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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung oder zur Umwandlung einer Translationsbewegung in eine Drehbewegung, umfassend eine Spindel und eine Gewindemutter, die die Spindel radial umschließt, wobei die Gewindemutter ein Innengewindeprofil mit einer Gewindesteigung aufweist, wobei zwischen der Spindel und der Gewindemutter mehrere Lagerelemente axial beabstandet zueinander aufgenommen sind, um die Spindel gegenüber der Gewindemutter oder umgekehrt abzustützen.
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Aus der
DE 40 02 151 A1 geht eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Linearbewegung oder umgekehrt hervor. Zur Durchführung der Linearbewegung ist eine Spindelmutter einer Spindel für die Rotationsbewegung zugeordnet, wobei die Spindelmutter zumindest aus einem Körper oder Teil besteht, welcher eine Bohrung aufweist, in die ein Kugellager mit einem Kugellagerinnenring eingesetzt ist. Der Innendurchmesser des Kugellagerinnenrings ist größer als der Außendurchmesser der Spindel.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine alternative Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung oder umgekehrt bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung oder zur Umwandlung einer Translationsbewegung in eine Drehbewegung umfasst eine Spindel und eine Gewindemutter, wobei die Gewindemutter die Spindel radial umschließt, wobei die Gewindemutter ein Innengewindeprofil mit einer Gewindesteigung aufweist, und wobei zwischen der Spindel und der Gewindemutter mehrere Lagerelemente axial beabstandet zueinander aufgenommen sind, um die Spindel gegenüber der Gewindemutter oder umgekehrt abzustützen, wobei an der Spindel für jedes Lagerelement eine jeweilige exzentrische in sich geschlossene Außenlaufbahn ausgebildet ist, wobei jedes Lagerelement einen Außenring mit einer in sich geschlossenen Innenlaufbahn umfasst, wobei jeder Außenring mit einer Außenumfangsfläche zumindest teilweise in das Innengewindeprofil der Gewindemutter eingreift, und wobei eine Vielzahl von Wälzkörpern räumlich zwischen der Innenlaufbahn des Außenrings und der Außenlaufbahn der Spindel abrollen.
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Die Spindel weist axiale Lagerabschnitte auf, an denen jeweils die Außenlaufbahn des jeweiligen Lagerelements ausgebildet ist. Diese Lagerabschnitte können beispielsweise auf eine stabförmige Spindel aufgepresst oder einteilig mit der Spindel verbunden sein. Sind die Lagerabschnitte einteilig mit der Spindel verbunden, kann somit vorteilhafterweise auf Innenringe der Lagerelemente verzichtet werden. Mithin sind die Lagerabschnitte mit den daran angeformten Außenlaufbahnen exzentrisch zu einer Längsachse der Spindel angeordnet, wobei eine jeweilige Längsachse des jeweiligen Lagerabschnitts bevorzugt achsparallel zu der Längsachse der Spindel angeordnet ist. Eine oder mehrere Längsachsen der Lagerabschnitte können alternativ auch relativ zur Längsachse der Spindel gekippt sein.
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Die Außendurchmesser der Lagerabschnitte sind bevorzugt kleiner ausgebildet als ein Innendurchmesser der Gewindemutter. Ebenso sind die Außendurchmesser der Außenringe kleiner ausgebildet als der Innendurchmesser der Gewindemutter. Mit anderen Worten gleitet der Außenring des jeweiligen Lagerelements bei einer Betätigung der Gewindemutter oder der Spindel zumindest teilweise an dem Innengewindeprofil der Gewindemutter ab, wodurch die Verlagerung der Spindel relativ zur Gewindemutter oder umgekehrt in Abhängigkeit der Gewindesteigung des Innengewindeprofils erfolgt. Der Außenring ist zum Steigungswinkel der Gewindesteigung ausgerichtet, sodass das Abgleiten des Außenrings am Innengewindeprofil mit vergleichsweise geringer Reibung möglich ist.
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Das Innengewindeprofil ist vorzugsweise korrespondierend zu der Außenmantelfläche des Außenrings ausgebildet. Zusätzlich können an der Außenmantelfläche des Außenrings fertigungsbedingte Fasen, Nuten oder Aussparungen vorgesehen sein. Darüber hinaus ist denkbar, den Außenring des jeweiligen Lagerelements ein- oder mehrteilig auszubilden.
