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Die
Erfindung betrifft einen Planetengewindetrieb gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
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Die
US 3 726 151 zeigt in
2 einen
Planetengewindetrieb mit einer sich in einer Längsrichtung
erstreckenden Spindel
1, an deren Außenumfangsfläche
eine schraubenförmige Spindelnut vorgesehen ist. Die Spindel
wird von einer hohlzylindrischen Mutter
2,
3 umgeben,
an deren Innenumfangsfläche eine schraubenförmige
Mutternut vorgesehen ist. Zwischen der Spindel und der Mutter sind
mehrere Planeten
15 angeordnet, an deren Außenumfangsfläche
eine Planetennut angebracht ist, die sowohl in die Spindelnut als
auch in die Mutternut eingreift.
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Die
Längsachse der Planeten ist parallel zur Längsachse
der Spindel ausgerichtet. Die Abmessungen der Spindel, der Mutter
und der Planeten sind so aufeinander abgestimmt, dass die Planeten
bei einer Relativdrehung von Spindel und Mutter so auf der Mutter
abwälzen, dass sich die Lage der Planeten in Längsrichtung
relativ zur Mutter nicht ändert. In der Folge wird die
Spindel relativ zur Mutter verschoben.
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Weiter
ist an den Planeten eine Außenverzahnung vorgesehen, die
in eine Innenverzahnung an der Mutter eingreift. Diese Verzahnungen
dienen dem Zweck, einen Abwälzschlupf zwischen Mutter und
Planet zu verhindern. Die Innenverzahnung an der Mutter ist als
gesondertes Bauteil ausgeführt. Die Außenverzahnung der
Planeten ist einstückig an diesen ausgebildet.
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Der
Nachteil dieses Planetengewindetriebs besteht darin, dass die Herstellung
der Verzahnungen sehr aufwändig ist. Weil sowohl die Innen-
als auch die Außenverzahnung aus Metall bestehen, müssen
diese sehr teuer spanabhebend hergestellt werden.
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Die
Erfindung wird durch den unabhängigen Anspruch definiert.
Demgemäß wird vorgeschlagen, dass die Innenverzahnung
an der Mutter aus Kunststoff besteht oder im Metal Injection Molding
Verfahren (MIM) hergestellt ist. Bei beiden Ausführungsvarianten
kommt als Herstellverfahren ein kostengünstiges Spritzgussverfahren
zur Anwendung. Beim an sich bekannten Metall Injection Molding wird
hierbei eine Mischung aus Kunststoff und Metall- oder Keramikpartikel
zu einem Rohling geformt, aus dem in einem weiteren Verfahrensschritt
der Kunststoffanteil wieder entfernt wird, so dass ein hoch belastbares
Metall- oder Keramikbauteil entsteht.
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Aus
Kostengründen besonders bevorzugt ist jedoch eine Innenverzahnung,
die nur aus Kunststoff besteht und höchst vorzugsweise
als gesondertes Spritzgussteil hergestellt ist. Dieser Ausführungsvariante
liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Innen- und die Außenverzahnungen
keiner hohen Belastung ausgesetzt sind, da sie nur die Abwälzbewegung
zwischen Planet und Mutter formschlüssig nachvollziehen.
Folglich kann für die entsprechenden Verzahnungen ein Werkstoff
mit geringer Festigkeit verwendet werden. Die Verwendung von Kunststoffverzahnungen
hat überdies den Vorteil, dass die Ablaufgeräusche
des Platengewindetriebs reduziert werden. Vorzugsweise wird der
Kunststoff Polyoxymethylen (POM) verwendet, der sich als besonders
verschleißarm erwiesen hat.
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In
den Unteransprüchen finden sich vorteilhaft Weiterbildungen
und Verbesserungen der Erfindung.
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Die
Außenverzahnung des Planeten kann als gesondertes Bauteil
ausgeführt sein, das im Metal Injection Molding Verfahren
(MIM) hergestellt ist. Diese Ausführungsform hat in Verbindung
mit einer Innenverzahnung, die ebenfalls im MIM-Verfahren hergestellt
ist, vorzugsweise aus dem gleichen Werkstoff, neben den geringen
Kosten besonders geringe Ablaufgeräusche als Vorteil.
