel nach
Fig. 1 in verschiedenen Betriebszuständen,
Fig. 7 einen zur Herstellung der Gewindespindel nach Fig. 1 geeigneten Spindelrohling,
Fig. 8 bis 1 1 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Gewindespindel in
Darstellungen analog Fig. 1 bis 4,
Fig. 12 bis 15 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Gewindespindel,
Fig. 16 bis 19 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Gewindespindel,
Fig. 20 bis 23 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Gewindespindel,
Fig. 24 ein sechstes Ausführungsbeispiel einer Gewindespindel. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Kugelgewindetrieb ist aus einer Gewindespindel 2 und einer Kugelgewindemutter 3 aufgebaut, wobei zwischen der Gewindespindel 2 und der Kugelgewindemutter 3 in den Figuren nicht sichtbare Wälzkörper, nämlich Kugeln, abrollen. Bei der Kugelgewindemutter 3 handelt es sich um eine Spindelmutter mit Kugelrückführung. In den Ausführungsbeispielen ist die Kugelgewindemutter 3 rotierbar, jedoch nicht verschiebbar in einer Umgebungskonstruktion gelagert. Ein mit 10 bezeichneter Flansch der Kugelgewindemutter 3 hat somit eine in Axialrichtung des Kugelgewindetriebs 1 unveränderbare Position. Die Kugelgewindemutter 3 ist beispielsweise durch einen elektrischen Direktantrieb, über ei- nen Riementrieb oder über Zahnräder antreibbar.
Die Gewindespindel 2 weist mehrere Abschnitte, nämlich eine mit der Kugelgewindemutter 3, allgemein auch als Spindelmutter bezeichnet, zusammenwirkende Gewindestange 4, eine Anschlussstange 5 mit glatter, zylindrischer Mantelfläche, sowie ei- nen in den Ausführungsbeispielen axial zwischen der Gewindestange 4 und der Anschlussstange 5 angeordneten Funktionsbereich 6, auf. Der Funktionsbereich 6 hat die Grundform einer die übrige Gewindespindel 2 konzentrisch umschließenden Scheibe und vereint zwei Funktionen, nämlich die Funktion einer Verdrehsicherungs- kontur 7 und die Funktion eines Umfangsanschlags 8. Die Verdrehsicherungskontur 7 ist hierbei zur Zusammenwirkung mit einem mit 1 1 bezeichneten Umgebungsbauteil, das heißt einer Umgebungskonstruktion, vorgesehen, in welchem die Gewindespindel 2 in ihrer Axialrichtung verschiebbar ist. Der Umfangsanschlag 8 der Gewindespindel 2 ist dagegen zur Zusammenwirkung mit einer Anschlagnase 9, allgemein als Anschlagkontur bezeichnet, der Kugelgewindemutter 3 vorgesehen. Durch den Um- fangsanschlag 8 und die Anschlagnase 9 wird ein Anschlagen der Kugelgewindemutter 3 an der Gewindespindel 2 in axialer Richtung verhindert. Bei der Gewindespindel 2 einschließlich des Funktionsbereichs 6 handelt es sich um ein einstückiges Metallteil. Ausgangsprodukt zur Herstellung der Gewindespindel 2 ist ein in Figur 7 dargestellter Spindelrohling 12. Dieser Spindelrohling 12 weist bereits den kompletten Funktionsbereich 6 einschließlich der Verdrehsicherungskontur 7 und des Umfangsanschlags 8 auf. Ebenso ist im dargestellten Beispiel die Anschlussstange 5 in ihrer endgültigen Form bereits beim Spindelrohling 12 vorhanden. Anstelle der Gewindestange 4 weist der Spindelrohling 12 jedoch lediglich einen bolzenförmigen Abschnitt 13 mit zylindrischer Mantelfläche auf. Aus diesem bolzenförmigen Abschnitt 13 wird durch an sich bekannte Verfahren wie Rollieren oder Gewindefurchen die Gewindestange 4 erzeugt. Abweichend von den dargestellten Ausführungsbeispielen kann es sich bei der Gewindestange 4 auch um eine Komponente eines einfachen Bewegungsgewindes, das heißt eines Gewindetriebs ohne Wälzkörper, handeln.
Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 und 4 hat die Verdrehsicherungskontur 7 die Grundform eines Polygons. In stirnseitiger Ansicht (Figuren 3,4) beschreibt die Verdrehsicherungskontur 7 ein Rechteck mit abgeschrägten Ecken, das heißt eine achteckige Kontur. Der Umfangsanschlag 8 liegt, ebenfalls in stirnseitiger Ansicht, vollständig innerhalb dieser achteckigen Kontur. Wie insbesondere aus Figur 3 ersichtlich ist, beschreibt der Umfangsanschlag 8 eine Nasenkontur. Eine an den Um- fangsanschlag 8 gelegte Tangente schließt hierbei mit einer an die Anschlagnase 9 der Kugelgewindemutter 3 gelegten Tangente einen rechten Winkel ein. Abweichend hiervon sind auch sonstige zwischen der Gewindespindel 2 und der Kugelgewindemutter 3 wirksame Anschlagkonturen realisierbar, mit welchen eine Drehmomentab- stützung zwischen den genannten Teilen 2,3 ohne axiale Verspannung gegeben ist.
In Seitenansicht (Figur 2) ist der Umfangsanschlag 8 zwischen der Verdrehsicherungskontur 7 und der Gewindestange 4 angeordnet. Die in Axialrichtung der Gewindespindel 2 gemessene Breite des Umfangsanschlags 8 beträgt im vorliegenden Fall weniger als die Hälfte der in derselben Richtung gemessenen Breite der Verdrehsi- cherungskontur 7. Allgemein ist Breite des Umfangsanschlags 8 etwas größer als die Gewindesteigung des Kugelgewindetriebs 1 , um ausreichend große Kontaktflächen zwischen der Gewindespindel 2 und der Kugelgewindemutter 3 bereitzustellen und ei- ne Sicherheit bezüglich axialem Anschlag zu bieten. Die Breite der Verdrehsiche- rungskontur 7 ist dagegen in Abhängigkeit von der Materialpaarung Funktionsbereich 6 / Umgebungsbauteil 1 1 ausgelegt.
Die Fertigung des Gewindes der Gewindestange 4 erst im Anschluss an die Formgebung des Funktionsbereichs 6 einschließlich der Verdrehsicherungskontur 7 und des Umfangsanschlags 8 erfolgt unabhängig davon, in welcher Form die Verdrehsicherungskontur 7 sowie der Umfangsanschlag 8 vorliegen.
Die Figuren 5 und 6 veranschaulichen, wie die Gewindespindel 2 durch eine entsprechend der Form der Verdrehsicherungskontur 7 konturierte Öffnung des Umgebungsbauteils 1 1 hindurch verschiebbar ist. Die Fig. 5 zeigt die am Umfangsanschlag 8 anschlagende Kugelgewindemutter 3. Eine weitere Verschiebung der Gewindespindel 2 nach rechts, bezogen auf die Anordnung nach Fig. 5, ist damit verhindert.
Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 8 bis 1 1 ist die Verdrehsicherungskontur 7 durch eine Aussparung in einer ansonsten zylindrischen Mantelfläche des Funktionsbereichs 6 gegeben. Die Gestaltung des Umfangsanschlags 8 weicht von der bei der Gewindespindel 2 nach Figur 1 gegebenen Gestaltung insofern ab, als die durch den Umfangsanschlag 8 gegebene, zur Kontaktierung der Kugelgewindemutter 3 vorgesehene Anschlagfläche nicht in Radialrichtung der Gewindespindel 2 ausgerichtet, sondern signifikant schräg gestellt ist.
