DE102014010504A1

DE102014010504A1 - Ball screw with intermediate elements

Info

Publication number: DE102014010504A1
Application number: DE102014010504.0A
Authority: DE
Inventors: Gergely László
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2014-07-17
Filing date: 2014-07-17
Publication date: 2016-01-21

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb mit einer Spindel und einer diese umgebenden Kugelmutter, sowie mit dazwischen angeordneten Wälzkörpern (1), welche längs eines schraubenlinienförmigen Weges angeordnet sind, wobei sie an Laufbahnen (2), die eine Laufrichtung vorgeben, abrollbar abgestützt sind, wobei zwischen benachbarten Wälzkörpern (1) jeweils ein ringförmiges Zwischenelement (3) vorgesehen ist, und wobei die ringförmigen Zwischenelemente (3) Einzelteile sind, die nicht miteinanderverbunden sind.The invention relates to a ball screw with a spindle and a surrounding ball nut, and arranged therebetween rolling elements (1), which are arranged along a helical path, wherein they are supported on raceways (2), which specify a running direction, rollable, wherein between adjacent rolling elements (1) each have an annular intermediate element (3) is provided, and wherein the annular intermediate elements (3) are individual parts that are not interconnected.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Kraftfahrzeuglenkung mit einem entsprechenden Kugelgewindetrieb.The present invention relates to a ball screw with the features of the preamble of claim 1 and a motor vehicle steering with a corresponding ball screw.

Kugelgewindetriebe ermöglichen die Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung. Sie werden beispielsweise in Lenkgetrieben eines Kraftfahrzeuges zur elektromechanischen Lenkunterstützung eingesetzt. Kugelgewindetriebe bestehen aus einer Spindel und einer die Spindel umgebenden Kugelmutter. In die äußere Oberfläche der Spindel und in die innere Oberfläche der Kugelmutter ist jeweils eine Gewindenut eingearbeitet. Die Gewindenuten bilden einen schraubenförmigen endlosen Kanal, in welchem sich Wälzkörper umlaufend abwälzen können. Die Wälzkörper sind dabei die wesentlichen Elemente für die Kraftübertragung des Kugelgewindetriebes. Für einen geräuscharmen Lauf ist die spielfreie Führung der Kugeln sehr wichtig. Das hat zur Folge, dass die Kugeln gegeneinander abrollen. Dadurch entsteht vermehrter Verschließ und eine erhöhte Reibung. Um die Durchschiebekraft möglichst niedrig zu halten muss die Reibung an den Wälzkörpern reduziert werden.Ball screws enable the conversion of a rotational movement into a translatory movement. They are used for example in steering gears of a motor vehicle for electromechanical steering assistance. Ball screws consist of a spindle and a ball nut surrounding the spindle. In the outer surface of the spindle and in the inner surface of the ball nut in each case a thread groove is incorporated. The thread grooves form a helical endless channel in which rolling elements can circulate circumferentially. The rolling elements are the essential elements for the power transmission of the ball screw. For a low-noise run the play-free guidance of the balls is very important. This has the consequence that the balls roll against each other. This results in increased closure and increased friction. In order to keep the push-through force as low as possible, the friction on the rolling elements must be reduced.

Aus dem Stand der Technik sind Kugelkäfige zur Führung der Wälzkörper bekannt. Sie sorgen dafür, dass sich die Wälzkörper untereinander nicht berühren oder gegenläufig aneinander reiben und gewährleisteten durch eine gleichmäßige Verteilung der Wälzkörper im Lager die Lastverteilung. Kugelkäfige sind zum Beispiel aus DE 698 15 485 T2 , DE 697 355 487 T2 , JP 11 062 962 A und JP 2003 184 986 A bekannt.From the prior art ball cages for guiding the rolling elements are known. They ensure that the rolling elements do not touch each other or rub against each other in opposite directions and ensure load distribution through a uniform distribution of the rolling elements in the bearing. Ball cages are for example off DE 698 15 485 T2 . DE 697 355 487 T2 . JP 11 062 962 A and JP 2003 184 986 A known.

