DE102015218623A1

DE102015218623A1 - Gewinderollenmechanismus mit integrierten Zahnkränzen und damit verbundenes Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102015218623A1
Application number: DE102015218623.7A
Authority: DE
Inventors: Folly Abevi; Christian Boch
Original assignee: SKF AB
Current assignee: Ewellix AB
Priority date: 2014-09-29
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2016-03-31
Also published as: US20160091068A1; FR3026455A1; FR3026455B1; CN105465313A; CN105465313B; ITUB20153845A1; US10041573B2

Abstract

Der Gewinderollenmechanismus weist eine Schraube 12, umfassend ein Außengewinde 14, eine Mutter 16, die um und koaxial zu der Schraube angeordnet ist, wobei die Mutter ein Innengewinde 18 aufweist, und mehrere Rollen 20 auf, die radial zwischen der Schraube und der Mutter angeordnet sind und jeweils mit einem Außengewinde 22, das mit dem Außengewinde und dem Innengewinde 14, 18 der Schraube und der Mutter eingreift, und mit zwei Außenverzahnungen 24, 26 versehen sind. Der Mechanismus weist außerdem zwei Synchronisationsverzahnungen 44, 46 auf, die auf der Mutter 16 gebildet sind und jeweils mit einer der Verzahnungen 24, 26 der Rollen eingreifen. Der Fußkreisdurchmesser von jeder Verzahnung ist niedriger als der Innendurchmesser des Innengewindes der Mutter.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Gewinderollenmechanismen, die es erlauben, eine Drehbewegung in eine Translationsbewegung umzuwandeln und umgekehrt.
Ein derartiger Mechanismus ist mit einer Schraube, die ein Außengewinde aufweist, einer Mutter, die um die Schraube angeordnet ist und ein Innengewinde aufweist, und mit mehreren längsverlaufenden Rollen ausgestattet, die ein Außengewinde aufweisen, das mit dem Außengewinde und dem Innengewinde der Schraube und der Mutter eingreift.
In einem ersten Typ des Gewinderollenmechanismus weisen die Gewinde der Rollen und das Gewinde der Mutter Schrägungswinkel auf, die untereinander identisch und von jenem des Gewindes der Schraube unterschiedlich sind, sodass sich die Rollen, wenn sich die Schraube gegenüber der Mutter dreht, um sich selbst drehen und um die Schraube drehen, ohne sich axial im Inneren der Mutter zu verschieben. Die Rollen sind parallel zu der Achse der Schraube mit Hilfe von Zahnkränzen in Drehung geführt, die in einem gewindelosen Abschnitt der Mutter angefügt sind und innere Synchronisationsverzahnungen aufweisen, die mit äußeren Verzahnungen der Rollen eingreifen. Ein derartiger Mechanismus wird Planetenrollengewindetrieb genannt.
Um die Anzahl der Bauteile, die herzustellen und zu montieren sind, zu reduzieren, ist es möglich, direkt auf der Mutter die inneren Synchronisationsverzahnungen axial beiderseits des Gewindes der Mutter zu bilden.
Mit der derzeitigen Bauart dieser Mechanismen mit Verzahnungen, die auf der Mutter integriert sind, ist es notwendig, erste Operationen des Verzahnens durchzuführen, um in der Bohrung der Mutter die eine der Verzahnungen auf einer Seite des Innengewindes zu bilden und dann die Mutter umzudrehen und danach zweite Operationen des Verzahnens in diesem Gewinde durchzuführen, um die andere Verzahnung auf der gegenüberliegenden Seite zu bilden. Dieses Aufeinanderfolgen von Operationen erhöht den Herstellungspreis der Mutter erheblich.
Übrigens kommt es mit einem derartigen Verfahren im Allgemeinen zu winkligen Versätzen zwischen den zwei inneren Synchronisationsverzahnungen, die auf der Mutter gebildet sind. Derartige Versätze können zu Verformungen der Rollen des Mechanismus hauptsächlich durch Verdrehung, ja sogar zu einer Beschädigung der Verzahnungen dieser Rollen führen.
Ein zweiter Typ des Gewinderollenmechanismus weist ein ähnliches Funktionsprinzip auf, unterscheidet sich aber durch eine umgekehrte Anordnung. Die Schrägungswinkel der Gewinde der Rollen, der Schraube und der Mutter sind derart gewählt, dass sich die Rollen, wenn sich die Schraube gegenüber der Mutter dreht, um sich selbst um die Schraube drehen und sich axial in der Mutter verschieben. Die Rollen sind durch äußere Synchronisationsverzahnungen in Drehung geführt, die auf der Schraube angeordnet sind und mit den Verzahnungen der Rollen zusammenwirken. Ein derartiger Mechanismus wird umgekehrter Planetenrollengewindetrieb genannt.