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Die
Außenverzahnung des Planeten kann aus Kunststoff bestehen,
wobei der verbleibende Planetengrundkörper aus Metall,
vorzugsweise aus gehärtetem Stahl besteht. Es hat sich
gezeigt, dass die Verwendung von einstückigen Metallplaneten
in Verbindung mit der obigen Kunststoffverzahnung zu einem sehr
hohen Verschleiß führt. Dieser Verschleiß lässt
sich durch die vorgeschlagene Lösung erheblich reduzieren.
Als Kunststoff wird das verschleißarme Material Polyoxymethylen
(POM) bevorzugt.
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Die
Außenverzahnung kann mittels Umspritzen des Planetengrundkörpers
hergestellt sein. Auf diese Weise lässt sich eine besonders
belastbare stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Planeten
und der Außenverzahnung herstellen. An dieser Stelle ist
darauf hinzuweisen, dass die einstückige Ausführung
der Planeten gemäß dem Stand der Technik primär
deshalb vorgenommen wurde, um die relativ kleine und filigrane Verzahnung
sicher mit dem Planeten verbinden zu können.
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Darüber
hinaus kann eine hohe Ausrichtgenauigkeit zwischen Planet und Außenverzahnung
erzielt werden, da der lange Planet beim Umspritzen komplett in
das Spritzgusswerkzeug eingelegt und somit exakt zu diesem ausgerichtet
ist. Demgegenüber ist ein wesentlich größerer
Ausrichtfehler zu erwarten, wenn nur ein kurzes gesondertes Zahnrad
auf den Planeten aufgeschoben würde.
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An
beiden Enden des Planeten kann eine Außenverzahnung vorgesehen
sein, wobei der verbleibende Planetenkörper einen Durchbruch
aufweist, durch den die beiden Außenverzahnungen einstückig
miteinander verbunden sind. Durch die beidseitige Außenverzahnung
wird sichergestellt, dass der Planet immer parallel zur Längsrichtung
ausgerichtet ist. Mit der einstückigen Verbindung der beiden
Verzahnungen wird erreicht, dass diese im Durchbruch über
eine große Fläche mit dem Planeten in Verbindung
stehen, so dass eine Relativverschiebung zwischen Stahl- und Kunststoffteil
ausgeschlossen ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn diese Ausführungsform
mittels des oben beschriebenen Umspritzens hergestellt wird, da
so eine besonders innige Verbindung zwischen Stahl- und Kunststoffteil
entsteht.
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Insbesondere
ist in Längs- und Radialrichtung des Planeten eine formschlüssige
Verbindung zwischen den genannten Teilen gegeben.
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Es
können mehrere Planeten vorgesehen sein, die mit wenigstens
einer Führungsscheibe auf Abstand gehalten werden, indem
Eingriffsmittel an den Planeten in Gegeneingriffsmittel an der Führungsscheibe
eingreifen, wobei die Eingriffsmittel einstückig mit der
Außenverzahnung am Planeten ausgeführt sind. Als
Eingriffsmittel ist bevorzugt an kreisrunde Zapfen an den Planeten
gedacht, die in angepasste Bohrungen der Distanzscheibe eingreifen
oder umgekehrt. Die einstückige Ausführung der
Zapfen mit der Kunststoffaußenverzahnung ist besonders
kostengünstig, weil das betreffende Bauteil in einer einzigen
besonders einfachen Spritzgussform hergestellt werden kann. Darüber
hinaus ergeben sich hinsichtlich Geräuschentwicklung und Verschleiß ähnliche
Vorteile wie oben bereits für die Außenverzahnung
genannt.
