-
Die
Erfindung betrifft eine Rollspindel, insbesondere eine Rollspindel
in besonderer Umlenkungsweise, wodurch innerhalb einer Spindelmutter
befindliche Rollelemente eine glatte Umlenkbewegung zur Zirkulation
ausführen
können,
was eine gegenseitige Bewegung zwischen der Spindel und der Spindelmutter
zur Kraftübertragung
bewirkt.
-
Bei
Umlenkungsaufbauten von Rollelementen für herkömmliche Spindeln unterscheidet
man zwischen interner Umlenkung, externer Umlenkung und Endkappen-Umlenkung.
Bei der externen Umlenkung ist die Spindelmutter außen mit
einem Rohrstück
versehen, über
welches Rollbahnen miteinander verbunden sind, was eine glatte Umlenkbewegung
zur endlosen Zirkulation bewirkt. Bei der internen Umlenkung ist
die Spindelmutter innen mit einer S-förmigen Umlenkungseinheit versehen,
die zwei benachbarte Gewindezähne
verbindet, um eine problemlose Umlenkung zur endlosen Zirkulation
zu ermöglichen.
Bei der Endkappen-Umlenkung wird ein L-förmiger
Umlenkungskanal vorgesehen, der ein Gewinde und eine Rücklaufrille
verbindet. Daraus ergibt sich eine Führung der Rollelemente in die
Rücklaufrille
zur Zirkulation. Bei den oben erwähnten drei Ausführungen
müssen
die Rollelemente die Höhe der
Gewindezähne
der Spindel überschreiten,
damit die Umlenkung der Rollelemente an einer Stelle höher als
die Gewindezähne
stattfindet. Dadurch liegt eine Verschiebungsdifferenz zwischen
der Rollhöhe und
der Umlenkungshöhe
der Rollelemente vor. Da eine Umlenkung in ungleicher Höhe vorgenommen wird,
ergibt sich eine Verdrehung der Rollelemente bei ihrem Umlenkvorgang,
was zu einer problematischen Bewegung der Rollelemente führt.
-
Außerdem unterscheidet
man bei der Gestaltung der Rollelemente in einer Einzel-Gewinderille
der Spindel zwischen einreihigen und mehrreihigen Rollelementen.
Dabei erfolgt die Umlenkung ebenfalls in vorstehend erwähnter Weise.
Beispielsweise ist aus der
US
6,481,305 B2 eine Gestaltung mit einreihiger Rollbewegung
in Einzel-Gewinderille bekannt,
während
bei der
US 5,535,638
A eine Gestaltung mit mehrreihiger Rollbewegung in Einzel-Gewinderille vorgeschlagen
wird. Bei den beiden Offenbarungen findet die externe Umlenkung
Verwendung, wobei die Rollelemente beim Eintreten in ein Rohrstück ihre
Rollposition verlassen, dann sich entlang dem Rohrstück nach
oben hin bis zur Spindelmutter bewegen und schließlich in
ihre Rollposition zurückgeführt werden.
Auf diese Weise erfolgt die Umlenkung der Rollelemente. Hierdurch
ergibt sich ebenfalls auch die unerwünschte Verdrehung der Rollelemente
bei ihrem Umlenkvorgang, was zu der problematischen Rollbewegung
der Rollelemente führt.
-
Die
oben erwähnten
herkömmlichen
Umlenkungsweisen sind wie folgt zusammenzufassen. Gelangen die Rollelemente
zum distalen Ende der Rollbahn, werden sie mithilfe einer Umlenkeinheit
von dem Rollbahnende weggeführt,
sodass die Rollelemente über
die Rollbahn wieder in den Ausgangspunkt zur Zirkulation zurückkehren
können.
Dabei tritt eine Verdrehung leicht an Stellen, wo die Rollelemente
von der Rollbahn weggeführt
und wieder darin eingeführt
werden, auf.