Um die Schraube eines derartigen Mechanismus herzustellen, die mit äußeren Synchronisationsverzahnungen ausgestattet ist, sind ebenfalls Operationen des Verzahnens, beispielsweise mit Hilfe von zwei Radialfräsern vorgesehen, die auf einer gemeinsamen Trägerachse montiert sind. Die zwei Fräser schneiden nacheinander die zwei Synchronisationsverzahnungen auf der Außenseite der Schraube. Die Fertigungszeit der Schraube ist relativ lang. Übrigens kann es auch in diesem Fall bei der Herstellung zu winkligen Versätzen der Zähne von einer der äußeren Synchronisationsverzahnungen der Schraube gegenüber den Zähnen der anderen Verzahnung kommen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu beheben.
Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, einen Gewinderollenmechanismus vorzusehen, der leicht herzustellen ist und eine längere Lebensdauer aufweist.
In einer Ausführungsform weist der Gewinderollenmechanismus eine Schraube, umfassend ein Außengewinde, eine Mutter, die um und koaxial zu der Schraube angeordnet ist, wobei die Mutter ein Innengewinde aufweist, und mehrere Rollen auf, die radial zwischen der Schraube und der Mutter angeordnet sind und jeweils mit einem Außengewinde, das mit dem Außengewinde und dem Innengewinde der Schraube und der Mutter eingreift, und mit zwei Außenverzahnungen versehen sind.
Der Mechanismus weist außerdem zwei Synchronisationsverzahnungen auf, die jeweils mit einer der Verzahnungen der Rollen eingreifen. Wenn die Synchronisationsverzahnungen auf der Mutter gebildet sind, ist der Fußkreisdurchmesser von jeder Verzahnung niedriger als der Innendurchmesser des Innengewindes der Mutter. Der Mechanismus ist vom Typ des Planetenrollengewindetriebs. Der Fußkreisdurchmesser entspricht dem Kreis, der durch die Wurzeln oder die Basen der Zähne der Synchronisationsverzahnungen geht. Mit anderen Worten entspricht der Fußkreisdurchmesser dem Kreis, der durch den Boden von jeder Zahnlücke der Synchronisationsverzahnungen geht.
Wenn die Synchronisationsverzahnungen auf der Schraube gebildet sind, ist der Fußkreisdurchmesser von jeder Verzahnung höher als der Außendurchmesser des Außengewindes der Schraube. Der Mechanismus ist vom Typ des umgekehrten Planetenrollengewindetriebs.
Vorzugsweise weist jeder Zahn der Synchronisationsverzahnungen Flanken auf, die im Querschnitt ein konvexes Profil aufweisen.
In einer Ausführungsform weist jeder Zahn der Synchronisationsverzahnungen, die auf der Mutter gebildet sind, eine erste Flanke, die im Querschnitt ein konvexes Profil aufweist, das durch eine erste Hypozykloide gebildet ist, und eine zweite Flanke auf, die im Querschnitt ein konvexes Profil aufweist, das durch eine zweite Hypozykloide gebildet ist.
In einer anderen Ausführungsform weist jeder Zahn der Synchronisationsverzahnungen, die auf der Schraube gebildet sind, eine erste Flanke, die im Querschnitt ein konvexes Profil aufweist, das durch eine erste Epizykloide gebildet ist, und eine zweite Flanke auf, die im Querschnitt ein konvexes Profil aufweist, das durch eine zweite Epizykloide gebildet ist.
In einer anderen Ausführungsform weist jeder Zahn der Synchronisationsverzahnungen, die auf der Mutter oder der Schraube gebildet sind, zwei Flanken auf, die jeweils im Querschnitt ein konvexes Profil aufweisen, das durch einen Kreisbogen gebildet ist.
Jeder Zahn der Verzahnungen der Rollen kann ebene Seiten aufweisen, die mit den Synchronisationsverzahnungen zusammenwirken. Alternativ kann jeder Zahn der Verzahnungen der Rollen Seiten aufweisen, die im Querschnitt ein konkaves Profil aufweisen.