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Es
kann nur ein Teil der Planeten eine Außenverzahnung aufweisen,
wobei vorzugsweise drei Planeten mit Außenverzahnung vorgesehen
sind, die gleichmäßig über den Umfang
der Führungsscheibe verteilt angeordnet sind. Hierdurch
können die Herstellkosten des Planetengewindetriebs weiter
vermindert werden. Die bevorzugte Ausführungsform besitzt
die geringste Anzahl an Planeten mit Außenverzahnung, bei
der kein Verklemmen des Planetengewindetriebs zu befürchten
ist. Die Planeten ohne Außenverzahnung bestehen vorzugsweise
vollständig aus Stahl.
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Die
Mutter kann quer zur Längsrichtung geteilt sein, wobei
zwischen den beiden Mutterkörpern wenigstens eine Distanzscheibe
angeordnet ist. Die Mutterteile und die Planeten werden üblicherweise
gegeneinander verspannt, damit der Planetengewindetrieb möglichst
spielfrei arbeitet. Durch die Distanzscheiben kann die notwendige
Vorspannung kostengünstig eingestellt werden. Hierfür
können mehrere besonders dünne scheibenförmige
Distanzbleche zwischen die beiden Mutterteile eingelegt werden,
wobei ein Monteur deren Anzahl so lange verändert, bis
die gewünschte Verspannung vorhanden ist. Es kann aber
auch sein, dass der Monteur eine Distanzscheibe aus einer Vielzahl
von Distanzscheiben auswählt, die unterschiedliche Dicken aufweisen.
Bei den vorgenannten Arbeitsgängen wird die Vorspannung üblicherweise
bestimmt, indem der Reibungswiderstand zwischen Planeten und Mutter
bei einer Relativbewegung derselben gemessen wird.
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Die
beiden Mutterkörper können auf kostengünstige
Weise mit wenigstens einer Passfeder gegen eine Relativverdrehung
um die Längsachse gegeneinander gesichert sein.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. Es stellt dar:
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1 eine
Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Planetengewindetriebs;
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2 eine
Explosionsdarstellung des Planetengewindetriebs aus 1;
und
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3 eine
Schnittdarstellung eines Planeten des Planetengewindetriebs aus 1.
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Planetengewindetrieb ganz
allgemein mit 10 bezeichnet. Er umfasst eine sich in einer
Längsrichtung L erstreckende Spindel 11 aus Stahl,
die mehrere schraubenförmige Spindelnuten 12 aufweist,
welche mittels eines Gewinderollprozesses aufgebracht wurden, wobei
die Spindel anschließend im Bereich der Spindelnuten induktionsgehärtet
wurde. Um die Spindel 11 herum ist eine hohlzylindrische
Mutter 20 angeordnet, die aus zwei Stahl-Mutterkörpern 22, 23 besteht.
An der Innenumfangsfläche der Mutter 20 sind mehrere
schraubenförmige Mutternuten 21 angebracht, die
ebenfalls im Induktionsverfahren gehärtet sind.
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Weiter
sind mehrere Planeten
50 vorgesehen, die mehrere schraubenförmige
Planetennuten
51 aufweisen, welche sowohl in die Mutternuten
als auch in die Spindelnuten eingreifen. Die Planetennuten werden mittels
Schleifen oder Wirbeln eines gehärteten Stahlrohkörpers
hergestellt. Die Anzahl der Planeten bestimmt die Belastbarkeit
des Planetengewindetriebs, wobei wenigstens drei Planeten notwendig
sind, damit die Relativlage zwischen Spindel und Mutter festgelegt
ist. Die Abmessungen von Spindel, Mutter und Planeten sind so aufeinander
abgestimmt, dass die Planeten bei einer Relativdrehung von Spindel
und Mutter so auf der Mutter abwälzen, dass sich die Lage
der Planeten in Längsrichtung relativ zur Mutter nicht ändert.
