DE1212381B

DE1212381B - Differential roller screw drive

Info

Publication number: DE1212381B
Application number: DEST20908A
Authority: DE
Inventors: Carl Bruno Strandgren
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1962-04-05
Filing date: 1963-07-03
Publication date: 1966-03-10

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Int. Cl.: Int. Cl .:

F 06hF 06h

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Deutsche Kl.: 47h-3German class: 47h -3

Nummer: 1212 381Number: 1212 381

Aktenzeichen: St 20908 XII/47 hFile number: St 20908 XII / 47 h

Anmeldetag: 3. Juli 1963Filing date: July 3, 1963

Auslegetag: 10. März1966Opening day: March 10, 1966

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differentialrollenschraubentrieb, bei dem zwischen einer Spindel und einem Mutterteil, z; B. einer koaxialen Spindelmutter, Gewinderollen angeordnet sind, deren Gewinde im Eingriff mit diesen beiden Teilen steht.The invention relates to a differential roller screw drive, in which between a spindle and a nut part, z; B. a coaxial spindle nut, Thread rolls are arranged, the thread of which is in engagement with these two parts.

Die vorbekannten Vorrichtungen dieser Art weisen entweder Gewinde mit dreieckigen oder trapezförmigen Profilen von herkömmlichen Formen auf oder Gewinde mit speziellen spitzbogenförmigen Profilen, um die Reibung herabzusetzen.The previously known devices of this type have either triangular or trapezoidal threads Profiles of conventional shapes on or threads with special ogival shape Profiles to reduce friction.

Die Vorrichtungen der genannten Art müssen für zahlreiche Anwendungen mit sehr großer Genauigkeit ausgeführt werden, wie z. B. bei Kugellagern, und die Herstellung der Gewinde ist sehr schwierig. So ist in der Mutter das Innengewinde schwer genau herzustellen. Die verhältnismäßig lange Schraube, welche vollkommen gerade sein muß, stellt ein besonderes Teil dar, dessen Herstellung kostspielig ist.The devices of the type mentioned must be very accurate for numerous applications be carried out, such as B. in ball bearings, and the manufacture of the thread is very difficult. The internal thread in the nut is difficult to produce precisely. The relatively long screw which must be perfectly straight is a special part that is costly to manufacture.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, die Herstellung derartiger Vorrichtungen zu erleichtern durch Vorsehen eines neu gebildeten Schraubengewindes für die Schraube und gegebenenfalls die Schraubenmutter, wobei die neue Form nur ein geringes Entfernen des Materials im Endstadium des Herstellungsverfahrens erforderlich macht. Der Differentialrollenschraubentrieb gemäß der Erfindung, bei dem zwischen einer Spindel und einem Mutterteil, z. B. einer koaxialen Spindelmutter, Gewinderollen angeordnet sind, deren Gewinde im Eingriff mit diesen beiden Teilen steht, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde wenigstens eines dieser Teile, d. h. des eingreifenden Teiles oder des umgreifenden Teiles, an seinem Scheitel eine in der. Nähe des mittleren Flankendurchmessers des Gewindes liegende Abflachung aufweist und daß sich die Rollen axial und nur an einer schmalen Abschrägung abstützen, welche zwischen dieser Abflachung und einem hinterdrehten Fußteil der Gewindeflanke gebildet ist.The invention has set itself the task of facilitating the production of such devices by providing a newly formed screw thread for the screw and optionally the Screw nut, with the new shape only a slight removal of the material in the final stage of the Makes manufacturing process required. The differential roller screw drive according to the invention, in which between a spindle and a nut part, z. B. a coaxial spindle nut, thread rolling are arranged, the thread is in engagement with these two parts is essentially characterized in that the thread of at least one of these parts, i. H. of the intervening Part or the encompassing part, at its apex one in the. Near the mean pitch diameter of the thread lying flat and that the rollers are axially and only on a narrow bevel, which is backed between this flat and a Foot part of the thread flank is formed.

Der Differentialrollenschraubentrieb gemäß der Erfindung weist mehrere Vorteile auf.The differential roller screw drive according to the invention has several advantages.

So wird beim Gewindeschneiden der Schraube, was ein verhältnismäßig kostspieliger Arbeitsvorgang ist, nur sehr wenig Werkstoff entfernt. Das Schneiden des Gewindes erfolgt schneller, und die Verformung der Schraube kann leichter vermieden werden. Bei der Mutter rührt die Schwierigkeit insbesondere daher, daß das Innengewinde nur mit Schleifscheiben kleinen Durchmessers geschnitten werden kann. Es ist daher von besonderer Wichtigkeit, die Werkstoffabtragung zu begrenzen.So when threading the screw, which is a relatively costly operation, very little material is removed. The cutting of the thread is quicker and deformation of the screw can be avoided more easily. at the mother stems the difficulty in particular from the fact that the internal thread only with grinding wheels small diameter can be cut. It is therefore of particular importance to remove material to limit.