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Unter einer „in sich geschlossenen“ Außen- bzw. Innenlaufbahn ist zu verstehen, dass die Außenlaufbahn der Spindel bzw. die Innenlaufbahn des Außenrings im Gegensatz zur Gewindemutter im Wesentlichen keine Gewindesteigung aufweisen und einen geschlossenen Ring. Mithin verläuft die jeweilige Außenlaufbahn der Spindel in sich geschlossen in einer Ebene um den Außenumfang des jeweiligen Lagerabschnitts. Analog verläuft die Innenlaufbahn des ringförmigen Außenrings in sich geschlossen an der Innenumfangsfläche des Außenrings. Demgegenüber weist das Innengewindeprofil der Gewindemutter eine Gewindesteigung auf, wodurch das Innengewindeprofil folglich nicht in sich geschlossen ausgebildet ist. Je größer die Gewindesteigung der Gewindemutter ist, desto größer ist die Translationsbewegung der Spindel bzw. der Gewindemutter je Umdrehung der Gewindemutter bzw. der Spindel. Somit wälzen die Wälzkörper des jeweiligen Lagerelements an ein und derselben Innen- bzw. Außenlaufbahn ab. Dadurch ist eine Kugelumlenkung mit damit verbundenen konstruktiven Maßnahmen und größerer erforderlichen Bauhöhe und -breite nicht erforderlich. Mithin kann auf weitere Bauteile, insbesondere Kunststoffbauteile für eine Kugelrückführung, verzichtet werden, sodass die Vorrichtung vorteilhafterweise bei Systemen mit hohen Temperaturen eingesetzt werden kann.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung zumindest zwei Lagerelemente auf, bevorzugt sind drei oder mehr Lagerelemente axial beabstandet zueinander zwischen der Spindel und der Gewindemutter angeordnet. Die Lagerabschnitte der Spindel können sowohl axial benachbart als auch axial beabstandet zueinander ausgebildet sein. Dies hängt von den Lasten und damit einhergehend von der Größer der Wälzkörper und der Gewindesteigung ab.
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Bevorzugt ist die Spindel axial unverschieblich und die Gewindemutter entlang der Spindel axial verschieblich. Alternativ ist die Gewindemutter axial unverschieblich und die Spindel entlang der Gewindemutter axial verschieblich. Mit anderen Worten ist entweder durch einen rotativen Antrieb der Gewindemutter eine Translationsbewegung der Spindel möglich, oder durch einen rotativen Antrieb der Spindel ist eine Translationsbewegung der Gewindemutter möglich. In beiden Fällen ist denkbar, dass entweder die Gewindemutter oder die Spindel mittels einer separaten Antriebseinheit drehantreibbar ist. Mithin erfolgt die Umwandlung der Drehbewegung in die Translationsbewegung oder umgekehrt synchronisiert und schlupffrei.
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Die Lagerelemente sind ferner bevorzugt als Rillenkugellager, als Vierpunktlager oder als Schrägkugellager ausgebildet. Die Art des Lagers ist abhängig vom Anwendungsbereich der Vorrichtung sowie den dabei auftretenden Lasten.
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Des Weiteren bevorzugt sind die Lagerelemente als Gleitlager ausgebildet. Dabei kann auf zwischen dem Außenring und der Spindel angeordnete und abrollende Wälzkörper verzichtet werden. Mithin gleitet der Außenring gegenüber der Außenmantelfläche der Spindel bzw. dem jeweiligen Lagerabschnitt ab, wobei die Gleitflächen entsprechend der Gewindesteigung bezogen auf die Längsachse der Spindel geneigt ausgebildet sind. Auch weitere alternative Lagerarten sowie eine beliebige Kombination der genannten sind denkbar.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Außenlaufbahnen der Spindel um eine Längsachse der Spindel herum versetzt zueinander angeordnet. Mit anderen Worten weisen die Lagerabschnitte, an denen die jeweiligen Außenlaufbahnen angeformt sind, eine jeweilige Längsachse auf. Die Längsachsen der Lagerelemente verlaufen im Wesentlichen parallel zu der Längsachse der Spindel. Ferner sind die Lagerabschnitte bevorzugt gleichmäßig um die Längsachse der Spindel herum versetzt zueinander angeordnet. Dadurch ist eine gleichmäßige Kraftverteilung zwischen der Gewindemutter und der Spindel während der Umwandlung einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung oder einer Translationsbewegung in eine Drehbewegung möglich.