Die Erfindung betrifft ebenfalls einen Betätigungszylinder, umfassend ein Drehantriebsmittel und einen Gewinderollenmechanismus, wie zuvor definiert, wobei die Schraube des Mechanismus mit dem Antriebsmittel gekoppelt ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Mutter oder einer Schraube eines Gewinderollenmechanismus, umfassend ein Gewinde und zwei Verzahnungen, die axial beiderseits des Gewindes angeordnet sind. Das Verfahren weist Schritte des Entfernens von Material durch axiales Räumen auf, um die zwei Verzahnungen in einem einzigen axialen Durchgang zu bilden, wobei jede der Verzahnungen radial versetzt gegenüber dem Gewinde angeordnet ist.
In einer Ausführungsform werden die Schritte des Entfernens von Material zum Bilden der zwei Verzahnungen nach den Schritten zum Entfernen von Material zum Bilden des Gewindes durchgeführt.
Die vorliegende Erfindung wird bei der Studie der detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen, die als nicht einschränkende Beispiele angeführt und durch die beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, besser verstanden werden, in denen:
die 1 eine axiale Schnittansicht des Gewinderollenmechanismus nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist,
die 2 eine Ansicht im axialen Halbschnitt einer Rolle des Mechanismus von der 1 ist,
die 3 eine Schnittansicht entlang der Achse III-III der 2 ist,
die 4 eine Detailansicht der Mutter des Mechanismus der 1 ist,
die 5 eine Teilansicht im Schnitt entlang der Achse V-V der 4 ist,
die 6 eine axiale Schnittansicht eines Gewinderollenmechanismus nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist,
die 7 eine axiale Schnittansicht eines Gewinderollenmechanismus nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung ist,
die 8 eine Detailschnittansicht der Schraube des Mechanismus der 7 ist und
die 9 eine axiale Schnittansicht eines Gewinderollenmechanismus nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung ist.
In der 1 weist der Mechanismus des Planetenrollengewindetriebs, der in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist, eine Schraube 12 der Achse 12a, die mit einem Außengewinde 14 versehen ist, eine Mutter 16, die koaxial um die Schraube 12 montiert ist und mit einem Innengewinde 18 versehen ist, dessen Innendurchmesser größer als der Außendurchmesser des Gewindes 14 ist, und mehrere längsverlaufende Rollen 20, die radial zwischen der Schraube und der Mutter angeordnet sind, auf. Die Schraube 12 erstreckt sich in Längsrichtung durch eine zylindrische Bohrung der Mutter 16, auf der das Innengewinde 18 gebildet ist.
Die Rollen 20 sind untereinander gleich und gleichmäßig um die Schraube 12 herum verteilt. Jede Rolle 20 erstreckt sich entlang einer Achse 20a, die parallel zu der Achse 12a der Schraube ist, und weist ein Außengewinde 22 auf, das mit dem Gewinde 14 der Schraube und dem Gewinde 18 der Mutter eingreift.
Wie in 2 sichtbarer dargestellt, weist jede Rolle 20 an jedem Ende eine Außenverzahnung 24, 26 und einen zylindrischen Zapfen 28, 30 auf, der sich ab der Verzahnung axial nach außen erstreckt. Die Verzahnungen 24, 26 sind axial beiderseits des Außengewindes 22 angeordnet. Die Verzahnungen 24, 26 sind untereinander gleich. Jede Rolle 20 weist außerdem eine ringförmige äußere Kehle 32, 34 auf, die axial zwischen dem Gewinde 22 und jeder Verzahnung 24, 26 gebildet ist. Das Gewinde 22 ist axial zwischen den Kehlen 32, 34 angeordnet. Jede Verzahnung 24, 26 ist axial durch die verbundene Kehle 32, 34 und den entsprechenden Zapfen 28, 30 begrenzt.
Mit erneuter Bezugnahme auf die 1 weist die Mutter 16 ebenfalls zwei Innenverzahnungen 44, 46 auf, die auf der Bohrung der Mutter axial beiderseits des Innengewindes 18 angeordnet sind. Jede Verzahnung 44, 46 greift jeweils mit der Verzahnung 24, 26 der Rollen für ihre Synchronisation ein. Die Verzahnungen 44, 46 sind untereinander gleich. Wie im Folgenden detaillierter beschrieben wird, ist der Fußkreisdurchmesser von jeder Verzahnung 44, 46 niedriger als der Innendurchmesser des Gewindes 18. Die Verzahnungen 44, 46 sind auf der Mutter 16 gebildet, indem sie radial zum Inneren des Mechanismus 10 gegenüber dem Gewinde 18 versetzt sind.