Der Basisquerschnitt des Gewindes ist also an der DifferentialrollenschraubentriebThe base cross-section of the thread is therefore on the differential roller screw drive

Anmelder:Applicant:

Carl Bruno Strandgren, Lausanne (Schweiz)Carl Bruno Strandgren, Lausanne (Switzerland)

Vertreter:Representative:

Dr. jur. O. Eichin und W. Hartmann,Dr. jur. O. Eichin and W. Hartmann,

Rechtsanwälte, Offenburg, Hauptstr. 34 bLawyers, Offenburg, Hauptstr. 34 b

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Schraube größer als an den Walzen. Diese ungleiche Verteilung der auf Abscherung arbeitenden Querschnitte wirkt sich besonders günstig aus, da die Schraube aus einem Stahl besteht, dessen Qualität geringer als die der Walzen ist. Schließlich ermöglicht die geringe Tiefe der in die Schraube eingeschnittenen Furche eine Nachbearbeitung derselben, wenn sie abgenutzt oder verquetscht ist, so daß sie entweder mit neuen Walzen oder in einfacher Weise nach Aufholung des Spiels der Walzen durch Annäherung der beiden Mutterabschnitte von neuem benutzt werden kann.Screw bigger than on the rollers. This uneven distribution of the cross-sections working on shear has a particularly beneficial effect, as the screw is made of a steel whose quality is less than that of the rollers. Finally, the shallow depth allows for the cut into the screw Furrow a rework of the same if worn or bruised so that it can either with new reels or in a simple manner after the game of the reels has been caught up by approaching them of the two nut sections can be used again.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme .auf die Zeichnung erläutert.The invention is explained below with reference to the drawing.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt der Ausführung;Fig. 1 is a longitudinal section of the embodiment;

F i g. 2 und 3 sind Teilansichten im Längsschnitt in größerem Maßstab, welche das Profil der Gewinde der Bestandteile der Vorrichtung der F i g. 1 zeigen; Fig. 4 ist eine Teilansicht einer Ausführungsabwandlung. F i g. Figures 2 and 3 are partial views in longitudinal section, on a larger scale, showing the profile of the threads the components of the device of FIG. 1 show; Fig. 4 is a partial view of an embodiment modification.

Der in Fig. 1 dargestellte Differentialrollenschraubentrieb enthält einen äußeren zylindrischen Käfig 1 mit der Achse X-X, welcher mit einem ringförmigen Boden 2 versehen ist, während das andere Ende bei 3 mit Gewinde versehen ist.The differential roller screw drive shown in Fig. 1 includes an outer cylindrical cage 1 with the axis XX, which is provided with an annular bottom 2, while the other end is provided at 3 with thread.

In diesem Käfig sind mittels eines Keils 4 die beiden Abschnitte 5 und 6 einer Mutter gleitend verkeilt, zwischen welchen ein Spiel 7 vorgesehen ist. Der Abschnitt 5 legt sich gegen den ringförmigen Boden 2 des Käfigs 1. Er besitzt eine Ausnehmung, in welche ein drehfest mit ihm verbundener Zahnkranz 8 eingesetzt ist. Ebenso besitzt der Abschnitt 6 eine Ausnehmung, in welche ein drehfest mit ihm verbundener Zahnkranz 9 eingesetzt ist.
An dem Mutterabschnitt 6 stützt sich ein in das Innengewinde 3 des Käfigs 1 eingeschraubter Gewindering 12 ab. Die obige Anordnung kann sich im ganzen um die Achse X-X der Vorrichtung drehen.In this cage, the two sections 5 and 6 of a nut are slidably wedged by means of a wedge 4, between which a game 7 is provided. The section 5 lies against the annular bottom 2 of the cage 1. It has a recess into which a ring gear 8 connected to it in a rotationally fixed manner is inserted. The section 6 also has a recess into which a toothed ring 9 connected to it in a rotationally fixed manner is inserted.
A threaded ring 12 screwed into the internal thread 3 of the cage 1 is supported on the nut section 6. The above arrangement can rotate as a whole about the axis XX of the device.

