DE102006060761A1

DE102006060761A1 - Planeten-Wälz-Gewindespindel mit ringförmigem Halteelement

Info

Publication number: DE102006060761A1
Application number: DE200610060761
Authority: DE
Inventors: Henry Hartmann
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-06-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Planeten-Wälz-Gewindespindel mit einer Spindelstange (1), mehrere am Außenumfang der Spindelstange (1) angeordneten Planeten (2) und einer Mutter (5), wobei die Planeten (2) mehrere dickere Abschnitte (3) mit größerem Querschnitt und wenigstens einen dünneren Abschnitt (4) mit kleinerem Querschnitt aufweisen. Die Planeten-Wälz-Gewindespindel kann besonders einfach und kompakt hergestellt werden, wenn in einem Raum (18) zwischen der Spindelstange (1) und dem dünneren Abschnitt (4) ein ringförmiger Körper (13) angeordnet ist, der die Planeten (2) in Position hält.

Description

Die Erfindung betrifft eine Planeten-Wälz-Gewindespindel gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Planeten-Wälz-Gewindespindeln – kurz PWG – dienen dazu, eine Drehbewegung mit niedrigem Drehmoment in eine Linearbewegung mit hoher Kraft umzusetzen. Typische Anwendungen sind beispielsweise die Steuerung eines Roboterarms, bei der die schnelle Drehbewegung eines Elektromotors in eine langsame Bewegung mit hoher Kraft umgesetzt wird. Daneben bieten sich natürlich beliebig viele andere Anwendungsmöglichkeiten, in denen die besonderen Eigenschaften einer PWG gefragt sind. Vorteile einer PWG sind insbesondere ihr geringer Bauraum, eine hohe Laufruhe und ein hoher Wirkungsgrad.
PWGs umfassen im Wesentlichen eine Spindelstange und mehrere Planeten, die am Außenumfang der Spindelstange angeordnet sind. Die Anordnung aus Spindelstange und Planeten wird von einer Mutter umgeben. Eine typische Ausführungsform einer solchen PWG ist beispielhaft in 1 dargestellt. Die Spindelstange ist hier mit dem Bezugszeichen 1, die Planeten mit 2 und die Mutter mit 5 bezeichnet.
Die Planeten 2 umfassen Abschnitte 3 mit größerem Durchmesser und Abschnitte 4 mit kleinerem Durchmesser. Die Abschnitte 4 werden auch als Grobprofil bezeichnet. Am Umfang der Abschnitte 3 ist eine Außenprofilierung 7, meist ein Gewinde vorgesehen, die mit dem Gewinde 6 der Spindelstange 1 kämmt. Bei einer rotierenden Antriebsbewegung drehen sich die Planten 2 um ihre Achsen und bewirken somit einen Vortrieb in Axialrichtung A.
Die in Axialrichtung wirkende Kraft wird von Stegen 8 aufgenommen, die am Innenumfang der Mutter 5 gebildet sind. Die Stege 8 wirken mit Flanken 9 der Planeten 2 zusammen, die an den Stegen 8 abwälzen.
Aus Gründen einer einfachen Montage haben die Planeten 2 Fortsätze 10, die in Öffnungen 11 von Distanzscheiben 12 gesteckt werden. Die Distanzscheiben 12 dienen dabei im Wesentlichen zur Positionierung der Planeten 2 in Umfangsrichtung B. In Axialrichtung A haben die Planeten 2 geringes Spiel, um das Auftreten unerwünschter Zwangskräfte zu vermeiden. Die Konstruktion mit Distanzscheiben 12 ermöglicht zwar relativ einfache Montage der PWG, hat jedoch den Nachteil, dass diese Konstruktion relativ viel Bauraum benötigt.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine PWG zu schaffen, die einfach zu montieren ist, aber weniger Bauraum benötigt.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, zur Positionierung der Planeten einen ringförmigen Körper vorzusehen, der koaxial zur Spindelstange, in einem Raum zwischen Spindelstange und dem dünneren Abschnitt der Planeten (Grobprofil) angeordnet ist. Der ringförmige Körper dient dabei als Haltemittel, das den Abstand der Planeten zueinander festlegt und verhindert, dass die Planeten in Umfangsrichtung aufeinander zu bzw. voneinander weg wandern. Die Planeten selbst haben in diesem Fall an ihren Stirnenden vorzugsweise keine Fortsätze; die eingangs erwähnten Distanzscheiben werden ebenfalls nicht benötigt. Die erfindungsgemäße PWG mit Haltering(en) hat somit den Vorteil, dass sie wesentlich kompakter gebaut werden kann, also weniger Bauraum benötigt.
Der Haltering ist vorzugsweise etwa sternförmig gebildet und umfasst Abschnitte mit größerer radialer Ausdehnung, die im montierten Zustand zwischen benachbarten Planeten zu liegen kommen, und Abschnitte mit kleinerer radialer Ausdehnung, die in dem durch das Grobprofil frei gegebenen Raum zwischen Spindelstange und Planeten angeordnet sind. Die Abschnitte mit größerem Radius dienen dabei als Abstandshalter zwischen zwei benachbarten Planeten.
Die Abschnitte mit kleinerer radialer Ausdehnung, an denen die Planeten zu liegen kommen, sind vorzugsweise konkav (nach Innen gekrümmt) gebildet. Die Abschnitte mit größerer radialer Ausdehnung, also die „Abstandshalter", können in Axialrichtung dicker ausgebildet sein als der übrige Haltering. Die genannten Abschnitte können alternativ auch mit zusätzlichen Abstandshalter-Elementen versehen sein.