Hierfür wurden folgende Abmessungen gewählt:
| Teilkreisdurchmesser
der Spindel: | 30
mm |
| Steigung
der Spindel | 30
mm (rechtsgängig) |
| Ganganzahl
der Spindel | 5 |
| | |
| Teilkreisdurchmesser
der Mutter | 50
mm |
| Steigung
der Mutter | 5
mm (rechtsgängig) |
| Ganganzahl
der Mutter | 5 |
| Zähnezahl
der Mutter | 50 |
| | |
| Teilkreisdurchmesser
der Planeten | 10
mm |
| Steigung
der Planeten | 1
mm (rechtsgängig) |
| Ganganzahl
der Planeten | 1 |
| Zähnezahl
der Planeten | 10 |
| Anzahl
der Planeten | 9 |
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An
beiden Enden der Planeten 50 ist eine Außenverzahnung 52 vorgesehen,
die aus dem Kunststoff Polyoxymethylen (POM) besteht. Sie wird hergestellt,
indem die aus gehärtetem Stahl gefertigten Planetengrundkörper 54 in
eine Gussform eingelegt werden, um sie anschließend im
Verzahnungsabschnitt 53 mit Kunststoff zu umspritzen. Über
den Durchbruch 56 werden die beiden Außenverzahnungen 52 hierbei
einstückig miteinander verbunden.
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Die
Außenverzahnung 52 der Planeten 50 greift
in eine Innenverzahnung 25 an der Mutter 20 ein.
Die Innenverzahnung 25 ist als gesondertes Innenzahnrad 26 aus
dem Kunststoff Polyoxymethylen ausgeführt, welches mit
mehreren Gewindestiften, die in Gewindestiftbohrungen 27 eingreifen,
an der Mutter 20 festgelegt ist.
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Die
Planeten 50 sind in zwei Führungsscheiben 28 drehbar
gleitgelagert, wodurch der Abstand der Planeten 50 festgelegt
wird. Hierfür sind an den Planeten 50 Eingriffsmittel 55 in
Form von kreisrunden Zapfen vorgesehen, die einstückig
mit der Kunststoffaußenverzahnung 52 ausgeführt
sind. Die Zapfen greifen in Gegeneingriffsmittel 32 der
Führungsscheibe 28 in Form von angepassten Bohrungen
ein. Die beiden Führungsscheiben 28 sind wiederum
drehbeweglich in den Innenzahnrädern 26 gleitgelagert
und dort mit einem Sicherungsring 29 gegen Verschiebung
in Längsrichtung L gesichert. Aufgrund der Führungsscheiben 28 ist
es möglich, dass nur ein Teil der Planeten 50 eine
aufwändige Außenverzahnung 52 aufweist,
da die übrigen Planeten von der Führungsscheibe
mitbewegt werden.
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Zwischen
den beiden Mutterkörpern 22, 23 ist eine
Distanzscheibe vorgesehen, deren Dicke so gewählt ist,
dass diese durch die Einwirkung der Planeten 50 auf den
Mutternkörper unter Druck vorgespannt ist. Die Drehlage
der beiden Mutternkörper 22, 23 zueinander
ist mit einer Passfeder 30 gesichert, die in einer Passfedernut 31 aufgenommen
ist. Die Passfedernut 31 ist abschnittsweise im ersten
Mutterkörper 22, in der Distanzscheibe 24 und
dem zweiten Mutterkörper 23 ausgeformt, so dass
eine Relativverdrehung der genannten Teile ausgeschlossen ist.
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- L
- Längsachse
- 10
- Planetengewindetrieb
- 11
- Spindel
- 12
- Spindelnut
- 20
- Mutter
- 21
- Mutternut
- 22
- erster
Mutterkörper
- 23
- zweiter
Mutterkörper
- 24
- Distanzscheibe
- 25
- Innenverzahnung
- 26
- Innenzahnrad
- 27
- Gewindestiftbohrung
- 28
- Führungsscheibe
- 29
- Sicherungsring
- 30
- Passfeder
- 31
- Passfedernut
- 32
- Gegeneingriffsmittel
- 50
- Planet
- 51
- Planetennut
- 52
- Außenverzahnung
- 53
- Verzahnungsabschnitt
- 54
- Planetengrundkörper
- 55
- Eingriffsmittel
- 56
- Durchbruch
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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