DE102006005919A1

DE102006005919A1 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE102006005919A1
Application number: DE200610005919
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Barthenheier; Bastian Dr. Ing. Witte; Sven Chlosta
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-10
Also published as: DE102006005919B4

Abstract

Ein Kugelgewindetrieb umfasst ein erstes und ein zweites Element (1, 2), die über Kugeln (3) miteinander in Eingriff stehen und relativ zueinander bewegbar sind. Eines der Elemente (1) weist einen fluidgefüllten Arbeitsraum (4) auf, in dem ein Arbeitskolben (5) in mindestens einer Richtung axial bewegbar angeordnet ist, wobei an dem Arbeitskolben (5) ein Betätigungselement (8) angreift und der Arbeitsraum (4) mit einem schaltbaren Ventil (15) verbunden ist. Hierdurch wird ein Kugelgewindetrieb geschaffen, der bei Auftreten einer Blockade einen Bewegungsspielraum für mit diesem verbundene Funktionsteile ermöglicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelgewindetrieb. Ein solcher umfasst üblicherweise ein erstes und ein zweites Element, die über Kugeln miteinander in Eingriff stehen und relativ zueinander bewegbar sind.
Durch einen Defekt des Kugelgewindetriebs oder des Antriebs eines solchen kann es zu einer Blockade des Kugelgewindetriebs kommen, wodurch mit diesem gekoppelte Funktionsteile bewegungsunfähig werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelgewindetrieb zu schaffen, der bei Auftreten einer Blockade einen Bewegungsspielraum für mit diesem verbundene Funktionsteile ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch einen Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Dieser zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass eines der Elemente einen fluidgefüllten Arbeitsraum aufweist, in dem ein Arbeitskolben in mindestens einer Richtung axial bewegbar angeordnet ist, wobei an dem Kolben ein Betätigungselement angreift und der Arbeitsraum mit einem schaltbaren Ventil verbunden ist.

Kommt es zu einer Blockade des Kugelgewindetriebs, so kann durch Öffnen des Ventils der Arbeitsraum entlastet werden. Der Arbeitskolben lässt sich dann gegen das entsprechende Element verschieben, wodurch für das an dem Kolben angreifende Betätigungselement ein gewisser Bewegungsspielraum geschaffen wird. Im Normalbetrieb hingegen stützt sich der Kolben über das Arbeitsfluid gegen das betreffende Element des Kugelgewindetriebs ab.

Bei lediglich einer Kraftwirkungsrichtung kann hierfür bereits ein einziges Fluidkissen ausreichen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung unterteilt der Arbeitskolben den Arbeitsraum in zwei Kammern, wobei dann die so gebildeten Kammern über das schaltbare Ventil miteinander verbunden sind. im Fall einer Blockade wird das Ventil geöffnet, so dass Fluid aus der einen in die andere Kammer strömen kann und sich der Kolben im Arbeitsraum verschieben lässt.

Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb kann beispielsweise an einem elektromechanischen Bremskraftverstärker oder einer elektromechanischen Lenkung eingesetzt werden.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen angegeben.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
1 eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels für einen Kugelgewindetrieb nach der Erfindung, und in
2 eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels für einen Kugelgewindetrieb nach der Erfindung.
Das erste Ausführungsbeispiel in 1 zeigt einen Kugelgewindetrieb, der sich für den Einbau in einen elektromechanischen Bremskraftverstärker eignet. Bei einem solchen Bremskraftverstärker, wie er beispielsweise in der DE 103 27 553 A1 beschrieben ist, wird die vom Fahrer auf einen Hauptbremszylinder aufgebrachte Bremskraft durch einen Hilfsantrieb, der über den Kugelgewindetrieb zugeschaltet ist, verstärkt.
Um bei einer Blockade des Kugelgewindetriebs oder einem Defekt des Antriebsmotors weiterhin eine Betätigung des Hauptbremszylinders zu ermöglichen, ist der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb mit einer Einrichtung zur Überwindung einer eventuellen Blockade ausgestattet.
Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb umfasst ein erstes Element 1 und ein zu diesem relativ bewegbares zweites Element 2. Beide stehen über Kugeln 3 miteinander in Eingriff.
Eines dieser Elemente 1 bzw. 2 weist einen fluidgefüllten Arbeitsraum 4 auf, in dem ein Abtriebskolben 5 in mindestens einer Richtung axial bewegbar angeordnet ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der Arbeitsraum 4 im innenliegenden Element, das hierzu hohlzylindrisch ausgestaltet ist und bei dem obengenannten Bremskraftverstärker translatorisch bewegt wird. Das andere Element 2 des Kugelgewindetriebs weist hingegen einen rotatorischen Freiheitsgrad auf, an dem ein Drehantrieb angreift.
In Einbausituationen, in denen das innenliegende Element als Spindelstange ausgeführt und das außenliegende Element translatorisch bewegt wird, kann in letzterem ein ringförmiger Arbeitsraum mit einem Ringkolben vorgesehen sein.
Zudem sind Einbausituationen möglich, in denen für beide Elemente 1 und 2 sowohl eine Rotation als auch eine Translation zugelassen wird.
Der nachfolgend näher erläuterte Ausklinkmechanismus lässt sich mit radialen Arbeits- und Abtriebskolben derart umgestalten, dass anstatt eines translatorischen Freigangs alternativ auch ein rotatorischer Freigang bereitgestellt werden kann.
Der Arbeitsraum 4 des ersten Elements 1 wird axial durch zwei stationäre Arbeitskolben 6 und 7 begrenzt. Weiterhin ist ein Betätigungselement 8 vorgesehen, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Druckstange ausgeführt ist. Diese Druckstange weist, im Fall einer Ausführung in einem elektromechanischen Bremskraftverstärker, an einem Ende eine Verbindung zum Bremspedal und am anderen Ende eine Verbindung zum Primärkolben des Hauptbremszylinders auf. Das Betätigungselement 8 erstreckt sich durch das hohlzylindrische erste Element 1 hindurch und weist den bereits genannten Abtriebskolben 5 auf, der einstückig mit dem Betätigungselement 8 ausgebildet oder eigens an dem Betätigungselement 8 befestigt sein kann. Der Arbeitsraum 4 ist zwischen dem Abtriebskolben 5 und dem ersten Element 1 mit einer Dichtung 11 abgedichtet. Überdies verläuft das Betätigungselement 8 durch die Antriebskolben 6 und 7, welche diesem gegenüber mit Dichtungen 9 und 10 abgedichtet sind.
Die durch den Kolben 5 gebildeten Arbeitskammern 12 und 13 des Arbeitsraums 4 sind hydraulisch über eine Leitung bzw. einen Kanal 14 miteinander verbunden. In dieser hydraulischen Verbindung ist ein Ventil 15 angeordnet, über das die Verbindung geöffnet oder geschlossen werden kann.
Im Normalbetrieb ist das Ventil 15 geschlossen, so dass der Kolben 5 durch die Fluidkissen in den Kammern 12 und 13 festgelegt ist. Wird auf das Betätigungselement 8 eine Druckkraft ausgeübt, so kann diese durch ein an dem zweiten Element 2 angreifendes Drehmoment eines Motors unterstützt werden.
Kommt es zu einer Blockade des Kugelgewindetriebs oder des antreibenden Motors, so lässt sich zunächst das Betätigungselement 8 nicht mehr bewegen. In diesem Fall wird das Ventil 15 geöffnet. Hierdurch wird eine Bewegungsmöglichkeit für den Kolben 5 geschaffen, da nun Arbeitsfluid aus der einen Kammer in die andere Kammer strömen kann. An einem elektromechanischen Bremskraftverstärker lässt sich so der Hauptbremszylinder weiterhin betätigen.
Eine Blockade kann über geeignete Sensoren sehr schnell festgestellt werden. Vorzugsweise werden hierzu am Fahrzeug ohnehin vorhandene Sensoren genutzt. Eine Blockade des Kugelgewindetriebs lässt sich bei dem obengenannten Bremskraftverstärker durch eine deutliche Diskrepanz zwischen der vom Fahrer aufgebrachten Bremskraft und dem erzeugten Bremsdruck als auch über den Strom oder den Winkel am Hilfsmotor erkennen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ventil 15 im stromlosen Zustand geöffnet. Wird eine Blockade erkannt, so wird dieses elektrisch ausgeschaltet.
Das Ventil 15 sowie die zugehörigen Kanäle 14 können, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, an dem ersten Element 1 des Kugelgewindetriebs vorgesehen werden. Es ist jedoch auch möglich, das Ventil 15 einschließlich eines entsprechenden Überströmquerschnitts in den Kolben 5 zu integrieren.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf dieses Ausführungsbeispiel oder einen Einsatz an einem elektromechanischen Bremskraftverstärker beschränkt.
Vielmehr kann der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb überall dort eingesetzt werden, wo in einem im Fall des Blockierens die Bereitstellung eines Bewegungsspiels gewünscht wird. Beispielhaft sei hierzu der Einsatz an einer elektromechanischen Lenkung genannt.
Wie oben bereits angedeutet, kann die Kinematik des Kugelgewindetriebs gegenüber dem Ausführungsbeispielen umgekehrt werden, wobei das außenliegende Element dann vorwiegend translatorisch bewegt wird und mit einem entsprechenden Arbeitsraum und Kolben ausgestattet ist.
Weiterhin ist es möglich, die Verbindungen der Kolben mit dem Betätigungselement und dem ersten Element zu vertauschen, wie dies in dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 2 gezeigt ist. Dem ersten Ausführungsbeispiel entsprechende Elemente sind in 2 mit den gleichen, jedoch um ein Hochkomma ergänzten Bezugszeichen versehen. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten dadurch, dass der mittlere Kolben 16' nunmehr als Arbeitskolben an dem ersten Element 1' festgelegt oder integral mit diesem ausgebildet ist. Die beiden Arbeitskammern 12' und 13' sind durch eine Dichtung 11' zwischen dem mittleren Kolben 16' und dem Betätigungselement 8' voneinander getrennt. Nach außen werden die Arbeitskammern 12' und 13' jeweils durch einen weiteren Kolben 17' bzw. 18' als Abtriebskolben begrenzt. Diese weiteren Kolben 17 bzw. 18' sind an dem Betätigungselement 8' festgelegt oder ausgebildet und dichten über Dichtungen 9' und 10' gegen das erste Element 1' ab. Öffnet das Ventil 15', so wird in gleicher Weise wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel ein gewisses Bewegungsspiel bereitgestellt.
In einer weiteren Ausgestaltungsform kann anstelle eines axialen Bewegungsspiels ein rotatorisches Bewegungsspiel am Kugelgewindetrieb realisiert werden. Dazu werden an dem rotatorischen Element des Kugelgewindetriebs durch radiale Ausgestaltung von Arbeits- und Abtriebskolben zwei konzentrische Arbeitskammern gebildet. Diese sind nach dem oben beschriebenen Schema über einen schaltbaren Überströmkanal miteinander verbunden, um ein Überströmen von Fluid zu ermöglichen und somit einem der Kolben bei feststehendem rotatorischen Element des Kugelgewindetriebs eine rotatorische Bewegung zu ermöglichen. Beispielsweise kann analog zu 2 ein radialer Kolben an einem Innenteil des rotatorischen Elements zwischen zwei radialen Kolben an einem Außenteil des rotatorischen Elements angeordnet sein. Bei Öffnung des Ventils ist dann eine gewisse Verdrehung zwischen dem Innenteil und dem Außenteil möglich.