Ein wesentlicher Nachteil von Kugelkäfigen ist die Verknüpfung der Kugeln zu einem Verband. Dadurch entsteht vor allem im Übergang zur Kugelrückführung vermehrte Reibung. Zudem lässt sich keine Temperaturkompensation in der Laufbahn durch die Kugeln mehr realisieren.A major disadvantage of ball cages is the connection of the balls to a bandage. As a result, especially in the transition to the ball return increased friction. In addition, no temperature compensation in the raceway can be realized by the balls more.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kugelgewindetrieb anzugeben, bei dem die Wälzkörper möglichst reibungsarm und spielfrei geführt sind und eine Kraftfahrzeuglenkung mit so einem Kugelgewindetrieb.It is an object of the present invention to provide a ball screw, in which the rolling elements are possible low-friction and free of play out and a motor vehicle steering with such a ball screw.

Diese Aufgabe wird von einem Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Kraftfahrzeuglenkung mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst.This object is achieved by a ball screw with the features of claim 1 and a motor vehicle steering system having the features of claim 11.

Danach ist ein Kugelgewindetrieb mit einer Spindel und einer diese umgebenden Kugelmutter, sowie mit dazwischen angeordneten Wälzkörpern, welche längs eines schraubenlinienförmigen Weges angeordnet sind, wobei sie an Laufbahnen, die eine Laufrichtung vorgeben, abrollbar abgestützt sind, vorgesehen, wobei zwischen benachbarten Wälzkörpern jeweils ein ringförmiges Zwischenelement vorgesehen ist, und wobei die ringförmigen Zwischenelemente Einzelteile sind, die nicht miteinanderverbunden sind. Durch diese Ausgestaltung des Kugelgewindetriebs können die Wälzkörper möglichst reibungsarm, spielfrei und somit geräuscharm geführt werden.Thereafter, a ball screw with a spindle and a surrounding ball nut, and arranged therebetween rolling elements, which are arranged along a helical path, wherein they are rollably supported on raceways that specify a running direction, provided between adjacent rolling elements in each case an annular Intermediate element is provided, and wherein the annular intermediate elements are individual parts which are not interconnected. Due to this design of the ball screw, the rolling elements can be guided as low-friction, backlash-free and thus quiet.

Dabei ist das ringförmige Zwischenelement vorzugsweise senkrecht zur Laufrichtung angeordnet.In this case, the annular intermediate element is preferably arranged perpendicular to the running direction.

Weiterhin bevorzugt ist das ringförmige Zwischenelement elastisch. Dadurch kann es sich bei Bedarf an die sich ändernden Wälzkörperabstände anpassen.Further preferably, the annular intermediate element is elastic. This allows it to adapt to the changing Wälzkörperabstände if necessary.

Es ist vorteilhaft wenn das ringförmige Zwischenelement ein Wellring ist. Dabei ist es bevorzugt, dass der Wellring dreifach gewellt ist. Dadurch ergeben sich drei gleichmäßig verteilte Auflagepunkte des Wellrings auf den Wälzkörpern.It is advantageous if the annular intermediate element is a corrugated ring. It is preferred that the corrugated ring is triple corrugated. This results in three evenly distributed contact points of the corrugated ring on the rolling elements.

Vorzugsweise steht das Zwischenelement stets in Anlage mit den benachbarten Wälzkörpern. Dadurch ist ein Kraftschluss auch bei einer fluktuierenden Kugelkette garantiert.Preferably, the intermediate element is always in contact with the adjacent rolling elements. As a result, an adhesion is guaranteed even with a fluctuating ball chain.

Im spannungsfreien Zustand ist der Außendurchmesser des Zwischenelements vorzugsweise kleiner als der Durchmesser der Wälzkörper.In the tension-free state, the outer diameter of the intermediate element is preferably smaller than the diameter of the rolling elements.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Wälzkörper Kugeln.In a preferred embodiment, the rolling elements are balls.

Das Zwischenelement ist weiterhin bevorzugt gleitoptimiert ausgestaltet. Dies kann erreicht werden durch eine reibungsvermindernde Beschichtung, eine reibungsoptimierte Oberflächenstruktur oder durch Herstellung des Zwischenelements aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften.The intermediate element is furthermore preferably made optimized for sliding. This can be achieved by a friction-reducing coating, a friction-optimized surface structure or by producing the intermediate element from a material with good sliding properties.

Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass der Kugelgewindetrieb Teil einer elektromechanischen Lenkunterstützung einer Kraftfahrzeuglenkung ist.It is advantageously provided that the ball screw is part of an electromechanical steering assistance of a motor vehicle steering.

