Schneckengetriebe Schneckengetriebe werden für Kraftübertragung zwischen sich kreuzenden Wellen angewendet. Die Schnecke ist als Schraubenspindel und das Schnecken rad als Ausschnitt einer Schraubenmutter zu betrachten. Zwischen den Elementen der Kraftübertragung in einem Schneckengetriebe sollen nach dieser Erfindung rollende Kugeln angeordnet sein, um die gleitende Reibung der Elemente des Schneckengetriebes durch rollende Rei bung zwischen den Elementen einerseits und den ange ordneten Kugeln anderseits zu iersetzen.
Schraubenspindeln, bei denen die verhältnismässig grosse Reibung der Gleitbewegung zwischen Spindel und Mutter durch Zwischenlage von Kugeln in gleitende Reibung umgewandelt wird, sind als Kugelschrauben bekannt.
Die Verwendung von Kugeln zur Reibungsvermin- derung setzt voraus, dass sich die Kugeln in einer ge schlossenen Bahn bewegen können. Bei Kugellagern sind diese Bahnen kreisförmig. Bei Schraubenspindeln müssen inaktive, d. h. nicht tragende Rücklaufbahnen vorgesehen sein. Bei Schneckengetrieben ist die Aus bildung der Kugelrückführung noch um einen Grad schwieriger als bei Spindeln und Spindelmuttern mit umlaufenden Kugeln statt Gewinden.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Schneckengetriebe zu schaffen, bei dem Kugeln zur Übertragung der Kraft zwischen Schnecke und Schrau benspindel in geschlossenen Kugelrillen bewegbar sind und dabei mit Schnecke und Schraubenspindel in Ein griff gelangen können.
Das erfindungsgemässe Schneckengetriebe ist da durch gekennzeichnet, dass die Schnecke einen zylindri- schen Ringkörper mit Kugelrillen beliebiger Steigung einschliesslich der Steigung Null im Zylindermantel um fasst, wobei die Kugelrillen zumindest eine in sich ge schlossene Bahn bilden und in die Rillen Kugeln ein gesetzt sind, über die die Antriebskraft zwischen Schnecke und Schneckenrad, das mit seinen Zähnen jeweils gegen mindestens eine Kugel anliegt, in rollender Reibung übertragen ist.
In der beiliegenden Zeichnung sind Ausführungs- beispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1 schematisch und teilweise im Schnitt ein Schneckengetriebe, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 teilweise im Schnitt ein Schneckengetriebe, bei dem die Schnecke als Kugelkorb oder Kugelkäfig ausgebildet ist, Fig. 4 ein Schneckengetriebe teilweise im Schnitt, bei der der Kugelkäfig von Ringen gebildet wird,
die durch mindestens einen Zahnkolben zwangläufig in ihrer relativen Stellung zueinander geführt sind und Fig. 5 eine schematische Darstellung der Schnecke zur Erläuterung des Konstruktionsprinzipes nach Fig. 3 und 4.
In Fig. 1 und 2 ist 1 die Welle, auf der ein Ri11en- körper 2 für die Kraftübertragung zwischen Rillen- körper 2 und einem Schneckenrad 3 sitzt. 4 sind Kugeln. 5 ist ein Führungskörper, der die Kugeln und den Rillenkörper umschliesst.
Das Schneckenrad 3 kommt durch eine Aussparung in dem Führungskörper 5 mit den Kugeln zum Eingriff. 6 und 7 sind zwei seitliche Abschlusskörper. Sie sind an den Rillenkörper 2 ange4 schlossen und rotieren samt Rillenkörper und Welle. Die Abschlusskörper 6 und 7 können aber auch fest stehend und mit dem Führungskörper 5 verbunden sein.
Die Rillen 8 im Rillenkörper 2 bilden die Kugel bahnen und sind in Schraubenlinie angeordnet. Im Rillenkörper ist eine achsparallele Bohrung 9, die als Rückführungskanal für die Kugeln dient. Die Schrau benlinien können ein oder mehrgängig gewählt sein. Für jeden Gewindegang ist dabei ein eigener Rück führungskanal vorzusehen.
Der Rillenkörper 2 und die Kugeln 4 bilden bei der gezeichneten Anordnung die Grundelemente der Schnecke 10.
Wird die Welle 1 in Drehung versetzt, so wird von der Schnecke 10 ein der Steigung der Schnecke ent- sprechender Axialschub auf die Zähne 11 des Schnek- kenrades 3 übertragen und das Schneckenrad dreht sich zwangläufig. Bei der Bewegung deir Schnecke voll führen die Kugeln, zwischen dem Rillenkörper und den Zähnen des Schneckenrades eingeklemmt, eine rol lende Bewegung.
Der feststehende Führungskörper 5 ist vorgesehen, damit die Kugeln über den ganzen Umfang des Rillen körpers geführt sind.