In einer einfachen Bauform kann der Haltering aus einem gebogenen Draht hergestellt sein. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist der Haltering aus einem Metallblech gefertigt, das beispielsweise ausgestanzt ist.
Der Haltering ist vorzugsweise flexibel gebildet, um die Montage zu erleichtern. Zur Verbesserung der Flexibilität können beispielsweise Schlitze oder Ausnehmungen vorgesehen sein, die das Material an bestimmten Stellen schwächen.
Grundsätzlich umfasst die PWG mehrere Planeten mit jeweils wenigstens einem dünneren Abschnitt (Grobprofil), der die Planeten in wenigstens zwei Abschnitte unterteilt. Die Mutter hat vorzugsweise wenigstens drei Stege, die mit den seitlichen Flanken der Planeten zusammen wirken.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die Planeten mehrere dünne Abschnitte (Grobprofile). Bei Planeten mit mehreren Grobprofilen sind vorzugsweise nur zwei Halteringe vorgesehen. Die Halteringe sind dabei möglichst weit auseinander, vorzugsweise im ersten und letzten Grobprofil angeordnet. Wahlweise könnten natürlich auch mehr als zwei Halteringe verwendet werden. Ein Teil der Grobprofile bleibt vorzugsweise frei.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer aus dem Stand der Technik bekannten PWG mit Distanzscheiben;
2 eine bevorzugte Ausführungsform einer PWG mit einem Haltering;
3 eine Schnittansicht der PWG von 2 in einer axialen Schnittebene;
4 eine Querschnittansicht der PWG von 2;
5a eine Seitenansicht eines Halterings gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
5b eine Seitenansicht eines Halterings gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
5c eine Seitenansicht eines Halterings gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Bezüglich der Erläuterung von 1 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer PWG, die ähnlich aufgebaut ist wie diejenige von 1. Bezüglich der Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus und der Funktion wird daher ebenfalls auf die Beschreibung zu 1 verwiesen.
Im Unterschied zur Ausführungsform von 1 haben die Planeten 2 keine Fortsätze 10, sondern schließen an ihren axialen Stirnseiten jeweils plan ab. Darüber hinaus sind keine Distanzscheiben 12 vorgesehen.
Anstelle der Distanzscheiben 12, die bisher zur einfacheren Montage und Positionierung der Planeten 2 genutzt wurden, wird hier ein Haltering 13 verwendet (siehe z. B. auch 3 oder 4). Der Haltering 13 ist dabei an der Position der schmäleren Abschnitte 4 angeordnet und verläuft durch einen Raum 18 zwischen Spindel 1 und den Abschnitten 4.
Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform umfassen die Planeten 2 jeweils einen dünneren Abschnitt 4. Entsprechend ist auch nur ein einziger Haltering 13 vorgesehen. Bei Planeten 2 mit mehreren Abschnitten 4 sind vorzugsweise mehrere, insbesondere zwei, Halteringe 13 vorgesehen. Die beiden Halteringe 13 wären in diesem Fall vorzugsweise möglichst weit auseinander, z. B. an den Enden der Planeten, im ersten und letzten Grobprofil 4 angeordnet.
Die Mutter 5 kann an ihren Stirnseiten offen bleiben oder, sofern erwünscht, mittels Abdeckkappen (nicht gezeigt) stirnseitig geschlossen werden.
3 zeigt eine axiale Schnittansicht der PWG von 2, in der die Position des Halterings 13 im Zwischenraum 18 gut zu erkennen ist.
4 zeigt eine Querschnittansicht der PWG von 2 mit einem Haltering 13. Wie zu erkennen ist, ist der Haltering 13 sternförmig gebildet und hat mehrere Abschnitte 14 mit größerer radialer Ausdehnung, die zwischen den einzelnen Planeten 2 zu liegen kommen, und mehrere Abschnitte 15 mit geringerer radialer Ausdehnung, die im Zwischenraum 18 zwischen Spindelstange 1 und den Abschnitten 4 angeordnet sind. Die Abschnitte 15 sind konkav ausgebildet.
In den 5a bis 5c sind einige Ausführungsformen von Halteringen 13 dargestellt, wie sie in der erfindungsgemäßen PWG eingesetzt werden können. Dabei zeigt 5a einen aus Blech gestanzten Haltering 13, dessen Innendurchmesser etwa dem Durchmesser der Spindelstange 1 entspricht. Der Haltering 13 hat wiederum Abschnitte 14, die zwischen den einzelnen Planeten 2 zu liegen kommen, und konkave Abschnitte 15, die im Zwischenraum zwischen Spindelstange 1 und den Abschnitten 4 angeordnet werden.
Zum Zwecke der einfacheren Montage ist der Haltering 13 flexibel konstruiert und hat mehrere Schlitze 16, die im Wesentlichen zur Schwächung des Materials und Bereitstellung der gewünschten Flexibilität dienen. Die Schlitze 16 sind hier in den breiteren Abschnitten 14 vorgesehen.
5b zeigt eine weitere Ausführungsform eines Halterings 13 aus Metallblech, der ähnlich wie derjenige von 4a aufgebaut ist. Um den Haltering 13 noch flexibler zu gestalten und die Kerbwirkung zu verringern, sind in den breiteren Abschnitten 14 zusätzliche kreisförmige Ausnehmungen 17 vorgesehen, die das Material noch stärker schwächen.
5c zeigt eine besonders einfache aufgebaute Ausführungsform eines Halterings 13, der hier lediglich aus einem sternförmig gebogenen Draht 19 besteht. Andere Bauformen von Halteringen 13 sind ebenfalls denkbar.

