Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 . Ferner betrifft die Erfindung einen elektromechanischen Aktuator, insbesondere Bremsaktuator, mit einem Kugelgewindetrieb.

Die DE 10 2015209 600 B4 offenbart einen Kugelgewindetrieb, welcher für die Verwendung in einem elektromechanischen Bremskraftverstärker oder in einer elektromechanischen Parkbremse vorgesehen ist. Der bekannte Kugelgewindetrieb umfasst ein Verdrehsicherungselement, durch welches zugleich ein axialer Anschlag ausgebildet ist.

Aus der DE 10 2019 111 144 A1 ist ein Spindeltrieb mit Verdrehsicherung bekannt, welcher insbesondere für Verwendung in einer Hinterachslenkung eines Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. In diesem Fall ist ein Verdrehsicherungselement als dämpfendes, mehrteiliges Element ausgebildet.

Aus der EP 2 207 982 B1 ist eine kombinierte Fahrzeugbremse bekannt, die eine hydraulisch betätigbare Betriebsbremse und eine elektromechanisch betätigbare Feststellbremsvorrichtung aufweist. Die letztgenannte Bremsvorrichtung arbeitet mit einem Kugelgewindetrieb, wobei die Spindelmutter des Kugelgewindetriebs als dessen Abtriebselement vorgesehen ist. Federende Elemente sind zwischen Wälzkörpern des Kugelgewindetriebs angeordnet und können als Schraubendruckfedern oder als Elastomerfedern ausgebildet sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen für die Verwendung in einer Bremsanlage eines Kraftfahrzeugs geeigneten Kugelgewindetrieb gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich dämpfender Eigenschaften weiterzuentwickeln. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Der Kugelgewindetrieb umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption zwei Spindeltriebselemente, nämlich eine Gewindespindel und eine relativ zu dieser verdrehbare Spindelmutter, wobei eines der beiden Spindeltriebselemente als rotierbares Antriebselement des Kugelgewindetriebs und das andere Spindeltriebselement als verdrehgesichert verschiebbares Abtriebselement vorgesehen ist. Weiterhin existiert ein Dämpfungselement des Kugelgewindetriebs.

Dieses Dämpfungselement ist gemäß Anspruch 1 mit einem der beiden Spindeltriebselemente fest verbunden und gegenüber dem anderen Spindeltriebselement drehbar sowie verschiebbar, wobei Spielfreiheit des Dämpfungselementes gegeben ist.

Hierunter fällt auch eine leichte Vorspannung, unter welcher sich das Dämpfungselement befindet. Insbesondere ist das Dämpfungselement als ringförmiges, zur Mittelachse der Gewindespindel konzentrisches Element ausgebildet.

Der Kugelgewindetrieb kann insbesondere in einem eine Komponente einer hydraulischen Bremsanlage eines Fahrzeugs bildendenden elektromechanischen Aktuator nach Anspruch 10 zum Einsatz kommen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Dämpfungsmechanismen sind besondere Vorteile des anmeldungsgemäßen Kugelgewindetriebs insbesondere dadurch erzielbar, dass das Dämpfungselement in Form eines zur Mittelachse der Gewindespindel konzentrischen Dämpfungsrings besonders nah an den Komponenten des Kugelgewindetriebs platziert ist, durch welche die antreibende rotative Bewegung in eine lineare Bewegung umgesetzt wird. Hierbei wird in Kauf genommen, dass durch das Dämpfungselement in stärkerem Maße Relativbewegungen aufzunehmen sind als durch herkömmliche Dämpfungskomponenten, welche beispielsweise zwischen einer angetriebenen Schubstange und einem Gehäuse angeordnet sind. Gemäß einer ersten möglichen Gruppe an Bauformen arbeitet die Gewindespindel als drehbares Antriebselement und die Spindelmutter als axial bewegliches Abtriebselement des Kugelgewindetriebs. Hierbei kann das Dämpfungselement beispielsweise mit der Spindelmutter verbunden sein und zugleich ein gehäusefestes Element kontaktieren. Dies bedeutet, dass das ringförmige Dämpfungselement, das heißt in typischer Ausgestaltung der Dämpfungsring, beim Betrieb des Kugelgewindetriebs zusammen mit der Spindelmutter gegenüber der Gewindespindel in Axialrichtung verschoben wird. Während der gesamten Verschiebung kontaktiert der Dämpfungsring eine Innenwandung eines gehäusefesten Elementes, das heißt eine Wandung, welche entweder unmittelbar durch ein Gehäuse des Kugelgewindetriebs oder durch ein mit dem Gehäuse fest verbundenes Element bereitgestellt wird.