609 537/210609 537/210

Die beiden Abschnitte 5 und 6 der Mutter sind innen mit Schraubengewinden versehen, und auf der Achse X-X ist eine mit einem Schraubengewinde 15 versehene Schraube 14 angeordnet.The two sections 5 and 6 of the nut are provided with screw threads on the inside, and a screw 14 provided with a screw thread 15 is arranged on the axis XX.

In dem Ringraum zwischen der Mutter 5, 6 und der Schraube 14 sind Rollen 16 angeordnet, deren jede mit einem Schraubengewinde 17 versehen ist, welches mit der Mutter und der Schraube im Eingriff steht. Dieses Gewinde 17 hat den gleichen Steigungswinkel wie das Gewinde der Mütter.In the annular space between the nut 5, 6 and the screw 14 rollers 16 are arranged, whose each is provided with a screw thread 17 which engages the nut and the screw stands. This thread 17 has the same pitch angle as the thread of the mother.

Jede Rolle ist an jedem Ende mit einer Stirnverzahnung 18 bzw. 19 versehen, welche unmittelbar in das Gewinde 17 eingeschnitten ist und mit dem entsprechenden, mit dem Mutterabschnitt 5 bzw. 6 fest verbundenen Zahnkranz mit Stirnverzahnung 8 bzw. 9 im Eingriff steht. Das Verhältnis der Zähnezahlen der Verzahnung 18 (oder 19) und der Verzahnung 8 (oder 9) ist gleich dem Verhältnis der Zahl der Gewinde der Mutter und der Rollen, und infolge des doppelten Eingriffs einerseits der Stirnverzahnungen der Mutter und der Rollen und andererseits der Schraubengewinde erleiden die Rollen bei ihrer Drehung in der Mutter keine Längsverschiebung in bezug auf die Mutter.Each roller is provided with a spur toothing 18 or 19 at each end, which directly into the Thread 17 is incised and firmly connected to the corresponding with the nut section 5 and 6, respectively Ring gear with spur teeth 8 or 9 is in engagement. The ratio of the number of teeth of the Toothing 18 (or 19) and toothing 8 (or 9) is equal to the ratio of the number of threads the nut and the rollers, and as a result of the double engagement on the one hand the spur gears the nut and the rollers and on the other hand the screw thread suffer the rollers as they rotate no longitudinal shift in the mother with respect to the mother.

Zur Erleichterung des Zusammenbaus werden die Rollen durch glatte Zapfen 20 und 21 verlängert, welche in zwei Ringe 22 bzw. 23 eingesteckt sind.To facilitate assembly, the rollers are extended by smooth pins 20 and 21, which are inserted into two rings 22 and 23, respectively.

Das Gewinde 17 einer jeden Rolle hat im Querschnitt ein konvexes Profil, welches durch zwei Kreisbögen a-b und b-c (F i g. 2) gebildet wird und in bezug auf eine zu der Längsachse X-X der Vorrichtung senkrechte Querebene symmetrisch ist.The thread 17 of each roller has a convex profile in cross section, which is formed by two circular arcs ab and bc (FIG. 2) and is symmetrical with respect to a transverse plane perpendicular to the longitudinal axis XX of the device.

Die obige Vorrichtung hat eine an sich bekannte Bauart, sie unterscheidet sich jedoch von den bekannten Ausführungen durch das Profil des Gewhvdes 13 der Mutterabschnitte 5 und 6 und des Gewindes 15 der Schraube 14.The above device is of a type known per se, but it differs from the known ones Executions by the profile of the thread 13 of the nut sections 5 and 6 and the thread 15 of screw 14.

Die bisher für die Mutter und die Schraube benutzten Profile waren dreieckige oder trapezförmige Profile mit geraden oder konkaven Flanken, deren genaue Ausführung häufig schwierig ist, während die erfindungsgemäß benutzten Profile folgende sind:The profiles previously used for the nut and the screw were triangular or trapezoidal Profiles with straight or concave flanks, the exact execution of which is often difficult, while the Profiles used according to the invention are as follows:

Das Schraubenprofil 13 des Mutterabschnitts 5 (Fig. 2) besitzt im Querschnitt eine allgemein trapezförmige Form, welche an ihrem Scheitel eine Abflachung 24 und auf jeder Seite dieser Abflachung eine schmale Abschrägung 25 aufweist, welche zwischen dieser Abflachung und einem ausgesparten Fußteil der Flanke des Gewindes gebildet ist, welche einen Abschnitt 26 aufweist, welcher der Abschrägung 25 benachbart und etwas stärker als diese geneigt ist.The screw profile 13 of the nut section 5 (Fig. 2) has a general cross-section trapezoidal shape, which has a flat 24 at its apex and this flat on each side has a narrow bevel 25, which is recessed between this flat and a The foot part of the flank of the thread is formed, which has a section 26, which is the bevel 25 adjacent and slightly more inclined than this.