Bei kontinuierlicher Drehung der Welle 1 vollführen die Kugeln in der schraubenlinien- förmigen Rille eine fortschreitende Bewegung. Dadurch treten am entsprechenden Ende des Menkörpers Ku geln aus. Die austretenden Kugeln werden vom ent sprechenden Abschlusskörper 6 bzw. 7 umgelenkt und in den Rückführungskanal 9 gedrückt.
Am entgegenge setzten Ende des Rillenkörpers werden die aus dem Rückführungskanal austretenden Kugeln vom entspre chenden Abschlusskörper wieder umgelenkt und der Rille zugeführt. Damit im Kreislauf keine Lücke entstehen kann, sind die Rillen ganz mit Kugeln gefüllt.
Die Ausführungsform nach Fig. 1 und 2 hat den Vorteil, dass sich eine Grosszahl von Kugeln ständig in Eingriff befinden und so verhältnismässig grosse Kräfte übertragen werden können. Der Nachteil ist der, dass die Kugeln aneinander stossen und so Reibungs verluste verursachen.
In Fig. 3 greift das Schneckenrad 3 gegen Kugeln 4 in Rillen 12, die planparallel im Rillenkörper 13 ange ordnet sind, so dass sie geschlossene Kreisbahnen bilden und die Steigung Null haben. 14 ist der Kugelkäfig, der aus einem möglichst dünnen Rohr besteht, auf das zwecks Versteifung eine gewundene Rippe 15 aufge setzt ist. Die Steigung der Schraubenlinie entspricht der Schrägstellung der Zähne des Schneckenrades 3. In der Rippe sind öffnungen für die Aufnahme der Kugeln vorgesehen.
Wird die Welle 1 und damit der Rillenkörper 13 in Drehung versetzt, so kommen die entsprechenden Kugeln mit den entsprechenden Zähnen des Schnecken rades 3 in Eingriff und werden so in rollende Bewegung versetzt. Die Kugeln nehmen den Kugelkäfig 14 mit, ähnlich wie dies bei sich drehenden Kugellagern ge schieht. Die Umfangsgeschwindigkeit des Kugelkäfigs entspricht ungefähr der Hälfte derjenigen des Rillen körpers.
In Fig. 4 ist ein Schneckengetriebe gezeigt, bei dem der Rillenkörper 16 aus mehreren scheibenförmigen Teilen zusammengesetzt ist. Der Kugelkäfig 17 be steht aus ringförmigen Elementen 18 mit Innenver- zahnung und brillenartigen Öffnungen für die Auf nahme der Kugeln 4. Im Rillenkörper 16 ist eine achs- parallele Bohrung für die Aufnahme eines Zahnkolbens 19 vorgesehen.
In den Zahnkolben greifen die Innen verzahnungen der Elemente 18 des Kugelkäfigs 17 ein. Die gemeinsame Drehung der ringförmigen Elemente des Kugelkäfigs ist dadurch gewährleistet und damit auch die gegenseitige Lage der Kugeln 4 fixiert.
Wird die Welle und damit der Rillenkörper in Drehung versetzt, so kommen die Kugeln mit den Zähnen des Schneckenrades in Eingriff. Die in Eingriff befindlichen Kugeln nehmen den Kugelkäfig, wie schon früher beschrieben, mit. Die Drehung des Kugelkäfigs sorgt dafür, dass in, stetem Wechsel immer die ent sprechende Kugel mit dem entsprechenden Zahn des Schneckenrades in Eingriff kommt.
Bei diesem Getriebe werden, im Gegensatz zu Fig. 1 und 2, die Kugeln aneinanderstossen.
Nach der bisher gegebenen Beschreibung wäre die Ausführung nach Fig. 4 nicht kraftschlüssig, wenn kraftschlüssig bedeutet, dass jedem Drehwinkel der Welle eine bestimmte Stellung des Schneckenrades zu geordnet ist.
Ein Riemenantrieb ist beispielsweise, we gen des Riemenschlupfes, nicht kraftschlüssig im Gegen satz zu einem Zahnradgetriebe. Die oben beschriebene Anordnung nach Fig. 1 und 2 ist demnach kraftschlüs sig, diejenige nach Fig. 3 nicht.
Wenn der Kugelkäfig nach Fig. 4 zwangläufig an getrieben wird, ist die Konstruktion kraftschlüssig. Dazu ist 20 ein auf der Welle 1 verstiftetes Ritzel, das in ein Ritzel 21 eingreift. Das Ritzel 21 seinerseits greift in das Ritzel 22, das lose auf der Welle 1 sitzt. Das Ritzel 22 greift in dem Zahnkolben 19 ein.