Der Mechanismus 10 weist auch zwei ringförmige Ringe 48, 50 auf, die jeweils radial zwischen dem Gewinde 14 der Schraube und der Mutter 16 montiert sind und axial nach außen gegenüber der verbundenen Verzahnung 44, 46 versetzt sind. Jeder Ring 48, 50 ist axial in der Bohrung der Mutter montiert, indem er frei in Umfangsrichtung gegenüber der Mutter montiert ist. Jeder Ring 48, 50 weist mehrere durchgehende zylindrische Ausnehmungen (die nicht mit Bezugsziffer versehen sind) auf, die gleichmäßig in Umfangsrichtung verteilt sind und in deren Innerem die Zapfen 28, 30 der Rollen angeordnet sind. Die Ringe 48, 50 erlauben es, die Rollen 20 zu tragen und ihren Umfangsabstand gleichmäßig zu halten. Der Mechanismus 10 weist auch Sicherungsringe 52, 54 auf, die jeweils in einer Kehle (nicht mit Bezugsziffer versehen) montiert sind, die in der Bohrung der Mutter angeordnet ist, und die vorgesehen sind, um den entsprechenden Ring 48, 50 axial zu halten.
Mit erneuter Bezugnahme auf die 2 weisen die Verzahnungen 24, 26 von jeder Rolle jeweils mehrere radiale Zähne 60, 62 auf, die untereinander gleich sind und gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Zähne 60, 62 erstrecken sich axial. Da die Verzahnungen von jeder Rolle 20 gleich sind, wird hier nur die Verzahnung 24 beschrieben.
Wie in 3 sichtbarer dargestellt, weist jeder Zahn 60 der Verzahnung 24 zwei gegenüberliegende, ebene Auflageflanken oder -seiten 60a, 60b und einen Scheitel 60c auf, der die Enden von großem Durchmesser der Seiten verbindet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Scheitel 60c von jedem Zahn flach. Die Seiten 60a, 60b begrenzen den verbundenen Zahn in Umfangsrichtung. Die Seiten 60a, 60b von jedem Zahn weisen im Querschnitt oder Querprofil ein geradliniges Profil auf. Die Seiten 60a, 60b von jedem Zahn sind zu einer Mittelebene P des Zahns geneigt, die durch die Achse 20a der Rolle in zwei entgegengesetzten Richtungen hindurchgeht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Seiten 60a, 60b von jedem Zahn angesichts der Mittelebene P zueinander symmetrisch. Jeder Zahn 60 weist im Querschnitt ein trapezförmiges Profil auf. Die Seite 60a eines Zahns liegt der Seite 60b des unmittelbar benachbarten Zahns in Umfangsrichtung gegenüber, wobei die Seiten untereinander durch einen konkaven Boden 60d verbunden sind. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Anzahl der Zähne 60 gleich zehn. Alternativ könnte eine andere gerade oder ungerade Anzahl an Zähnen vorgesehen sein.
Der Außendurchmesser d_a der Verzahnung 24 entspricht dem Kreis, der durch die Scheitel 60c der Zähne durchgeht. Es wird auch von Kopfkreisdurchmesser gesprochen. Der Außendurchmesser d_a der Verzahnung 24 von jeder Rolle ist niedriger als der Durchmesser D (2) des Bodens des Gewindegangs des Gewindes 22.
Mit einem derartigen Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser d_a von jeder Verzahnung 24, 26 von jeder Rolle und dem Durchmesser D des Bodens des Gewindegangs des Gewindes 22 der Rolle wird kein Gewindegang auf jeder der Verzahnungen während der Operationen des Entfernens von Material gebildet, die durchgeführt werden, um das Gewinde 22 zu erstellen. Dies ermöglicht es, einen vorzeitigen Verschleiß der Synchronisationsverzahnungen 44, 46 zu verhindern.
Außerdem erlaubt die Bauart der Zähne 60, 62 der Verzahnungen 24, 26 von jeder Rolle, die ebene, gegenüberliegende Seiten aufweist, diese Zähne durch Verformung des Materials in radialer Richtung unter Berücksichtigung der Achse 20a der Rolle bilden zu können, indem ein radial wirkendes Werkzeug verwendet wird. Die Verzahnungen 24, 26 können vorteilhafterweise durch Rollwalzen gebildet werden. Die Verwendung eines radial wirkenden Werkzeugs, um die Verzahnungen 24, 26 von jeder Rolle zu bilden, ist besonders vorteilhaft, da es nicht notwendig ist, zwischen jeder Verzahnung 24, 26 der Rolle und dem verbundenen Gewinde 22 einen axialen Freiraumbereich für das Werkzeug vorzusehen.