Das Gewinde des Mutterabschnitts 6 weist die gleiche Form auf.The thread of the nut section 6 has the same shape.

Das Gewinde 17 der Rollen stützt sich nur an den Abschrägungen 25 ab, und zwar bei dem Mutterabschnitt 5 links und bei dem Mutterabschnitt 6 rechts, wenn diese beiden Abschnitte axial an den Rollen mittels des Ringes 12 festgezogen sind.The thread 17 of the rollers is supported only on the bevels 25, namely in the nut section 5 left and right at the nut section 6 when these two sections axially to the Rollers are tightened by means of the ring 12.

Diese Abschrägungen 25 haben meistens ein konkaves Profil.These bevels 25 mostly have a concave profile.

Ihr Krümmungshalbmesser wird im allgemeinen in der in der schweizerischen Patentschrift 330 595 angegebenen Weise in Funktion des Krümmungshalbmessers des Gewindes der Rolle und der Zahl der Gewinde der Mutter und der Schraube bestimmt. In Vorrichtungen, welche zur Aufnahme geringer axialer Belastungen bestimmt sind, können diese Abschräguogen auch ein geradliniges Profil erhalten, insbesondere wenn die Mutter aus einem einzigen Stück besteht und daher immer auf dem gleichen Berührungsdurchmesser arbeitet.Its radius of curvature is generally specified in the Swiss patent 330 595 specified manner as a function of the radius of curvature of the thread of the roller and the number the thread of the nut and the screw is determined. In devices that are designed to accommodate less axial loads are determined, these bevels can also be given a straight profile, especially if the mother consists of a single piece and therefore always on the same Contact diameter works.

Das Schraubengewinde 15 der Schraube 14 (Fig. 3) weist ebenfalls im Querschnitt eine allgemein trapezförmige Form auf und weist an seinem Scheitel eine Abflachung 27 und beiderseits derselben eine schmale Abschrägung 28 auf, welche zwischen dieser Abflachung und einem ausgesparten Fußteil der Flanke des Gewindes gebildet ist, welche einen Abschnitt 29 aufweist, welcher der Abschrägung 28 benachbart und etwas stärker als diese geneigt ist.The screw thread 15 of the screw 14 (Fig. 3) also has a general cross-section trapezoidal shape and has a flat 27 at its apex and on both sides of the same a narrow bevel 28, which between this flat and a recessed foot part the flank of the thread is formed, which has a section 29 which corresponds to the bevel 28 adjacent and slightly more inclined than this.

Das Gewinde 17 der Rollen stützt sich an den beiden gegenüberliegenden Abschrägungen 28 in der in F i g. 3 dargestellten Weise ab.The thread 17 of the rollers is supported on the two opposite bevels 28 in FIG F i g. 3 shown way.

Die Abschrägung 25 des Gewindes 13 der Mutterabschnitte 5 und 6 besitzt eine radiale Breite h (Fig. 2), welche angenähert gleich der radialen Breite i des Abschnitts 26 ist und sich beiderseits des mittleren Flankendurchmessers Dp des Gewindes erstreckt, welcher der Durchmesser ist, für welchen die Breiten H bzw. F der Gewindegänge bzw. der Lükken zwischen diesen gleich sind. Die Strecke J, über welche das Gewinde 13 gegenüber dem mittleren Flankendurchmesser Dp des Gewindes vorspringt, ist stets verhältnismäßig gering und beträgt größenordnungsmäßig ein Achtel der Breite des Gewindes H an dem mittleren Flankendurchmesser. Dieser Vorsprung bleibt stets erheblich kleiner als bei den normalen Gewinden, bei welchen nicht ein Viertel dieser Breite überschritten wird.The bevel 25 of the thread 13 of the nut sections 5 and 6 has a radial width h (Fig. 2) which is approximately equal to the radial width i of the section 26 and extends on both sides of the mean pitch diameter Dp of the thread, which is the diameter for which the widths H and F of the threads or the gaps between them are the same. The distance J over which the thread 13 projects with respect to the mean pitch diameter Dp of the thread is always relatively small and is of the order of an eighth of the width of the thread H at the mean pitch diameter. This projection always remains considerably smaller than with normal threads, which do not exceed a quarter of this width.

