Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Kugelgewindetriebe zählen zu den Rot-Trans-Getrieben, bei denen eine

Drehbewegung in eine lineare Bewegung umgewandelt wird und andersherum.

Kugelgewindetriebe bestehen aus einer Kugelgewindespindel, einer

Kugelgewindemutter, in der die Kugeln laufen, sowie einer Kugelrückführung . Kugelgewindetriebe sind die am häufigsten eingesetzten Gewindespindeln in Industrie- und Präzisionsmaschinen und finden Anwendung im Kfz-Bereich, beispielsweise in elektromechanischen Lenkunterstützungen .

Kugelgewindetriebe können dank des reibungsarmen Rollkontaktes zwischen Kugeln, Spindel und Mutter einen Wirkungsgrad von bis zu 90 % erreichen. Dadurch beträgt das erforderliche Antriebsdrehmoment eines

Kugelgewindetriebs nur etwa ein Drittel von dem eines herkömmlichen

Gewindetriebes.

Kugelumlaufmuttern, kurz Kugelmuttern genannt, benötigen zur Schließung des Kugelkreislaufes eine Kugelrückführung, die die Kugeln nach Durchlaufen von einem (Einzelgangumlenkung) oder mehreren Gewindegängen

(Gesamtumlenkung) wieder an den Ausgangspunkt zurück führt. Die Art und Ausgestaltung der Kugelrückführung ist maßgeblich für die Eignung der Kugelrückführung für hohe Geschwindigkeiten. Das interne Rückführungssystem besteht aus der Kugelgewindespindel, der Kugelgewindemutter, den Kugeln und den Umlenkstücken . Die Kugeln führen nur einen Umlauf um die Spindel aus. Der Umlauf wird durch ein Umlenkstück in der Kugelgewindemutter geschlossen und erlaubt es den Kugeln, über den Gewinderücken zurück zum Anfang zu gelangen. Die Positionierung der Kugelumlenkung innerhalb der Mutter gibt dem internen Rückführungssystem seinen Namen. Interne Rückführungen können als Bohrungen oder Abstreifer umgesetzt werden.

Bei einer externen Rückführung werden die Kugeln in einem Umlenkstück ganz von der Spindel abgehoben und durch eine Bohrung oder ein rohrförmiges Anbauteil zum entgegensetzten Ende der Mutter geleitet. Dort werden sie wieder in den Gewindegang eingeführt.

Beim Übergang von der durch die Kugelmutter und Spindel gebildeten

Laufbahn in die Rückführung geht die Bewegungsform der Kugeln von einer, bedingt durch die Kontur der Laufbahnen in Spindel und Kugelmutter rollenden und teils rotierenden Bewegung in eine ungünstige gleitreibungsbehaftete Bewegungsform über. Dieser Zustand, bei dem die Kugeln die Eigenrotation verlieren und in einem zunehmend gleitreibungsbehafteten Zustand

vorangeschoben werden, kommt durch den Kontakt der Kugeln mit der Innenoberfläche der Rückführung und das Abbremsen der Kugeln durch den Kontakt mit benachbarten Kugeln zustande.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kugelgewindetrieb so weiterzuentwickeln, dass die Kugeln ein definiertes Laufverhalten mit

Eigenrotation in der Laufbahn der Kugelrückführung aufzeigen.

Diese Aufgabe wird von einem Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Danach ist bei einem Kugelgewindetrieb, insbesondere für den Einsatz in elektrisch unterstützten Lenkgetrieben von Kraftfahrzeugen, mit einer

Kugelrückführung mit einer Innenoberfläche vorgesehen, dass die

Innenoberfläche der Kugelrückführung eine Drall gebende Kontur aufweist. Insbesondere kann die Innenoberfläche mit helixförmigen Profilen versehen sein. Dadurch verringert sich beim Kugeltransport in der Kugelrückführung der Gleitreibungsanteil in der Bewegung der Kugeln was diverse Vorteile mit sich bringt:

- gleichmäßigere Kugelbewegung beim Eintritt / Austritt aus der

Kugelrückführung

- geringere Reibung im Betrieb des Kugelgewindetriebs, sowie

- geringerer Verschleiß.

Vorzugsweise ist die Steigung der helixförmigen Profile konstant. Ein

helixförmiges Profil ist dabei definiert als eine Kurve, die sich mit konstanter Steigung um einen Mantel eines Zylinders windet, wobei der Zylinder nicht auf eine kreisförmige Grundfläche beschränkt ist. Der Gangwinkel der Profile ist bevorzugt größer als 45° und kleiner als 85°. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Drall gebende Kontur als Rippen oder Nuten ausgebildet ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Drall gebende Kontur wenigstens 3 bis maximal 24 helixförmige Profile aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist die Anzahl der Profile auf wenigsten 6 bis maximal 9 beschränkt. Zudem kann

vorgesehen sein, dass die Kugelrückführung intern oder extern angeordnet ist. Die helixförmigen Profile können gleichmäßig sowohl als auch ungleichmäßig verteilt über den Querschnitt der Kugelrückführung angeordnet sein. In einer weiteren Ausführungsform weist die Kugelrückführung einen unrunden

Querschnitt auf. Der Drall wird dabei bevorzugt durch die helixförmigen Profile des unrunden Querschnitts erzeugt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 : einen Längsschnitt einer Kugelrückführung eines

Kugelgewindetriebs,

Fig. 2 : eine räumliche Darstellung eines Kugelgewindetriebs, sowie

Fig. 3 : schematische Darstellung der Fortbewegung der Kugeln in einer

Kugelrückführung aus dem Stand der Technik und in der erfindungsgemäßen Kugelrückführung aus Figur 1.