Bei einer alternativen Ausgestaltung, welche ebenfalls der ersten Gruppe an Bauformen zuzurechnen ist, ist das Dämpfungselement auf der Gewindespindel befestigt, wobei es zugleich ein fest mit der Spindelmutter gekoppeltes Element kontaktiert. Das Dämpfungselement, insbesondere in Form eines Dämpfungsrings stellt in diesem Fall somit ein rotierendes Element des Kugelgewindetriebs dar, wobei eine Relativverschiebung zwischen dem Dämpfungsring und der Spindelmutter auftritt. Insbesondere kann die Spindelmutter starr mit einem rohrförmigen Maschinenteil verbunden sein, dessen Innenoberfläche vom Dämpfungselement kontaktiert wird. Bei Ausbildung des Kugelgewindetriebs als Komponente eines Aktors einer hydraulischen Bremsanlage ist das genannte rohrförmige Maschinenteil insbesondere an einem Hydraulikkolben befestigt oder durch einen solchen Kolben gebildet. Der Kolben weist in diesem Fall einen Hohlraum auf, in welchen die Gewindespindel samt Dämpfungsring eintaucht. Ansonsten kann es sich bei dem rohrförmigen Maschinenteil um eine gesonderte Kolbenabstützung handeln.

Gemäß einer zweiten möglichen Gruppe an Bauformen handelt es sich bei der Spindelmutter um das drehbare, in fester axialer Positionierung befindliche Antriebselement und bei der Gewindespindel um das axial verschiebbare, verdrehgesicherte Abtriebselement des Kugelgewindetriebs. Hierbei kann das Dämpfungselement auf der Außenumfangsfläche der Spindelmutter angeordnet sein und zugleich eine Innenumfangsfläche eines fest mit der Gewindespindel verbundenen Elementes kontaktieren. Eine Relativverschiebung findet somit unter anderem zwischen dem letztgenannten Element und dem Dämpfungselement statt. Das vom Dämpfungselement im Sinne eines Gleitkontaktes kontaktierte Element kann auch in diesem Fall als hohler Kolben oder als an einen solchen Kolben angesetztes Verlängerungsstück ausgebildet sein.

Gemäß einer weiteren der zweiten Gruppe an Bauformen zuzurechnenden Ausgestaltung ist das Dämpfungselement auf der Gewindespindel befestigt, wobei es zugleich ein hülsenförmiges, zum Antrieb der Spindelmutter vorgesehenes Element kontaktiert. Beim letztgenannten Element kann es sich um einen Abschnitt der Spindelmutter selbst oder um ein an die Spindelmutter anschließendes, zusammen mit der Spindelmutter rotierendes Element handeln. In beiden Fällen wird der Dämpfungsring beim Betrieb des Kugelgewindetriebs gegenüber der Spindelmutter nicht nur verdreht, sondern auch verschoben.

Darüber hinaus existieren Ausführungsformen, in denen das Dämpfungselement innerhalb der Gewindespindel gehalten ist und zugleich die Gewindespindel kontaktiert, wobei das Dämpfungselement in einem gleitenden Kontakt mit dem Gewinde der ein- oder mehrgängigen Gewindespindel ist. In diesen Ausführungsformen kann entweder die Spindelmutter oder die Gewindespindel als antreibendes Element des Kugelgewindetriebs vorgesehen sein.