Außerdem ermöglicht die ebene Form der Seiten der Zähne 60, 62, auf jeder der Rollen Verzahnungen 24, 26 erhalten zu können, die für eine große Vielfalt an Zahnteilungen, selbst für relativ große Zahnteilungen geeignet sind. Dank dieser ebenen Form der Seiten der Zähne 60 und 62 ist es möglich, einen Außendurchmesser d_a für die Verzahnungen 24, 26 der Rolle zu erhalten, der geringer als der Durchmesser D des Bodens des Gewindegangs des Gewindes 22 ist, unabhängig von dem Wert der Zahnteilung der Rolle. Dies lässt sich mit dem herkömmlichen Profil von Verzahnungen von Rollen durch Kreisevolvente für alle möglichen Zahnteilungen nicht erzielen.
Wie bereits zuvor angegeben, sind die Synchronisationsverzahnungen 44, 46 der Mutter 18 untereinander gleich. Nur die Verzahnung 44 wird im Folgenden im Detail beschrieben. Wie in den 4 und 5 dargestellt, weist die Synchronisationsverzahnung 44 mehrere radiale Zähne 64 auf, die untereinander gleich sind und gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Zähne 64 erstrecken sich axial und sind radial nach innen gerichtet. Jeder Zahn 64 weist zwei gegenüberliegende, konvexe Auflageflanken 64a, 64b, eine Wurzel oder Basis 64c, von der aus sich die Flanken erstrecken, und einen Scheitel 64d auf, der die Enden von großem Durchmesser der Flanken verbindet. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Scheitel 64d von jedem Zahn eine Radiusform auf. Die Flanken 64a, 64b begrenzen den verbundenen Zahn in Umfangsrichtung. Die Flanken 64a, 64b von jedem Zahn weisen jeweils im Querschnitt ein konvexes Profil auf. Zwei aufeinanderfolgende Zähne 64 sind untereinander in Umfangsrichtung durch einen Boden 64e verbunden.
In der dargestellten Ausführungsform weist jede Flanke 64a im Querschnitt ein konvexes Profil auf, das durch eine erste Hypozykloide gebildet ist, und jede Flanke 64b weist ein konvexes Profil auf, das durch eine zweite Hypozykloide gebildet ist. Die erste und die zweite Hypozykloide sind, angesichts einer Mittelebene von jedem Zahn 64, die durch die Achse der Mutter 16 hindurchgeht, zueinander symmetrisch. Alternativ könnte es möglich sein, für die Mutter 16 Zähne 64 vorzusehen, die jeweils im Querschnitt ein konvexes Profil aufweisen, das angesichts einer Mittelebene des Zahns durch zwei symmetrische Kreisbögen gebildet ist. Im Betrieb wirken die seitlichen Flanken 64a, 64b der Zähne der Synchronisationsverzahnungen 44 der Mutter durch Kontakt mit den seitlichen Seiten 60a, 60b der Zähne der Verzahnung 24 der Rollen zusammen. Auf gleiche Weise kommen die konvexen Flanken der Zähne der Verzahnung 46 der Mutter gegen die ebenen Seiten der Zähne der Verzahnung 26 der Rollen in Umfangsrichtung in Anlage.
Wie zuvor angegeben, ist der Fußkreisdurchmesser d_f der Verzahnung 44 niedriger als der Innendurchmesser D_int des Gewindes 18 der Mutter. Der Fußkreisdurchmesser d_f entspricht dem Kreis, der durch die Basen 64c der Zähne der Verzahnung 44 und den Boden 64e von jeder Zahnlücke geht. Der Innendurchmesser D_int des Gewindes 18 entspricht dem Durchmesser des Gewindescheitels des Gewindes. Es wird auch von Kopfkreisdurchmesser des Gewindes 18 gesprochen. Die Verzahnung 44 ist radial zu der Schraube gegenüber dem Gewinde 18 versetzt. Die Verzahnung 44 ist radial nach innen gegenüber den Gewindescheiteln des Gewindes 18 versetzt. Die Basen 64c der Zähne und der Boden 64e von jeder Zahnlücke sind radial nach innen gegenüber den Gewindescheiteln des Gewindes 18 versetzt. Der Fußkreisdurchmesser d_f der Verzahnung 44 ist größer als oder gleich dem Außendurchmesser d_a der Verzahnungen der Rollen 20. Der Innendurchmesser D_int des Gewindes 18 ist kleiner als oder gleich dem Durchmesser D des Bodens des Gewindegangs des Gewindes 22 der Rollen 20.