Die über- setzung ist dabei so gewählt, dass sich der Kugelkäfig mit der gleichen Geschwindigkeit dreht, wie es der Rollgeschwindigkeit der Kugeln entspricht, d. h. un gefähr mit halber Umfangsgeschwindigkeit des Rillen körpers. Mit einer entsprechendem übersetzung liesse sich selbstredend auch der Kugelkäfig in Fig. 3 an geordnet ist. Ein Riemenantrieb ist beispielsweise, we- kraftschlüssig würde.
Für verhältnismässig grosse Umfangskräfte am Ril- lenkörper wird sich das Schneckengetriebe nach Fig. 1 und 2 besser eignen als dasjenige nach Fig. 3 und 4. Für verhältnismässig kleine Kräfte und grosse Umfangs geschwindigkeiten ist bei der Ausführung nach Fig. 3 und 4 ein besserer Wirkungsgrad zu erwarten.
In Fig. 3 und 4 sind die als Kugelbahnen dienenden Rillen im Rillenkörper planparallel, d. h. die Rillen und die schräg gestellten Zähne des Schneckenrades haben gewisse Schnittpunkte. In der Beschreibung wurde die entsprechende Lage der Kugeln erwähnt. Die ent sprechende Lage der Kugeln entspricht den jeweiligen Schnittpunkten zwischen den senkrechten und den schrägen Linien in Fig. 5.
In Fig. 5 ist in der Bildebene die Abwicklung des Rillenkörpers mit 360 Winkel graden dargestellt. Darin ist t die Teilung, d. h. der Abstand zwischen den planparallelen Rillen. Die Mittel achsen der Rillen bilden senkrechte Linien. Die schräg über die Rillen gezeichneten Linien entsprechen der Schrägstellung der Zähne des Schneckenrades, wobei S die Steigung der Schraubenlinie der zum Schnecken rad passenden Schnecke bedeutet.
Das beschriebene Schneckengetriebe erlaubt es, einen wesentlich besseren Wirkungsgrad als bisher zu erzielen, was die Verwendungsmöglichkeit der Schnek- kengetriebe bedeutend erweitert. Es sei nur an die Möglichkeit gedacht, dass beispielsweise in einem Fall, wo bisher ein Stirnrad-Winkelgetriebe notwendig war, ein Schneckengetriebe die Aufgabe mit weniger Auf wand und gutem Wirkungsgrad lösen kann.
Worm gears Worm gears are used for power transmission between intersecting shafts. The worm is to be regarded as a screw spindle and the worm wheel as a section of a screw nut. According to this invention, rolling balls are to be arranged between the elements of the power transmission in a worm gear in order to iersetzen the sliding friction of the elements of the worm gear by rolling friction between the elements on the one hand and the balls arranged on the other.
Screw spindles, in which the relatively high friction of the sliding movement between spindle and nut is converted into sliding friction by the interposition of balls, are known as ball screws.
The use of balls to reduce friction assumes that the balls can move in a closed path. In the case of ball bearings, these tracks are circular. In the case of screw spindles, inactive, i. H. non-load bearing return tracks may be provided. With worm gears, forming the ball return is even more difficult by one degree than with spindles and spindle nuts with rotating balls instead of threads.
It is the aim of the present invention to provide a worm gear in which the balls for transmitting the force between the worm and screw spindle can be moved in closed ball grooves and can get into a grip with the worm and screw spindle.
The worm gear according to the invention is characterized in that the worm comprises a cylindrical ring body with ball grooves of any pitch, including zero pitch, in the cylinder jacket, the ball grooves forming at least one self-contained path and balls being inserted into the grooves which the driving force between the worm and worm wheel, which rests with its teeth against at least one ball, is transmitted in rolling friction.
Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are illustrated in the accompanying drawing. 1 shows schematically and partially in section a worm gear, FIG. 2 a section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3, partially in section, a worm gear in which the worm is designed as a ball cage or ball cage, 4 shows a worm gear partially in section, in which the ball cage is formed by rings,
which are inevitably guided in their relative position to one another by at least one toothed piston and FIG. 5 is a schematic representation of the worm for explaining the construction principle according to FIGS. 3 and 4.
In FIGS. 1 and 2, 1 is the shaft on which a belt body 2 for the power transmission between the groove body 2 and a worm wheel 3 is seated. 4 are balls. 5 is a guide body which encloses the balls and the groove body.
The worm wheel 3 comes into engagement with the balls through a recess in the guide body 5. 6 and 7 are two lateral closing bodies. They are connected to the groove body 2 and rotate together with the groove body and shaft. The closing bodies 6 and 7 can, however, also be fixed and connected to the guide body 5.
The grooves 8 in the groove body 2 form the ball tracks and are arranged in a helix. In the groove body is an axially parallel bore 9 which serves as a return channel for the balls. The screw lines can be selected one or more threads. A separate return channel must be provided for each thread turn.