In den verschiedensten, vorstehend beispielhaft erläuterten Bauformen kann der Dämpfungsring als elastisches, schwingungsdämpfendes Element des Kugelgewindetriebs beispielsweise als gummielastisches Element ausgebildet sein. Um für einen konkreten Anwendungsfall geeignete Dämpfungseigenschaften einzustellen, kann insbesondere eine Auswahl unter Dämpfungsmaterialien mit unterschiedlicher Shore Härte vorgenommen werden. Ebenso hat die Geometrie des Dämpfungsrings Einfluss auf dessen Dämpfungseigenschaften. Schließlich sind die dämpfenden Eigenschaften durch Auslegung von Vorspannungen, insbesondere in radialer Richtung, und Übermaße, beispielsweise zwischen dem Dämpfungsring einerseits und einer Hülse oder einem Gehäuse andererseits, gezielt beeinflussbar.

Was die Befestigung des Dämpfungsrings betrifft, so ist zum Beispiel eine Fixierung in axialer Richtung in einem Einstich oder mit Hilfe eines gesonderten Halteelementes, insbesondere in Form eines Halteblechs, möglich. Kräfte die zwischen dem Dämpfungsring und einem den Dämpfungsring kontaktierenden, relativ zum Dämpfungsring linear und/oder rotativ beweglichen Bauteil wirken, wirken sich sowohl auf die dämpfenden Eigenschaften als auch auf die im Betrieb auftretende Gleitreibung aus. Es hat sich gezeigt, dass selbst bei einer reibungsarmen Auslegung eine signifikante, insbesondere Amplituden im Bereich von Eigenfrequenzen herabsetzende Wirkung des Dämpfungsrings gegeben ist.

In allen Ausführungsformen liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung darin, dass mit Hilfe des Dämpfungsrings Biegeschwingungen innerhalb des Kugelgewindetriebs deutlich gemindert werden, was insbesondere hinsichtlich des akustischen Verhaltens des Kugelgewindetriebs von Bedeutung ist. Ein besonders stark ausgeprägte Wirkung des Dämpfungsrings stellt sich ein, wenn dieser an einer Stelle des Kugelgewindetriebs montiert ist, an welcher ansonsten ein Maximum einer Biege- Schwingungsamplitude festzustellen wäre.

Nachfolgend werden fünf Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 eine Vergleichsbauform eines Kugelgewindetriebs mit angetriebener Gewindespindel, die nicht erfindungsgemäß ist,

Fig. 2 eine erste Bauform eines Kugelgewindetriebs mit angetriebener Gewindespindel, Fig. 3 eine erste Bauform eines Kugelgewindetriebs mit angetriebener Spindelmutter,

Fig. 4 eine zweite Bauform eines Kugelgewindetriebs mit angetriebener Spindelmutter,

Fig. 5 eine dritte Bauform eines Kugelgewindetriebs mit angetriebener Spindelmutter,

Fig. 6 eine weitere Bauform eines Kugelgewindetriebs mit angetriebener 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 Kugelgewindetrieb 1 umfasst eine Gewindespindel 2 als erstes Spindeltriebselement und eine Spindelmutter 3 als zweites Spindeltriebselement. Zwischen den Spindeltriebselementen 2, 3 ist ein Kugelkanal 4 für Kugeln 26 als Wälzkörper gebildet. Ein Lastabschnitt des Kugelkanals 4 ist mit 5 bezeichnet. In den Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2 ist eine Außenumlenkung der Kugeln 26 gegeben. In diesen Fällen sind Rücklaufabschnitte des Kugelkanals 4 mit 6 bezeichnet. In den Fällen der Figuren 3 und 4 ist eine Innenumlenkung der Kugeln 26 vorgesehen. Umlenkelemente für die Innenumlenkung sind in diesen Fällen mit 21 bezeichnet. Die gemeinsame Mittelachse der Gewindespindel 2 und der Spindelmutter 3 und damit des gesamten Kugelgewindetriebs 1 ist in allen Fällen mit MA bezeichnet. Durch den Kugelgewindetrieb 1 wird ein Kolben 16 in einem Gehäuse 11 verschoben. Auf den Kolben 16 wirkt ein Druck p einer Hydraulikflüssigkeit. In Axialrichtung des Kugelgewindetriebs 1 wirkende Kräfte sind allgemein mit F bezeichnet. Der Kolben 16 ist durch eine Dichtung 18 abgedichtet, welche in eine Nut 17 eingesetzt ist. Die Nut 17 befindet sich in den Fällen der Figuren 1 und 2 im Kolben 16 und in den Fällen der Figuren 3 und 4 im Gehäuse 11.