Weiterhin vorgesehen ist eine Kraftfahrzeuglenkung mit einem Kugelgewindetrieb mit wenigstens einem der vorhergehenden Merkmale.Also provided is a motor vehicle steering system having a ball screw drive with at least one of the preceding features.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:A preferred embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings. Show it:

1: eine Ansicht von oben von drei exemplarischen Wälzkörpern mit einem Zwischenelement, 1 : a top view of three exemplary rolling elements with an intermediate element,

2: eine räumliche Ansicht zweier Wälzkörper mit Zwischenelement in einem ersten Zustand, sowie 2 a spatial view of two rolling elements with intermediate element in a first state, as well

3: eine räumliche Ansicht der Wälzkörper mit Zwischenelement aus 2 in einem zweiten Zustand. 3 : a spatial view of the rolling elements with intermediate element 2 in a second state.

In der 1 sind exemplarisch drei Wälzkörper 1 in einer Laufbahn 2 eines Kugelgewindetriebs dargestellt. Zwischen benachbarten Kugeln 1 ist jeweils ein Zwischenelement 3 angeordnet. Das Zwischenelement 3 garantiert den Kraftfluss zwischen den Kugeln 1 vor, nach und im Übergangsbereich zu einer Kugelrückführung 4. Somit kann sichergestellt werden, dass die geführten Kugeln 1 (vor und nach dem Übergangsbereich) eine virtuelle Wälzbahn für die momentan im Übergangsbereich befindlichen Kugeln vorgeben. Das Zwischenelement 3 ist elastisch, wodurch der Kugel-zu-Kugel-Abstand um eine Größe der Kompressionsdicke durch den Druck der Kugeln 1, der gegenseitig wirkt, variiert werden kann.In the 1 are exemplary three rolling elements 1 in a career 2 a ball screw shown. Between adjacent balls 1 is in each case an intermediate element 3 arranged. The intermediate element 3 guarantees the flow of power between the balls 1 before, after and in the transition area to a ball return 4 , Thus, it can be ensured that the guided balls 1 (Before and after the transition area) specify a virtual Wälzbahn for the currently located in the transition area balls. The intermediate element 3 is elastic, whereby the ball-to-ball distance by a size of the compression thickness by the pressure of the balls 1 that interacts, can be varied.

Das Zwischenelement 3 ist als Wellring ausgeformt. Der Wellring weist eine gleichmäßige Wellenform mit aufeinanderfolgenden Außenradien an den Wellenspitzen und Innenradien an den Wellentälern auf. Bezogen auf die Kugeloberfläche 5 schließen die wechselweise aufeinanderfolgenden Außenradien und Innenradien direkt aneinander an. In der hier dargestellten bevorzugten Ausführungsform ist der Wellring dreifach gewellt und stellt somit eine gleichmäßige Abstützung sicher. Der Wellring ist im Wesentlichen senkrecht zur Laufrichtung der Wälzkörper angeordnet, so dass die Wellenspitzen mit der entsprechenden Kugeloberfläche 5 in Anlage stehen.The intermediate element 3 is formed as a corrugated ring. The corrugated ring has a uniform waveform with successive outer radii at the shaft tips and inner radii at the troughs. Related to the sphere surface 5 connect the alternately successive outer radii and inner radii directly to each other. In the preferred embodiment shown here, the corrugated ring is triple corrugated and thus ensures a uniform support. The corrugated ring is arranged substantially perpendicular to the running direction of the rolling elements, so that the shaft tips with the corresponding spherical surface 5 in plant.

Es ist von einem fluktuierenden Kugelabstand entlang der Laufbahn auszugehen. Das Zwischenelement ist hochelastisch, was dazu dient einen Kraftschluss auch bei einer fluktuierenden Kugelkette zu garantieren.It is assumed that there is a fluctuating spherical distance along the raceway. The intermediate element is highly elastic, which serves to guarantee a traction even with a fluctuating ball chain.