Die Figur 1 stellt eine rohrförmige Kugelrückführung 1 mit rundem Querschnitt dar, aufweisend eine Innenoberfläche 2, in die ein helixförmiges Profil 3 eingearbeitet ist. Die Steigung des helixförmigen Profils 3 ist dabei in etwa konstant. Der Gangwinkel der Helix, definiert als der Winkel des Profils zur Umfangsrichtung der Kugelrückführung, liegt zwischen 45° und 85° und ist so gewählt, dass keine Selbsthemmung der Kugeln auftritt. Das Profil 3 kann als Nut oder Rippe ausgeformt sein. Die Tiefe t des Profils beträgt dabei zwischenl5 pm und 50 pm, vorzugsweise ungefähr 25 pm, und die Breite b des Profils ist bevorzugt ¹ / ₄ *t<b<4*t. Die Innenoberfläche weist mindestens 3 bis maximal 24 helixförmige Profile 3 in konstantem Abstand auf. Die Profile sind bevorzugt mit gleichem Winkelabstand voneinander in Umfangsrichtung beabstandet, können aber auch in unregelmäßigen Abständen erfolgen. Die bevorzugte Anzahl liegt bei 6 bis 9 Profilen, bei der ein steter Kontakt der Kugeln zu einer ausreichenden Anzahl von Profilen sichergestellt ist.

In einer weiteren Ausführungsform kann die rohrförmige Kugelrückführung mit einem unrunden Querschnitt versehen sein, mit einer Innenoberfläche, in die ein helixförmiges Profil eingearbeitet ist, wobei das helixförmige Profil durch die unrunde Querschnittsform erzeugt wird.

Die Steigung des helixförmigen Profils ist dabei in etwa konstant. Der

Gangwinkel der Helix, definiert als der Winkel des Profils zur Umfangsrichtung der Kugelrückführung, liegt zwischen 45° und 85° und ist so gewählt, dass keine Selbsthemmung der Kugeln auftritt. Das Profil 3 kann als Nut oder Rippe ausgeformt sein. Die Tiefe t des Profils beträgt dabei zwischenl5 pm und 50 pm, vorzugsweise ungefähr 25 pm, und die Breite b des Profils ist bevorzugt ¹ / ₄ *t<b<4*t. Die Innenoberfläche weist mindestens 3 bis maximal 24 helixförmige Profile in konstantem Abstand auf.

Die Profile sind bevorzugt mit gleichem Winkelabstand voneinander in

Umfangsrichtung beabstandet, können aber auch in unregelmäßigen

Abständen erfolgen. Die bevorzugte Anzahl liegt bei 6 bis 9 Profilen, bei der ein steter Kontakt der Kugeln zu einer ausreichenden Anzahl von Profilen sichergestellt ist. In der Figur 2 ist ein Kugelgewindetrieb mit externer Kugelrückführung 1, Kugelspindel 4 und Kugelmutter 5 dargestellt.

Die Kugelrückführungen sind aus Stahl und/oder Kunststoff gefertigt und können einen im Wesentlichen, d .h. bis auf die Profilstruktur kreisförmigen oder auch polygonalen Querschnitt aufweisen. Die polygonale Form wird durch Ziehen und die Nuten bzw. Rippen werden durch Ziehen und/oder Rollieren gewonnen. Die Kugelrückführungen können dabei intern oder extern, wie in Fig. 2 gezeigt, angeordnet sein.

Die Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung der Fortbewegung der Kugeln entlang einer Längsachse in einer Kugelrückführung aus dem Stand der Technik (a) und in einer erfindungsgemäßen Kugelrückführung 1 (b).

Gattungsgemäß entsteht an den Kontaktpunkten der Kugeln untereinander durch die Bewegung der Kugeln durch die Rückführung entlang der

Längsachse, wobei die Kugeln um eine Querachse rotieren, eine gegenläufig wirkende Kraftkomponente. Die Kugeln rotieren, wie in (a) durch die Pfeile angedeutet, gleichsinnig um die Querachse in Bewegungsrichtung. An dem Kontaktpunkt der beiden Kugeln kommt es somit zu entgegengesetzt wirkenden Kräften, die unter anderem für den Verschleiß der Kugeln verantwortlich sind.

In der erfinderischen Kugelrückführung, wie in Figur 3 (b) gezeigt, erfahren die Kugeln entlang ihres Umfangs durch die schmalen Profile unterschiedliche Reibung mit der Innenoberfläche, wodurch die Kugel zusätzlich in

Eigendrehung um eine durch die Bewegungsrichtung definierte Achse (Drall) versetzt wird . Durch den Drall wird ein Teil der Kraftkomponente, die aus der Bewegungsrichtung der Kugeln entsteht und in der Rückführung an den Kontaktpunkten der Kugeln untereinander gegenläufig wirkt, in eine seitliche Kraftkomponente abgeleitet. Dadurch nimmt der Verschleiß an den

Kontaktstellen der Kugeln zueinander ab.

Das Profil der Kugelrückführung wird vorzugsweise so ausgebildet, dass die Eigendrehung der Kugeln innerhalb der Rückführung möglichst nah an dem Drall der Kugeln in der aus Kugelmutter und Kugelspindel gebildeten Laufbahn liegt. Diese Ausbildung des Profils gewährleistet eine nahezu stetige Kugelbewegung auch beim Übergang aus den Gewindegängen in die

Rückführung und umgekehrt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung verringert sich der Gleitreibungsanteil in der Bewegung der Kugeln was diverse Vorteile mit sich bringt:

- gleichmäßigere Kugelbewegung beim Eintritt / Austritt aus der

Kugelrückführung

- geringere Reibung im Betrieb des Kugelgewindetriebs,

- geringere Geräuschentwicklung, sowie

- geringerer Verschleiß beim Kontakt der Kugeln untereinander.