In den Bauformen nach den Figuren 1 und 2 fungiert die Gewindespindel 2 als antreibendes Element des Kugelgewindetriebs 1 . In den skizzierten Fällen ist dem Kugelgewindetrieb 1 ein Umschlingungsgetriebe 7 in Form eines Riementriebs vorgeschaltet. Hierbei ist eine Riemenscheibe 8 des Umschlingungsgetriebes 7 drehfest mit der Gewindespindel 2 verbunden. Eine weitere, antreibende Riemenscheibe des Umschlingungsgetriebes 7 ist drehfest mit der Motorwelle eines Elektromotors 9 verbunden. Die Motorwelle des Elektromotors 9 ist in den in den Figuren 1 und 2 skizzierten Fällen parallel zur Mittelachse MA angeordnet. Der Riemen des Umschlingungsgetriebes 7 ist mit 10 bezeichnet.

Die Gewindespindel 2 oder ein drehfest mit der Gewindespindel 2 verbundenes Teil weist ein über die Riemenscheibe 8 hinausragendes kappenförmiges Endstück 12 auf, das näherungsweise punktuell an einer Innenwandung 13 des Gehäuses 11 anschlägt. In einer aufwändigeren, nicht dargestellten Variante des Kugelgewindetriebs 1 könnte an der entsprechenden Stelle beispielsweise auch ein Axiallager oder ein Axialkräfte F abstützendes Schrägkugellager angeordnet sein.

Die Spindelmutter 3 der Kugelgewindetriebe 1 nach den Figuren 1 und 2 ist in nicht dargestellter Weise verdrehgesichert. Mit der Spindelmutter 3 ist eine rohrförmige Kolbenabstützung 15 verbunden, über welche insbesondere Druckkräfte auf den Kolben 16 übertragbar sind. Ein fest mit dem Gehäuse 11 verbundenes, die Kolbenabstützung 15 konzentrisch umgebendes Rohr ist mit 14 bezeichnet. In der Vergleichsbauform nach Figur 1 ist zwischen die Außenumfangsfläche der Spindelmutter 3 und das gehäusefeste Rohr 14 ein ringförmiges Dämpfungselement 24 eingesetzt. Rotiert die Gewindespindel 2, so wird das Dämpfungselement 24 zusammen mit der Spindelmutter 3 in axialer Richtung verschoben. Das Dämpfungselement 24 rotiert hierbei nicht. Der Abstand zwischen dem Dämpfungsring 24 und dem Kolben 16, welcher einen Druckraum 25 begrenzt, bleibt in allen Einstellungen des Kugelgewindetriebs 1 konstant.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist der Dämpfungsring 24 auf der Gewindespindel 2 befestigt, wobei er sich nahe an demjenigen Ende der Gewindespindel 2 befindet, welches dem Kolben 16 zugewandt ist. Bei einer Rotation der Gewindespindel 2 tritt eine Verdrehung des Dämpfungsrings 24 relativ zur in sich starren Anordnung aus Spindelmutter 3, Kolbenabstützung 15 und Kolben 16 auf, wobei der Dämpfungsring 24 auf der Innenumfangsfläche der Kolbenabstützung 15 gleitet. Zugleich wird die Kolbenabstützung 15 in Axialrichtung auf dem Dämpfungselement 24 verschoben.