1, 1': erstes Element des Kugelgewindetriebs
2, 2': zweites Element des Kugelgewindetriebs
3, 3': Kugel
4, 4': Arbeitraum
5: Abtriebskolben
6: Arbeitskolben
7: Arbeitskolben
8, 8': Betätigungselement
9, 9': Dichtung
10, 10': Dichtung
11, 11': Dichtung
12, 12': Kammer des Arbeitsraums
13, 13': weitere Kammer des Arbeitsraums
14, 14': Kanal
15, 15': Ventil
16': Arbeitskolben
17': Abtriebskolben
18': Abtriebskolben

Claims

Kugelgewindetrieb, umfassend ein erstes und ein zweites Element (1, 2; 1', 2'), die über Kugeln (3; 3') miteinander in Eingriff stehen und relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Elemente (1; 1') einen fluidgefüllten Arbeitsraum (4) aufweist, der mit einem in mindestens einer Richtung axial bewegbaren Kolben (5; 17', 18') zusammenwirkt, wobei an dem Kolben (5; 17', 18') ein Betätigungselement (8; 8') angreift und der Arbeitsraum (4; 4') mit einem schaltbaren Ventil (15; 15') verbunden ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (4; 4') in zwei Kammern (12, 13; 12', 13') unterteilt ist und die Kammern (12, 13; 12', 13') über das schaltbare Ventil (15; 15') miteinander verbunden sind.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (15; 15') in einem Kolben (5; 16') zwischen den Kammern (12, 13; 12', 13') angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (15; 15') an dem den Arbeitsraum (4; 4') aufweisenden Element des Kugelgewindetriebs angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (15; 15') im Normalbetrieb geschlossen ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (15; 15') stromlos offen ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (4; 4') im innenliegenden Element des Kugelgewindetriebs angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das innenliegende Element hohlzylindrisch ausgebildet ist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Betätigungselement (8; 8') in das hohlzylindrische Element hineinerstreckt.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (8; 8') durch das hohlzylindrische Element hindurchgeführt ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (5) als Ringkolben im außenliegenden Element des Kugelgewindetriebs angeordnet ist.
Kugelgewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, das das den Arbeitsraum (4; 4') aufweisende Element einen translatorischen Freiheitsgrad und das andere Element des Kugelgewindetriebs einen rotatorischen Freiheitsgrad aufweist.
Kugelgewindetrieb nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem anderen Element einen Drehantrieb angreift.
Kugelgewindetrieb umfassend ein rotatorisches erstes Element und ein translatorisches zweites Element, die über Kugeln miteinander in Eingriff stehen und relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an dem rotatorischen Element durch radiale Ausgestaltung von Arbeits- und Abtriebskolben zwei konzentrische Arbeitskammern gebildet sind, die über einen schaltbaren Überströmkanal miteinander verbunden sind, derart, dass einer der Kolben bei feststehendem rotatorischen Element des Kugelgewindetriebs und geöffnetem Überströmkanal drehbar ist.