Mit einem Fußkreisdurchmesser d_f für jede Verzahnung 44, 46, die direkt auf der Mutter gebildet ist, der niedriger als der Innendurchmesser D_int des Gewindes 18 der Mutter ist, wird es möglich, diese Verzahnungen in einer einzigen Operation durch axiales Räumen zu bilden. Das Verzahnen der Zähne 44, 46 mit einer axial wirkenden Räumnadel ist besonders vorteilhaft, da der axiale Durchgang der Räumnadel im Inneren der Mutter 16 ermöglicht, diese Verzahnungen in einem einzigen Durchgang zu bilden, d. h. ohne axialen Rückstoß. Die Fertigungszeit der Mutter 16 wird auf diese Weise beträchtlich verringert.
Während des Bildens der Verzahnungen 44, 46 durch die Räumnadel besteht keine Interferenz mit dem Gewinde 18 der Mutter angesichts der jeweiligen Dimensionierung des Fußkreisdurchmessers d_f von jeder Verzahnung und des Innendurchmessers D_int des Gewindes, wie zuvor definiert. Es ist folglich nicht notwendig, ein Wenden der Mutter vorzusehen, um die zwei Synchronisationsverzahnungen direkt in der Bohrung der Mutter verzahnen zu können, wie dies für die herkömmlichen Planetenrollengewindetriebe der Fall ist, bei denen der Innendurchmesser des Gewindes der Mutter kleiner als der Fußkreisdurchmesser von jeder Synchronisationsverzahnung ist, die auf der Mutter gebildet ist. Außerdem sind die Zähne der Synchronisationsverzahnung 44 mit diesem Verfahren des Verzahnens durch Räumen beiderseits der Mutter 16 in einem einzigen Durchgang perfekt in Umfangsrichtung gegenüber den Zähnen der anderen Verzahnung 46 ausgerichtet, die in der Bohrung der Mutter gebildet ist.
Die Ausführungsform, die in 6 dargestellt ist, in der die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, unterscheidet sich von der ersten beschriebenen Ausführungsform nur durch die Form der Verzahnungen 24, 26 der Rollen 20. In dieser Ausführungsform weisen die Zähne 60, 62 von jeder Rolle jeweils eine erste Flanke oder Seite, die im Querschnitt ein konkaves Profil aufweist, das durch eine erste Hypozykloide gebildet ist, und eine zweite Flanke oder Seite auf, die im Querschnitt ein konkaves Profil aufweist, das durch eine zweite Hypozykloide gebildet ist. Die erste und die zweite Hypozykloide sind, angesichts einer Mittelebene von jedem Zahn, die durch die Achse der betreffenden Rolle hindurchgeht, zueinander symmetrisch. Alternativ könnte es möglich sein, für jede Rolle Zähne 60, 62 vorzusehen, die jeweils im Querschnitt ein konkaves Profil aufweisen, das angesichts einer Mittelebene des Zahns durch zwei symmetrische Kreisbögen gebildet ist.
In den zwei ersten dargestellten Beispielen ist die vorliegende Erfindung auf der Grundlage eines Planetenrollengewindetriebs dargestellt worden. Die Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, in der die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, unterscheidet sich nur dadurch, dass der Mechanismus 10 vom Typ des umgekehrten Planetenrollengewindetriebs ist. Die Konzeption der Rollen 20 ist vollkommen identisch mit jener der ersten Ausführungsform, die zuvor beschreiben worden ist.
Die Schraube 12 weist zwei externe Synchronisationsverzahnungen 70, 72 auf, die auf der Außenseite der Schraube gebildet sind. Die Verzahnungen 70, 72 sind untereinander gleich und sind axial beiderseits des Gewindes 14 angeordnet. Die Verzahnung 70, 72 greift jeweils mit der Verzahnung 24, 26 der Rollen für ihre Synchronisation ein. Die Verzahnungen 70, 72 sind auf der Schraube 12 gebildet, indem sie radial nach außen gegenüber dem Gewinde 14 versetzt sind.
Jede Verzahnung 70, 72 weist mehrere radiale Zähne 74, 76 auf, die untereinander gleich sind und gleichmäßig in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind. Die Zähne 74, 76 erstrecken sich axial und sind radial nach außen gerichtet. Jeder Zahn 74, 76 weist zwei gegenüberliegende, konvexe Auflageflanken und einen Scheitel auf, der die Enden von großem Durchmesser der Flanken verbindet. Die Flanken von jedem Zahn weisen jeweils im Querschnitt ein konvexes Profil auf. Eine der Flanken von jedem Zahn kann im Querschnitt ein konvexes Profil aufweisen, das durch eine erste Epizykloide gebildet ist, und die andere Flanke kann ein konvexes Profil aufweisen, das durch eine zweite Epizykloide gebildet ist, wobei die erste und die zweite Epizykloide angesichts einer Mittelebene des Zahns zueinander symmetrisch sein können. Alternativ könnte es möglich sein, Zähne 74, 76 vorzusehen, die jeweils im Querschnitt ein konvexes Profil aufweisen, das angesichts einer Mittelebene des Zahns durch zwei symmetrische Kreisbögen gebildet ist.