In den Ausführungsbeispielen nach den Figuren 3 und 4 stellt die Spindelmutter 3 das antreibende Element des Kugelgewindetriebs 1 dar. Die Spindelmutter 3 ist hierbei in Form eines Antriebsabschnitts 19, welcher keine Gewindestruktur aufweist, in Axialrichtung verlängert. Der elektrische Antrieb des Abschnitts 19 und damit der gesamten Spindelmutter 3 erfolgt über ein in diesem Fall nicht dargestelltes Untersetzungsgetriebe 7. Alternativ ist ein elektrischer Direktantrieb der Spindelmutter 3 möglich. Auf die Spindelmutter 3 wirkende Axialkräfte F werden in jedem Fall durch ein Wälzlager 20, insbesondere in Form eines Schrägkugellagers, aufgenommen. Der Kolben 16 ist in den Fällen der Figuren 3 und 4 hohl, wobei nicht nur die Gewindespindel 2, sondern auch die Spindelmutter 3 in den vom Kolben 16 gebildeten Hohlraum eingreift. Eine feste Verbindung zwischen der Gewindespindel 2 und dem Kolben 16 ist über ein ringförmiges Element 22 und ein zylindrisches Element 23 hergestellt. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist das ringförmige Dämpfungselement 24 in einen ringförmigen Spaltraum zwischen der Außenumfangsfläche der Spindelmutter 3 und der Innenumfangsfläche des Kolbens 16 eingesetzt. Der Dämpfungsring 24 rotiert zusammen mit der Spindelmutter 13, wobei er bei Betätigung des Kugelgewindetriebs 1 zugleich in Axialrichtung gegenüber dem Kolben 16 verschoben wird. Der in Axialrichtung zu messende Abstand zwischen dem Dämpfungsring 24 und der den Druckraum 25 begrenzenden Oberfläche des Kolbens 16 ist somit variabel.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 4 ist der Dämpfungsring 24, prinzipiell vergleichbar mit der Bauform nach Figur 2, auf der Gewindespindel 2 befestigt. Gleichzeitig kontaktiert im Fall von Figur 4 der Dämpfungsring 24 die Innenumfangsfläche des zylindrischen Antriebsabschnitts 19. Da der Antriebsabschnitt 19 zusammen mit der gesamten Spindelmutter 3 rotiert, ist eine Relativverdrehung zwischen dem Dämpfungsring 24 der Spindelmutter 3 gegeben. Der Abstand zwischen dem Dämpfungsring 24 und dem Kolben 16 ist im Fall von Figur 4 konstant. Sowohl im Fall von Figur 3 als im Fall von Figur 4 ist die Anordnung aus Gewindespindel 2 und Kolben 16 verdrehgesichert im Gehäuse 11 geführt.

Das Ausführungsbeispiel nach Figur 5 unterscheidet sich vom Ausführungsbeispiel nach Figur 4 hauptsächlich dadurch, dass der Dämpfungsring 24 in der Spindelmutter 3 befestigt ist. Somit ist auch in diesem Fall eine Verschiebung zwischen dem Dämpfungsring 24 und einem der beiden Spindeltriebselemente 2, 3, hier der Gewindespindel 3, vorgesehen. Der nachgiebige Dämpfungsring 24, welcher zusammen mit der Spindelmutter 3 rotiert, liegt dabei unter leichter Vorspannung auf dem Gewinde der Gewindespindel 3 auf.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist der Dämpfungsring 24 ebenfalls in der Innenumfangsfläche der Spindelmutter 3 gehalten, wobei in diesem Fall, ebenso wie in der Variante nach Figur 2, die Gewindespindel 3 als Antriebselement des Kugelgewindetriebs 1 fungiert. Auch in der Konstellation nach Figur 6 trägt der Dämpfungsring 24, welcher unter leichter Vorspannung steht, insbesondere zur Dämpfung von Biegeschwingungen bei. Bezuqszeichenliste

1 Kugelgewindetrieb

Gewindespindel

Spindelmutter

Kugelkanal

Lastabschnitt

Rücklaufabschnitt

Umschlingungsgetriebe

Riemenscheibe

9 Elektromotor

10 Riemen

11 Gehäuse

12 kappenförmiges Endstück

13 Innenwandung

14 gehäusefestes Rohr

15 Kolbenabstützung

16 Kolben

17 Nut

18 Dichtung, in die Nut 17 eingesetzt

19 Antriebsabschnitt der Spindelmutter

20 Wälzlager

21 Umlenkelement für Innenumlenkung

22 ringförmiges Element

23 zylindrisches Element

24 ringförmiges Dämpfungselement

25 Druckraum

26 Kugel

F Kraft

MA Mittelachse

P hydraulischer Druck