1: Gewindespindel
2: Planeten
3: dicker Abschnitt
4: dünner Abschnitt
5: Mutter
6: Gewinde der Gewindespindel
7: Gewinde der Planeten
8: Stege
9: Flanken
10: Fortsätze
11: Öffnungen
12: Distanzscheibe
13: Haltering
14: Abschnitt des Halterings
15: Abschnitt des Halterings
16: Schlitz
17: Ausnehmung
18: Freiraum
19: gebogener Draht
A: Axialrichtung
B: Umfangsrichtung

Claims

Planeten-Wälz-Gewindespindel mit einer Spindelstange (1), mehreren am Außenumfang der Spindelstange (1) angeordneten Planeten (2) und einer Mutter (5), wobei die Planeten (2) mehrere dickere Abschnitte (3) und wenigstens einen dünneren Abschnitt (4) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass an der Position des wenigstens einen dünneren Abschnitts (4) ein ringförmiger Körper (13) angeordnet ist, der zum Halten der Planeten (2) dient.
Planeten-Wälz-Gewindespindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Körper (13) sternförmig gebildet ist.
Planeten-Wälz-Gewindespindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Körper (13) Abschnitte (14) mit größerer radialer Ausdehnung, die zwischen benachbarten Planeten (2) angeordnet sind, und Abschnitte (15) mit kleinerer radialer Ausdehnung aufweist, die in einem Raum (18) zwischen Spindelstange (1) und Planeten (2) verlaufen.
Planeten-Wälz-Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Körper (13) flexibel ausgebildet ist.
Planeten-Wälz-Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Körper (13) aus einem Metall hergestellt ist.
Planeten-Wälz-Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Körper (13) aus einem gebogenen Draht (19) hergestellt ist.
Planeten-Wälz-Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planeten (2) nur an dem dünneren Abschnitt (4) und nicht an ihren Stirnenden in Position gehalten werden.
Planeten-Wälz-Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Planeten (2) mehrere dünne Abschnitte (4) aufweisen.
Planeten-Wälz-Gewindespindel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der dünnen Abschnitte (4) einen ringförmigen Körper (13) aufweist.
Planeten-Wälz-Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Körper (13) Ausnehmungen (16, 17) zur Verbesserung der Flexibilität aufweist.
Planeten-Wälz-Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Körper (13) Abschnitte (14) mit größerer radialer Ausdehnung aufweist, an denen zusätzliche Abstandshalter vorgesehen sind.