The groove body 2 and the balls 4 form the basic elements of the screw 10 in the arrangement shown.
If the shaft 1 is set in rotation, an axial thrust corresponding to the pitch of the worm is transmitted to the teeth 11 of the worm wheel 3 by the worm 10 and the worm wheel inevitably rotates. When the worm moves, the balls, wedged between the grooved body and the teeth of the worm wheel, perform a rolling movement.
The fixed guide body 5 is provided so that the balls are guided over the entire circumference of the groove body.
With continuous rotation of the shaft 1, the balls carry out a progressive movement in the helical groove. This occurs at the corresponding end of the Menkörpers Ku rules. The exiting balls are deflected by the corresponding closing body 6 or 7 and pressed into the return channel 9.
At the opposite end of the groove body, the balls emerging from the return channel are deflected again by the corresponding closing body and fed to the groove. The grooves are completely filled with balls so that no gaps can arise in the circuit.
The embodiment according to FIGS. 1 and 2 has the advantage that a large number of balls are constantly in engagement and so relatively large forces can be transmitted. The disadvantage is that the balls hit each other and cause friction losses.
In Fig. 3, the worm wheel 3 engages against balls 4 in grooves 12, which are plane-parallel in the groove body 13 is arranged so that they form closed circular paths and have zero slope. 14 is the ball cage, which consists of a tube that is as thin as possible, on which a coiled rib 15 is set up for the purpose of stiffening. The slope of the helical line corresponds to the inclined position of the teeth of the worm wheel 3. In the rib, openings are provided for receiving the balls.
If the shaft 1 and thus the groove body 13 is set in rotation, the corresponding balls come into engagement with the corresponding teeth of the worm wheel 3 and are thus set in rolling motion. The balls take the ball cage 14 with them, similar to what happens with rotating ball bearings. The peripheral speed of the ball cage is approximately half that of the grooved body.
In Fig. 4, a worm gear is shown in which the groove body 16 is composed of several disc-shaped parts. The ball cage 17 consists of ring-shaped elements 18 with internal teeth and goggle-like openings for receiving the balls 4. An axially parallel bore for receiving a toothed piston 19 is provided in the groove body 16.
The internal teeth of the elements 18 of the ball cage 17 engage in the toothed piston. The common rotation of the ring-shaped elements of the ball cage is guaranteed and thus the mutual position of the balls 4 is also fixed.
If the shaft and thus the grooved body are set in rotation, the balls come into engagement with the teeth of the worm wheel. The engaged balls take the ball cage with them, as described earlier. The rotation of the ball cage ensures that, in constant change, the corresponding ball always meshes with the corresponding tooth of the worm wheel.
In this transmission, in contrast to FIGS. 1 and 2, the balls collide with one another.
According to the description given so far, the embodiment according to FIG. 4 would not be non-positive if non-positive means that a certain position of the worm wheel is assigned to each angle of rotation of the shaft.
A belt drive is, for example, because of the belt slip, not frictional in contrast to a gear drive. The above-described arrangement of FIGS. 1 and 2 is therefore frictional sig, that of FIG. 3 is not.
If the ball cage according to FIG. 4 is inevitably driven, the construction is frictional. For this purpose 20 is a pinion which is pinned on the shaft 1 and which engages in a pinion 21. The pinion 21 in turn engages in the pinion 22, which sits loosely on the shaft 1. The pinion 22 meshes with the toothed piston 19.
The gear ratio is chosen so that the ball cage rotates at the same speed as the rolling speed of the balls, ie. H. at about half the circumferential speed of the grooved body. With a corresponding translation, the ball cage in Fig. 3 could of course also be arranged. A belt drive, for example, would be frictional.
For relatively large circumferential forces on the grooved body, the worm gear according to FIGS. 1 and 2 is better suited than that according to FIGS. 3 and 4. For relatively small forces and high circumferential speeds, the embodiment according to FIGS. 3 and 4 is more efficient expected.
In Fig. 3 and 4 serving as ball tracks grooves in the groove body are plane-parallel, d. H. the grooves and the inclined teeth of the worm wheel have certain intersections. The corresponding position of the balls was mentioned in the description. The corresponding position of the balls corresponds to the respective intersection points between the vertical and the inclined lines in FIG. 5.
In Fig. 5, the development of the groove body with 360 degrees is shown in the image plane. Where t is the division, d. H. the distance between the plane-parallel grooves. The center axes of the grooves form vertical lines. The lines drawn diagonally over the grooves correspond to the inclination of the teeth of the worm wheel, where S means the pitch of the helix of the worm that fits the worm wheel.
The worm gear described makes it possible to achieve a significantly better degree of efficiency than before, which significantly expands the possibility of using the worm gear. We only think of the possibility that, for example, in a case where a helical bevel gear was previously necessary, a worm gear can solve the task with less effort and good efficiency.