Bei der Bauform der Gewindespindel 2 nach den Figuren 12 bis 15 ist ein Umfangs- anschlag 8 gegeben, dessen Geometrie unter anderem dem Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 6 entspricht. Dies bedeutet, dass durch den Umfangsanschlag 8 sowie die damit zusammenwirkende Anschlagnase 9 der Kugelgewindemutter 3 Anschlagflächen gegeben sind, welche in einer Ebene liegen, die Rotationsachse des Kugelgewindetriebs 1 schneidet. Der Umfangsanschlag 8 ist damit radial ausgerichtet. Die Verdrehsicherungskontur 7 ist im Ausführungsbeispiel den Figuren 12 bis 15 als Vorsprung ausgeführt, welcher aus einer ansonsten zylindrischen Mantelfläche des Funktionsbereichs 6 herausragt.
Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 16 bis 19 ist die Verdrehsicherungskontur 7 in Form einer Abflachung der ansonsten zylindrischen Mantelfläche des Funktionsbereichs 6 realisiert. Hinsichtlich der Gestaltung des Umfangsanschlags 8 gleicht die Gewindespindel 2 nach Figur 16 dem zuvor erläuterten Ausführungsbeispiel.
In den Figuren 20 bis 23 ist ein Umfangsanschlag 8 lediglich symbolisiert dargestellt. Tatsächlich handelt es sich bei dem Umfangsanschlag 8 um eine unmittelbar durch den Funktionsbereich 6 gebildete Kontur, welche umformtechnisch, beispielsweise durch Fließpressen oder Schmieden, erzeugt wird. Von daher wird eine Formgebung ohne scharfe Kanten oder kleine, schlanke Materialanhäufungen gewählt, wobei auf die Entformbarkeit im Herstellungsprozess Rücksicht genommen wird. Die der Kugel- gewindemutter 3 zugewandte Stirnseite des Funktionsbereichs 6 ist hierbei derart gestaltet, dass die Kugelgewindemutter 3, sofern sie nicht den Umfangsanschlag 8 kontaktiert, kollisionsfrei bewegbar ist. Die ebenfalls unmittelbar durch den Funktionsbereich 6 bereitgestellte Verdrehsicherungskontur 7 entspricht in der Bauform nach Figur 20 der Gestaltung gemäß Figur 8.
Hinsichtlich der Gestaltung des Umfangsanschlags 8 gelten für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 24 die obigen Ausführungen zu Fig. 20 ohne Einschränkungen. Insbesondere kann der Kugelgewindetrieb nach Fig. 24 eine dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 entsprechende Geometrie des Umfangsanschlags 8 aufweisen. Analoges gilt hinsichtlich der Gestaltung der Verdrehsicherungskontur 7: Die Verdrehsicherungskontur 7 des Ausführungsbeispiels nach Fig. 24 kann entsprechend einem jeden der vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiele gestaltet sein.
Von diesen Ausführungsbeispielen unterscheidet sich die Bauform nach Fig. 24 dadurch, dass zusätzlich zum Umfangsanschlag 8 ein weiterer Umfangsanschlag 18 vorhanden ist, welcher Teil einer Zusatzscheibe 17 ist, die fest mit der Gewindespin- del 2 verbunden, beispielsweise auf diese aufgepresst oder mit dieser verschweißt, ist. Die Zusatzscheibe 17 umgibt hierbei eine Anschlussstange 16, welche an die Gewindestange 4 anschließt und - ebenso wie die Anschlussstange 5 - integraler Bestandteil der Gewindespindel 2 ist.
Die Gewindestange 4 ist axial zwischen dem Funktionsbereich 6 und der Zusatzscheibe 17 und damit zwischen den beiden Umfangsanschlägen 8, 18 angeordnet. Auf ihrer der Zusatzscheibe 17 zugewandten Stirnseite weist die Kugelgewindemutter 3 eine Anschlagnase 14 auf, welche entsprechend der dem Funktionsbereich 6 zuge- wandten Anschlagnase 9 gestaltet ist.