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Vorzugsweise sind die Außenlaufbahnen der Spindel um die Längsachse der Spindel geneigt ausgebildet. Mit anderen Worten weisen die Außenlaufbahnen der Spindel eine jeweilige Drehachse auf, wobei die jeweilige Drehachse zu der dazugehörigen Längsachse des Lagerabschnitts bzw. zu der Längsachse der Spindel geneigt ist. Dieser Steigungswinkel oder Neigungswinkel der Außenlaufbahnen entspricht im Wesentlichen einem Steigungswinkel des Innengewindeprofils. Der Außenring des jeweiligen Lagerelements ist dabei koaxial zu der Drehachse der Außenlaufbahn angeordnet und ebenso in dem Innengewindeprofil der Gewindemutter aufgenommen, um ein Abrollen der Wälzkörper zu ermöglichen.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass an der Gewindemutter stirnseitige Dichtelemente zur Abdichtung eines Innenraums der Gewindemutter angeordnet sind. Anders gesagt ist an einer oder an beiden Stirnseiten der Gewindemutter ein jeweiliges Dichtelement angeordnet, um den Innenraum der Gewindemutter sowie die Lagerelemente vor äußeren Einflüssen, wie Schmutz und/oder Feuchtigkeit zu schützen. Abgesehen von den Lagerabschnitten ist die Spindel in Zylinderform ausgebildet und weist an diesen zylindrischen Abschnitten eine jeweilige Abdichtfläche auf, die sich um den Umfang und in axialer Richtung der Spindel erstreckt. Dadurch ist eine platzsparende Abdichtung der Vorrichtung möglich. Alternativ ist denkbar, dass die stirnseitigen Dichtelemente in Ausnehmungen an der Gewindemutter zumindest teilweise aufgenommen sind.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen
- 1 eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung oder umgekehrt,
- 2 eine schematische Detailschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1,
- 3 eine schematische Ansicht einer Spindel der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1, und
- 4 eine schematische Schnittdarstellung einer Gewindemutter der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 1.
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Gemäß den 1 und 2 umfasst eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Translationsbewegung oder zur Umwandlung einer Translationsbewegung in eine Drehbewegung eine Spindel 1 sowie eine koaxial dazu angeordnete Gewindemutter 2. Vorliegend ist die Spindel 1 axial unverschieblich und die Gewindemutter 2 entlang der Spindel 1 axial verschieblich, wobei die Spindel 1 mittels einer - hier nicht dargestellten - Antriebseinheit drehangetrieben ist. Alternativ ist auch denkbar, dass die Gewindemutter 2 axial unverschieblich und die Spindel 1 entlang der Gewindemutter 2 axial verschieblich ist, wobei in diesem Fall auch die Gewindemutter 2 drehantreibbar sein kann.
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Die Gewindemutter 2 umschließt die Spindel 1 in radialer Richtung über einen Teil der axialen Länge, vorliegend im Bereich von drei an der Spindel 1 angeordneten Lagerelementen 4a, 4b, 4c. Die Gewindemutter 2 ist rohrförmig ausgebildet und weist an einer Innenmantelfläche ein Innengewindeprofil 3 auf, wobei das Innengewindeprofil 3 gemäß 4 eine Gewindesteigung mit einem Steigungswinkel 18 aufweist.
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Die drei zwischen der Spindel 1 und der Gewindemutter 2 angeordneten Lagerelemente 4a, 4b, 4c sind als Rillenkugellager ausgebildet und axial beabstandet zueinander auf der Spindel 1 aufgenommen, um die Spindel 1 gegenüber der Gewindemutter 3 oder umgekehrt abzustützen. Die Lagerelemente 4a, 4b, 4c können alternativ auch als Vierpunktlager, als Schrägkugellager oder als Gleitlager ausgebildet sein.
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Die Lagerelemente 4a, 4b, 4c sind auf radial aufgeweiteten Lagerabschnitten 13a, 13b, 13c der Spindel 1 angeordnet, wobei für jedes Lagerelement 4a, 4b, 4c eine jeweilige exzentrische in sich geschlossene Außenlaufbahn 5 am Umfang des jeweiligen Lagerabschnitts 13a, 13b, 13c ausgebildet ist.