Vorzugsweise ist das Zwischenelement gleitoptimiert ausgestaltet. Dadurch wird beim Umlauf der Wälzkörper die zwischen den Wälzkörpern und den Zwischenelementen auftretende Reibung reduziert, was einem geringen Verschleiß und verbesserten Laufeigenschaften zugute kommt. Die Gleitoptimierung kann durch eine reibungsvermindernde Beschichtung mit beispielsweise Kunststoff wie PTFE oder Ähnlichem, eine reibungsoptimierte Oberflächenstruktur oder durch Herstellung der Zwischenelemente aus einem Material mit guten Gleiteigenschaften wie beispielsweise Kunststoff, Metall oder dergleichen, und zwar insbesondere in der Materialpaarung mit dem Material der Wälzkörper, erreicht werden.Preferably, the intermediate element is configured optimized for sliding. As a result, the friction occurring between the rolling elements and the intermediate elements is reduced during the circulation of the rolling elements, resulting in low wear and improved running properties benefit. The slip optimization can be achieved by a friction-reducing coating with, for example, plastic such as PTFE or the like, a friction-optimized surface structure or by producing the intermediate elements of a material with good sliding properties such as plastic, metal or the like, especially in the material pairing with the material of the rolling elements become.

In den 2 und 3 sind in räumlicher Ansicht zwei über einen Wellring verbundene Kugeln 1 exemplarisch dargestellt. Durch die Elastizität des Wellrings kann sich der Kugel-zu-Kugel-Abstand variieren. 2 zeigt den größtmöglichen und 3 den kleinstmöglichen Abstand von Kugel zu Kugel. Der größtmögliche Abstand ist dabei kleiner als der Kugeldurchmesser und bei dem kleinstmöglichen Abstand rollen die Kugeln sich gegeneinander ab.In the 2 and 3 are in spatial view two spheres connected via a corrugated ring 1 exemplified. Due to the elasticity of the corrugated ring, the ball-to-ball distance may vary. 2 shows the largest possible and 3 the smallest possible distance from ball to ball. The maximum distance is smaller than the ball diameter and at the smallest possible distance the balls roll against each other.

Durch den Einsatz der Zwischenelemente kann ein spielfreier Lauf von Kugeln in Kugelgewindetrieben sichergestellt werden, ohne die Reibung zu erhöhen. Besonders im Bereich der Kugelrückführung sind dadurch Kugelgewindetriebe im Betrieb geräuscharm. Dabei ist das Zwischenelement so ausgeformt, dass es immer an der Kugeloberfläche anliegt und bei Bedarf sich den ändernden Kugelabständen anpasst.By using the intermediate elements, a backlash-free running of balls in ball screws can be ensured without increasing the friction. Ball screws are therefore quiet in operation, especially in the area of ball return. In this case, the intermediate element is formed so that it always rests against the spherical surface and, if necessary, adapts to the changing spherical distances.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 69815485 T2 [0003]
DE 697355487 T2 [0003]
JP 11062962 A [0003]
JP 2003184986 A [0003]

Claims

Ball screw with a spindle and a surrounding ball nut, and with arranged therebetween rolling elements ( 1 ), which are arranged along a helical path, wherein they on raceways ( 2 ), which predetermine a direction of travel, are supported rollable, characterized in that between adjacent rolling elements ( 1 ) each have an annular intermediate element ( 3 ) is provided, wherein the annular intermediate elements ( 3 ) Are items that are not connected to each other.

Ball screw according to claim 1, characterized in that the annular intermediate element ( 3 ) is arranged perpendicular to the direction.

Ball screw according to claim 1 or 2, characterized in that the annular intermediate element ( 3 ) is elastic.

Ball screw according to one of the preceding claims, characterized in that the annular intermediate element ( 3 ) is a corrugated ring.

Ball screw according to claim 4, characterized in that the corrugated ring is triple corrugated.

Ball screw according to one of the preceding claims, characterized in that the intermediate element ( 3 ) always in contact with the adjacent rolling elements ( 1 ) stands.

Ball screw according to one of the preceding claims, characterized in that in the tension-free state, the outer diameter of the intermediate element ( 3 ) smaller than the diameter of the rolling elements ( 1 ).

Ball screw according to one of the preceding claims, characterized in that the rolling bodies ( 1 ) Are balls.

Ball screw according to one of the preceding claims, characterized in that the annular intermediate element ( 3 ) is optimized for sliding.

Ball screw according to one of the preceding claims, characterized in that the ball screw is part of an electromechanical steering assistance of a motor vehicle steering.

Motor vehicle steering with a ball screw drive according to one of the preceding claims.