-
Eine
Kugelrollspindel ist in
US
2,833,156 A beschrieben. Die Spindelmutter weist schraubenförmige Rillen
in der äußeren Oberfläche auf
und die Spindelmutter weist komplementäre schraubenförmige Rillen
auf. Weiterhin weist die Spindelmutter Mittel zum Verbinden der
Enden der schraubenförmigen Übergänge und
zum Umkehren der Richtung der Kugelbewegung auf.
-
DE 101 09 505 A1 beschreibt
eine Walzenspindel und ein Walzenspindel-Walzenanordnungsverfahren.
In der Walzenspindel sind mehrere Rollen, zwischeneingefügt zwischen
einem Nutelement und einer Schraubenwelle, aus einer Vorwärtsbewegungs-Lastrollengruppe
gebildet, deren Rollen so angeordnet sind, dass deren Mittenlinien
mit einem vorgegebenen ersten Winkel relativ der Mittenlinie der Schraubenwelle
festgelegt ist, sowie eine Rückwärtsbewegungs-Lastrollengruppe,
deren Rollen so angeordnet sind, dass deren Mittenlinien bei einem
zweiten Winkel festgelegt sind, der sich von dem ersten Winkel unterscheidet
und zwar relativ zu der Mittenlinie der Schraubenwelle. Zudem sind
die Vorwärtsbewegungs-Lastrollengruppe
und die Rückwärtsbewegungs-Lastrollengruppe
so angeordnet, dass sie voneinander getrennt sind.
-
Durch
die Erfindung wird eine Konfiguration zur Umlenkung von Rollelementen
der Rollspindel vorgeschlagen, die sich dadurch auszeichnet, dass keine
Höhenverschiebung
bei Umlenkung der Rollelemente vorhanden ist. Das heißt, dass
die Umlenkung der Rollelemente erfolgt, ohne die Höhe des Gewindezahns
der Spindel zu überschreiten.
Vorteilhaft weist die erfindungsgemäße Rollspindel weniger Wendepunkte
auf, was für
eine stabile Rollbewegung der Rollelemente sorgt und einer Störung zu
Rollbewegung entgegenwirkt.
-
Außerdem wird
durch die Erfindung eine Rollspindel geschaffen, bei der das Belastungs-
und Umlenkungsrollen an Stellen, wo die Rollelemente in gleichem
Abstand zur Mitte der Drehachse stehen, stattfinden. Da die Rollelemente
ihre Rollbewegung in Gewinden der Spindel und der Spindelmutter durchführen, geschehen
das Belastungs- und Umlenkungsrollen beide in den Gewinden. Aus
diesem Grund sind in der Gewindelücke des Einzelgewindes zwei
Reihen der Rollelemente enthalten, von denen eine unter Beanspruchung
steht und die andere den Umlenkvorgang ausführt.
-
Darüber hinaus
sind die zweireihigen Rollelemente in unterschiedlichen Rollzuständen voneinander
getrennt, was eine Änderung
des Eingriffszustands der Gewinde der Spindel und der Spindelmutter
bewirkt. Das heißt,
dass die Anordnung der bekannten Rollspindel von Gewindezahn-zu-Gewindezahn und Gewindelücke-zu-Gewindelücke in Gewindezahn-zu-Gewindelücke bzw.
Gewindezahn-zu-Gewindelücke überführt ist.
In anderen Worten befinden sich die Gewindezähne der Spindel in den jeweils
zugeordneten Gewindelücken
der Spindelmutter, während
die Gewindezähne
der Spindelmutter in den jeweils zugeordneten Gewindelücken der
Spindel aufgenommen werden. Da die Rollelemente zwischen dem Gewindezahn
und der Gewindelücke
der Spindel bzw. der Spindelmutter beweglich gelagert werden, wird
vermieden, dass die zweireihigen Rollelemente in der Einzel-Gewindelücke voneinander
beeinflusst werden. Ausserdem bewegen sich die beiden Reihen der
Rollelemente in unterschiedlichen Richtungen.