Die Kugelgewindemutter 3, welche die Gewindestange 4 umgibt, ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 24 ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 bis 6 axial unverschieblich gelagert. Zu diesem Zweck ist ein Wälzlager 15, nämlich Kugellager, vorgesehen, welches unmittelbar an den Flansch 10 grenzt und in die nicht dargestellte Umgebungskonstruktion eingebaut ist, in welcher auch die Gewindespindel 2 mittels der Verdrehsicherungskontur 7 verschiebbar, jedoch nicht drehbar, geführt ist. Dank der unmittelbar durch die Gewindespindel 2 bereitgestellten beziehungsweise fest mit dieser verbundenen Umfangsanschläge 8, 18 ist in beiden Endpositionen der Gewindespindel 2 ein definierter Anschlag an der Kugelgewindemutter 3 unter Vermeidung axialer Verspannungen gegeben.
Bezuqszeichenliste Kugelgewindetrieb
Gewindespindel
Kugelgewindemutter
Gewindestange
Anschlussstange
Funktionsbereich
Verdrehsicherungskontur
Umfangsanschlag
Anschlagnase
Flansch
Umgebungsbauteil
Spindelrohling
bolzenförmiger Abschnitt
Anschlagnase
Wälzlager
Anschlussstange
Zusatzscheibe
Umfangsanschlag

Claims

Patentansprüche
1 . Gewindespindel für einen Kugelgewindetrieb, umfassend eine Gewindestange (4) und einen einstückig mit dieser verbundenen Funktionsbereich (6), welcher sowohl eine Verdrehsicherungskontur (7) als auch einen Umfangsanschlag (8) aufweist, wobei die Verdrehsicherungskontur (7) zur Verdrehsicherung der Gewindespindel in einer Umgebungskonstruktion und der Umfangsanschlag (8) zur Zusammenwirkung mit einer Kugelgewindemutter (3) vorgesehen ist.
2. Gewindespindel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherungskontur (7) durch eine Polygonkontur ausgebildet ist.
3. Gewindespindel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherungskontur (7) durch eine Aussparung in einer ansonsten zylindrischen Mantelfläche des Funktionsbereichs (6) ausgebildet ist.
4. Gewindespindel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherungskontur (7) durch einen aus einer ansonsten zylindrischen Mantelfläche des Funktionsbereichs (6) herausragenden Vorsprung ausgebildet ist.
5. Gewindespindel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherungskontur (7) durch eine Abflachung einer ansonsten zylindrischen Mantelfläche des Funktionsbereichs (6) ausgebildet ist.
6. Gewindespindel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsanschlag (8) an einer Stirnseite des Funktionsbereichs (6) ausgebildet ist.
7. Gewindespindel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsanschlag (8) in Radialrichtung der Kugelgewindemutter (3) ausgerichtet ist.
8. Gewindespindel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfangsanschlag (8) mit einer an die Gewindestange (4) gelegten Tangente einen von 90° abweichenden Winkel einschließt.
9. Gewindespindel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (2) drehfest mit einer Zusatzscheibe (17), welche einen weiteren zur Zusammenwirkung mit der Kugelgewindemutter (3) vorgesehenen Umfangsanschlag (18) aufweist, verbunden ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Gewindespindel, wobei zunächst ein Spindelrohling (12) gefertigt wird, der einen bolzenförmigen Abschnitt (13) mit zylindrischer Mantelfläche sowie einen Funktionsbereich (6) mit einer Verdrehsiche- rungskontur (7) und einem Umfangsanschlag (8) aufweist, und anschließend aus dem bolzenförmigen Abschnitt (13) eine zur Zusammenwirkung mit einer Kugelgewindemutter vorgesehene Gewindestange (4) geformt wird.
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