Wie zuvor in 8 sichtbarer dargestellt, ist der Fußkreisdurchmesser d_f der Verzahnung 70 größer als der Außendurchmesser D_ext des Gewindes 14 der Schraube. Der Fußkreisdurchmesser d_f entspricht dem Kreis, der durch die Basen der Zähne 74 der Verzahnung und den Boden von jeder Zahnlücke geht. Der Außendurchmesser D_ext des Gewindes 14 entspricht dem Durchmesser des Gewindescheitels des Gewindes. Es wird auch von Kopfkreisdurchmesser des Gewindes 14 gesprochen. Die Verzahnung 70 ist radial zu der Mutter gegenüber dem Gewinde 14 versetzt. Die Verzahnung 70 ist radial nach außen gegenüber den Gewindescheiteln des Gewindes 14 versetzt. Die Basen der Zähne 70 und der Boden von jeder Zahnlücke sind radial nach außen gegenüber den Gewindescheiteln des Gewindes 14 versetzt. Der Fußkreisdurchmesser d_f ist größer als oder gleich dem Außendurchmesser der Verzahnungen der Rollen 20.
Mit einem Fußkreisdurchmesser d_f für jede Verzahnung 70, 72 der Schraube, der größer als der Außendurchmesser D_ext des Gewindes 14 ist, wird es möglich, diese Verzahnungen in einer einzigen Operation durch axiales Räumen zu bilden. Das Verzahnen der Verzahnungen 70, 72 auf der Schraube 12 kann in einem einzigen Durchgang und ohne radiale Interferenz mit dem Gewinde 14 gebildet werden. Die Fertigungszeit der Schraube 12 wird auf diese Weise gegenüber einem herkömmlichen umgekehrten Planetenrollengewindetrieb, bei dem der Außendurchmesser des Gewindes der Schraube größer als der Fußkreisdurchmesser von jeder Synchronisationsverzahnung ist, beträchtlich verringert. Außerdem sind die Zähne der Synchronisationsverzahnung 70 mit einem derartigen axialen Räumen beiderseits der Schraube 12 in einer einzigen Operation perfekt in Umfangsrichtung gegenüber den Zähnen der anderen Verzahnung 72 ausgerichtet, die auf der Außenfläche der Schraube gebildet ist.
Mit erneuter Bezugnahme auf die 7 sind die Ringe 48, 50 in dieser Ausführungsform jeweils hier radial zwischen einem gewindelosen Abschnitt der Außenfläche der Schraube 12 und dem Gewinde 18 der Mutter montiert. Die Sicherungsringe 52, 54 weisen hier eine reduzierte radiale Abmessung auf und sind jeweils in einer Kehle (nicht mit Bezugsziffer versehen) montiert, die auf dem gewindelosen Abschnitt, der mit der Schraube 12 verbunden ist, angeordnet ist.
Die Ausführungsform, die in 9 dargestellt ist, in der die gleichen Elemente die gleichen Bezugszeichen tragen, unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Beispiel nur durch die Form der Verzahnungen 24, 26 der Rollen 20. In dieser Ausführungsform weisen die Zähne 60, 62 von jeder Rolle jeweils eine erste Flanke oder Seite, die im Querschnitt ein konkaves Profil aufweist, das durch eine erste Hypozykloide gebildet ist, und eine zweite Flanke oder Seite auf, die im Querschnitt ein konkaves Profil aufweist, das durch eine zweite Hypozykloide gebildet ist. Die erste und die zweite Hypozykloide sind angesichts einer Mittelebene von jedem Zahn, die durch die Achse der betreffenden Rolle hindurchgeht, zueinander symmetrisch. Alternativ könnte es möglich sein, für jede Rolle Zähne 60, 62 vorzusehen, die jeweils im Querschnitt ein konkaves Profil aufweisen, das angesichts einer Mittelebene des Zahns durch zwei symmetrische Kreisbögen gebildet ist.