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Jedes Lagerelement 4a, 4b, 4c umfasst einen Außenring 6, wobei räumlich zwischen der Spindel 1 und dem Außenring 6 eine Vielzahl von Wälzkörpern 9 angeordnet sind. Die Wälzkörper 9 können beispielsweise mittels eines - hier nicht dargestellten - Käfigs beabstandet zueinander im jeweiligen Lagerelement 4a, 4b, 4c geführt sein.
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Gemäß 1 ist an einer ersten Stirnseite 15a der Gewindemutter 2 ein Dichtelement 11 zur Abdichtung eines Innenraums 12 der Gewindemutter 2 angeordnet, wobei das Dichtelement 11 ortsfest an der Gewindemutter 2 befestigt ist und räumlich zwischen Gewindemutter 2 und einer Abdichtfläche 16 der Spindel 1 angeordnet ist.
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Bei einer Verlagerung der Spindel 1 relativ zur Gewindemutter 2 oder umgekehrt gleitet das Dichtelement 11 dabei an der Abdichtfläche 16 der Spindel 1 ab. Ergänzend ist möglich, auch an der zweiten Stirnseite 15b der Gewindemutter 2 ein weiteres Dichtelement anzuordnen. Durch eine derartige Ausgestaltung der Vorrichtung ist eine axialen Bauraum einsparende und kostengünstige Abdichtung der Vorrichtung möglich.
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Nach 2, einem Detailausschnitt des ersten Lagerelements 4a gemäß 1, weist der Außenring 6 an dessen Innenmantelfläche eine in sich geschlossene Innenlaufbahn 7 auf und greift mit dessen Außenumfangsfläche 8 teilweise in das Innengewindeprofil 3 der Gewindemutter 2 ein, wobei die Wälzkörper 9 an der Innenlaufbahn 7 des Außenrings 6 und an einer Außenlaufbahn 5 der Spindel 1 bzw. des jeweiligen Lagerabschnitts 13a, 13b, 13c abrollen. Mit anderen Worten ist das Innengewindeprofil 3 korrespondierend zu der Außenumfangsfläche 8 des Außenrings 6 ausgebildet.
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3 zeigt eine Perspektivansicht der Spindel 1, wobei die Lagerabschnitte 13a, 13b, 13c axial benachbart zueinander an der Spindel 1 angeordnet sind. Die Spindel 1 ist vorliegend einteilig mit den Lagerabschnitten 13a, 13b, 13c verbunden.
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Die Lagerabschnitte 13a, 13b, 13c der Spindel 1 und dementsprechend auch die daran ausgebildeten Außenlaufbahnen 5 sind um eine Längsachse 10 der Spindel 1 herum gleichmäßig versetzt zueinander angeordnet, wobei jeder Lagerabschnitt 13a, 13b, 13c eine jeweilige Längsachse 17a, 17b, 17c aufweist, die jeweils parallel zu der Längsachse 10 der Spindel 1 ausgerichtet ist. Alternativ kann die jeweilige Längsachse 17a, 17b, 17c bezogen auf die Längsachse 10 der Spindel 1 um einen Winkel gekippt sein.
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Die Außenlaufbahnen 5 der Spindel 1 sind um die Längsachse 10 der Spindel 1 bzw. um die Längsachse 17a, 17b, 17c des jeweiligen Lagerabschnitts 13a, 13b, 13c geneigt ausgebildet. Mit anderen Worten weisen alle Außenlaufbahn 5 bezogen auf die jeweilige Längsachse 17a, 17b, 17c einen identischen Steigungswinkel 14 auf, der dem Steigungswinkel 18 des Innengewindeprofils 3 der Gewindemutter 2 gemäß 4 entspricht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Spindel
- 2
- Gewindemutter
- 5 3
- Innengewindeprofil
- 4a, 4b, 4c
- Lagerelement
- 5
- Außenlaufbahn
- 6
- Außenring
- 7
- Innenlaufbahn
- 10 8
- Außenumfangsfläche
- 9
- Wälzkörper
- 10
- Längsachse
- 11
- Dichtelement
- 12
- Innenraum
- 15 13a, 13b, 13c
- Lagerabschnitt
- 14
- Steigungswinkel
- 15a, 15b
- Stirnseite
- 16
- Abdichtfläche
- 17a, 17b, 17c
- Längsachse
- 20 18
- Steigungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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