-
Des
Weiteren sind die Rollbahnen der zweireihigen Rollelemente in der
Einzel-Gewindelücke
in eine vollständige,
kontinuierliche Umlaufbahn integriert. Dazu ist an der Spindelmutter
eine Umlenkeinheit angebracht, die einen Rücklaufkanal aufweist, mit dem
die Rollbahnen der zweireihigen Rollelemente in der Einzel-Gewindelücke verbunden
sind, um eine problemlose Umlenkbewegung zur Zirkulation zu gewährleisten.
-
Ferner
ist es möglich,
den Rücklaufkanal
der Umlenkeinheit symmetrisch und flächig auszubilden, wobei der
einfachste symmetrische Rücklaufkanal als
U-förmige
Bahn ausgeführt
ist, mit der die Rollelemente in der Einzel-Gewindelücke eine
unmittelbare Umlenkung durchführen
können. Überdies
ist der erfindungsgemäße Rücklaufkanal
für Rollzapfen
geeignet.
-
Im
Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Funktionsweise der Erfindung
anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
und der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert werden.
Es zeigen:
-
1 eine
perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Spindel
und Spindelmutter;
-
2 eine
schematische Darstellung der Rollbahn von Rollelementen auf der
erfindungsgemäßen Spindel;
-
3 einen
Längsschnitt
durch die erfindungsgemäße Spindelmutter;
-
4 in
schematischer Perspektivdarstellung einen erfindungsgemäßen Rücklaufaufsatz;
-
5 eine
Schnittansicht der erfindungsgemäßen Rollspindel,
auf welche die Spindelmutter geschraubt ist;
-
6 ein
gegenüber 5 abgewandeltes Ausführungsbeispiel
im Schnitt; und
-
7 eine
schematische Darstellung des in 6 dargestellten
Rollelements.
-
Wie
aus 1 ersichtlich, ist eine erfindungsgemäße Spindel 10 mit
einem Gewinde 11 versehen, wobei eine Spindelmutter 20,
die auf die Spindel 10 geschraubt wird, mit einem dem Gewinde 11 der
Spindel 10 entsprechenden Gewinde 21 ausgestattet
ist. Eine Mehrzahl von Rollelementen 40 lässt sich
zwischen dem Gewinde 11 der Spindel 10 und dem
Gewinde 21 der Spindelmutter 20 rollen. Mehrere
Rücklaufaufsätze 30 sind
in jeweils zugeordneten Durchgangsbohrungen 22 eingesteckt,
wodurch die Rollelemente 40 einen Rücklauf zu endloser Zirkulation
durchführen
können.
-
In 2 ist
gezeigt, dass das Gewinde 11 der Spindel 10 einen
schraubenförmigen
Gewindezahn 111 und eine zwischen den Gewindezähnen 111 befindliche
Gewindelücke 112 aufweist,
wobei in der Gewindelücke 112 zwei
Reihen der Rollelemente 40 vorgesehen sind. Außerdem führen die
beiden Reihen der Rollelemente 40 in derselben Gewindelücke 112 einen
Rücklauf
zur Zirkulation aus.
-
Wie 3 erkennen
lässt,
befinden sich die zweireihigen Rollelemente 40 im Gewinde 21 der Spindelmutter 20,
wobei sie auf einer zwischen beiden benachbarten Gewindezähnen 211 befindlichen Gewindelücke 212 rollen. Über die
Rücklaufaufsätze 30 sind
die Rollbahnen der Rollelemente 40 an beiden Seiten der
Gewindezähne 211 der
Spindelmutter 20 miteinander verbunden, was für eine Umlenkung der
Rollelemente 40 zur Zirkulation sorgt.