Der Gewinderollenmechanismus weist Synchronisationsverzahnungen auf, die auf der Mutter oder der Schraube gebildet sind, sodass die Mutter oder die Schraube jeweils gegenüber den Rollen ein axial festes oder bewegliches Element, oder umgekehrt, bei einer Drehung der Schraube in Bezug auf die Mutter bilden. Jede Synchronisationsverzahnung, die auf dem festen Element gebildet ist, ist radial zu dem beweglichen Element gegenüber dem Gewinde des festen Elements versetzt. Wenn der Mechanismus vom Typ des Planetenrollengewindetriebs ist, ist das axial feste Element gegenüber den Rollen die Mutter und das axial bewegliche Element ist die Schraube. Wenn der Mechanismus vom Typ des Planetenrollengewindetriebs ist, ist umgekehrt das axial feste Element gegenüber den Rollen die Schraube und das axial bewegliche Element ist die Mutter.

Claims

Gewinderollenmechanismus, umfassend eine Schraube (12), umfassend ein Außengewinde (14), eine Mutter (16), die um und koaxial zu der Schraube angeordnet ist, wobei die Mutter ein Innengewinde (18) aufweist, und mehrere Rollen (20), die radial zwischen der Schraube und der Mutter angeordnet sind und jeweils mit einem Außengewinde (22), das mit dem Außengewinde und dem Innengewinde (14, 18) der Schraube und der Mutter eingreift, und mit zwei Außenverzahnungen (24, 26) versehen sind, wobei der Mechanismus außerdem zwei Synchronisationsverzahnungen (44, 46; 70, 72) aufweist, die jeweils mit den Verzahnungen (24, 26) der Rollen eingreifen, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsverzahnungen (44, 46) auf der Mutter (16) gebildet sind und der Fußkreisdurchmesser (d_f) von jeder Verzahnung niedriger als der Innendurchmesser (D_int) des Innengewindes (18) der Mutter ist, oder die Synchronisationsverzahnungen (70, 72) auf der Schraube (12) gebildet sind und der Fußkreisdurchmesser (d_f) von jeder Verzahnung größer als der Außendurchmesser (D_ext) des Außengewindes (14) der Schraube ist.
Mechanismus nach Anspruch 1, wobei jeder Zahn der Synchronisationsverzahnungen (44, 46; 70, 72) Flanken (64a, 64b) aufweist, die im Querschnitt ein konvexes Profil aufweisen.
Mechanismus nach Anspruch 2, wobei jeder Zahn der Synchronisationsverzahnungen (44, 46), die auf der Mutter gebildet sind, eine erste Flanke (64a), die im Querschnitt ein konvexes Profil aufweist, das durch eine erste Hypozykloide gebildet ist, und eine zweite Flanke (64b) aufweist, die im Querschnitt ein konvexes Profil aufweist, das durch eine zweite Hypozykloide gebildet ist.
Mechanismus nach Anspruch 2, wobei jeder Zahn der Synchronisationsverzahnungen (70, 72), die auf der Schraube gebildet sind, eine erste Flanke (64a), die im Querschnitt ein konvexes Profil aufweist, das durch eine erste Epizykloide gebildet ist, und eine zweite Flanke (64b) aufweist, die im Querschnitt ein konvexes Profil aufweist, das durch eine zweite Epizykloide gebildet ist.
Mechanismus nach Anspruch 2, wobei jeder Zahn der Synchronisationsverzahnungen (44, 46; 70, 72), die auf der Mutter oder Schraube gebildet sind, zwei Flanken aufweist, die jeweils im Querschnitt ein konvexes Profil aufweisen, das durch einen Kreisbogen gebildet ist.
Mechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder Zahn der Verzahnungen (24, 26) der Rollen ebene Seiten (60a, 60b) aufweist, die mit den Synchronisationsverzahnungen (44, 46; 70, 72) zusammenwirken.
Mechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jeder Zahn der Verzahnungen (24, 26) der Rollen Seiten aufweist, die im Querschnitt ein konkaves Profil aufweisen.
Betätigungszylinder, umfassend ein Drehantriebsmittel und einen Gewinderollenmechanismus nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schraube des Mechanismus mit dem Antriebsmittel gekoppelt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Mutter oder einer Schraube des Gewinderollenmechanismus, umfassend ein Gewinde und zwei Verzahnungen, die axial beiderseits des Gewindes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass es Schritte des Entfernens von Material durch axiales Räumen aufweist, um die zwei Verzahnungen in einem einzigen axialen Durchgang zu bilden, so dass jede der Verzahnungen radial versetzt gegenüber dem Gewinde angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Schritte des Entfernens von Material zum Bilden der zwei Verzahnungen nach den Schritten zum Entfernen von Material zum Bilden des Gewindes durchgeführt werden.