-
Bezugnehmend
auf 4 ist jeder der Rücklaufaufsätze 30 auf einer der
in 1 dargestellten Spindel 10 angepassten
Endfläche
mit einer Umlenkrinne 31 versehen, die von einem Hilfsstück 32 und einem
Anschlagstück 33 begrenzt
und somit U-förmig
ausgebildet ist. Mithilfe des Rücklaufaufsatzes 30 können die
Rollbahnen der Rollelemente 40 an beiden Seiten der Gewindezähne 112 der
Spindel 10 miteinander verbunden sein, was für eine Umlenkung der
Rollelemente 40 zur Zirkulation sorgt. Das Hilfsstück 32 erstreckt
sich vom Gewindezahn 211 der in 3 dargestellten
Spindelmutter 20, um eine glatte Umlenkbewegung der Rollelemente 40 zu
ermöglichen,
während
sich das Anschlagstück 33 auf
der Rollbahn der Rollelemente 40 befindet und somit die zum
Anschlagstück 33 gelangenden
Rollelemente 40 zur Umlenkung gezwungen sind.
-
Aus 5 ist
ersichtlich, dass sich die Gewindezähne 111 der Spindel 10 in
den jeweils zugeordneten Gewindelücken 212 der Spindelmutter 20 befinden,
während
die Gewindezähne 211 der
Spindelmutter 20 in den jeweils zugeordneten Gewindelücken 112 der
Spindel 10 aufgenommen sind. Auf diese Weise werden die
benachbarten Reihen der Rollelemente 41, 42 abwechselnd
mithilfe der Gewindezähne 111, 211 voneinander
abgetrennt, wobei in den Gewindelücken 112, 212 jeweils
zwei Reihen der Rollelemente 41, 42 vorhanden
sind. Außerdem
sind die in den Gewindelücken 112, 212 befindlichen
Rollelemente 41 keiner Beanspruchung ausgesetzt, während die
Rollelemente 42 unter Beanspruchung stehen. Die unter Beanspruchung
stehenden Rollelemente 42 können mittels der Rücklaufaufsätze 30 umgelenkt
und dann in belastungsfreien Zustand überführt werden. Daraus ergibt sich
eine vollständige
Zirkulation der Rollelemente 41, 42 in den Gewindelücken 112, 212.
-
6 zeigt
vom Grundsatz her das gleiche Ausführungsbeispiel wie 5,
jedoch mit dem Unterschied, dass die Rollelemente 41, 42 einen Schrägwinkel
von α aufweisen,
wobei die in Kontakt zu den Rollelementen 41, 42 stehenden
Gewindezähne 111, 211 ebenfalls
einen entsprechenden Schrägwinkel α besitzen,
um eine glatte Bewegung der Rollelemente 41, 42 zu
erzielen. In den 6 und 7 bezeichnet
Di den Kerndurchmesser der Spindel 10, ϕo den großen Durchmesser der Rollelemente 41, 42, ϕi den kleinen Durchmesser der Rollelemente 41, 42 und
L die Höhe
der Rollelemente 41, 42. Bei einer glatten Rollbewegung
der Rollelemente 41, 42 auf der Spindel 10 um
360 Grad muss das Produkt aus dem Umfang der Rollelemente 41, 42 und der
Anzahl der Umdrehungen der Rollelemente 41, 42 gleich
sein wie der Umfang der Spindel (10). Dies ist wie folgt
darstellbar: (Di/ϕi) = [(Di + 2L)]/ϕo
-
Aus 7 ergibt
sich: tanα =
[(ϕo – ϕi)/(2L)]Und α =
tan–1[(ϕo – ϕi)/(2L)]
-
- 10
- Spindel
- 11
- Gewinde
- 111
- Gewindezahn
- 112
- Gewindelücke
- 20
- Spindelmutter
- 21
- Gewinde
- 211
- Gewindezahn
- 212
- Gewindelücke
- 22
- Durchgangsbohrung
- 30
- Rücklaufaufsatz
- 31
- Umlenkrinne
- 32
- Hilfsstück
- 33
- Anschlagstück
- 40
- Rollelement
- 41
- Rollelement
- 42
- Rollelement
Schrägwinkel
- Di
- Kerndurchmesser
- ϕo
- großer Durchmesser
- ϕi
- kleiner
Durchmesser
- L
- Höhe