Die Abschrägungen 28 des Gewindes 15 der Schraube 14 besitzen eine radiale Breitek (Fig.3), welche kleiner als die radiale Breite m des Abschnitts 29 ist. Sie liegen vollständig zwischen dem mittleren Flankendurchmesser Dp des Gewindes und dem Grund desselben.The bevels 28 of the thread 15 of the screw 14 have a radial width k (FIG. 3) which is smaller than the radial width m of the section 29. They lie completely between the mean pitch diameter Dp of the thread and the base of the same.

Die beiden symmetrischen Abschrägungen 25 bilden einen Winkel A von 80°, so daß die Schräglage dieser Abschrägungen in bezug auf die Achse X-X der Vorrichtung 50° beträgt.The two symmetrical bevels 25 form an angle A of 80 °, so that the inclination of these bevels with respect to the axis XX of the device is 50 °.

Die ebenfalls symmetrischen Abschnitte 26 der Flanke des Gewindes bilden einen Winkel B von 60°, so daß diese Abschnitte 26 in bezug auf die Achse X-X der Vorrichtung eine Schräglage von 60° aufweisen.The likewise symmetrical sections 26 of the flank of the thread form an angle B of 60 °, so that these sections 26 are inclined at 60 ° with respect to the axis XX of the device.

Obwohl diese Werte gute Ergebnisse ergeben, kann in Ausführungsabwandlungen die Schräglage der Abschrägung 25 auf einen unter 50° liegenden Wert gebracht werden, während die Schräglage des Abschnitts 26 auf 60° gehalten oder gegebenenfalls vergrößert wird.Although these values give good results, the inclined position can be used in modifications the bevel 25 can be brought to a value below 50 °, while the inclination of the Section 26 is held at 60 ° or, if necessary, enlarged.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsabwandlung bildet der flache Abschnitt 30 des Scheitels des Gewindes der Schraube 14' eine Rollbahn für die Rolle 16'. Diese Ausbildung, welche auch zwischen der Mutter und den Rollen getroffen werden kann, gestattet der Vorrichtung, sehr starke radiale Belastungen aufzunehmen.In the variant embodiment shown in FIG. 4, the flat section 30 forms the apex of the thread of the screw 14 'forms a runway for the roller 16'. This training, which too can be taken between the nut and the rollers, allows the device to be very strong absorb radial loads.

Bei dieser Ausführungsform liegt die Abschrägung 28' mit der Breite kf beiderseits des Teilkreisdurchmessers. Bei Ausführungsabwandlungen kann der flache Abschnitt 30 auch auf dem Teilkreisdurchmesser oder gegebenenfalls tiefer als dieser liegen.In this embodiment, the bevel 28 'with the width kf lies on both sides of the pitch circle diameter. In the case of design modifications, the flat section 30 can also lie on the pitch circle diameter or, if necessary, lower than this.

Die für die Gewinde 13 bzw. 15 der Mutter bzw. der Schraube angegebenen Profile erzeugen weniger Reibung als die üblichen dreieckigen oder trapez-The profiles specified for the thread 13 or 15 of the nut or screw generate less Friction than the usual triangular or trapezoidal

förmigen Profile und sind leichter als die bereits vorgeschlagenen Gewinde mit einem konkaven spitzbogenförmigen Profil herzustellen. shaped profiles and are easier to produce than the already proposed thread with a concave ogival profile.

Die Abschrägungen, welche allein axial mit den Rollen zusammenwirken, stellen nämlich nur einen Teil der Flanke des Gewindes dar und können bequem während eines letzten Arbeitsgangs, z. B. bei einem Schleifvorgang oder beim Einschleifen der oberen Ecke des Gewindes, gebildet werden, nachdem das Werkstück den Wärmebehandlungen unterworfen wurde, welche ihm seine Härte erteilen.The bevels, which only interact axially with the rollers, represent only one Part of the flank of the thread and can easily be used during a last operation, e.g. B. at after a grinding process or when grinding the upper corner of the thread the workpiece has been subjected to the heat treatments that give it its hardness.

Die Abschrägungen können gegebenenfalls auch mittels eines Walzvorgangs hergestellt werden, welcher in einem allmählichen radialen Andrücken von Rollen gegen das Werkstück während der Drehung der Vorrichtung besteht.The bevels can optionally also be produced by means of a rolling process, which in a gradual radial pressing of rollers against the workpiece as it rotates the device consists.

Die Tatsache, daß die Abschrägungen an ihren beiden Rändern ausgespart sind, erleichtert ihre Herstellung. The fact that the bevels are recessed on both of their edges facilitates their manufacture.

Gegebenenfalls braucht nur die Mutter oder die Schraube eines der beschriebenen Spezialgewinde aufzuweisen.If necessary, only the nut or screw needs one of the special threads described to have.

Claims

Patent claims:

1. Differential roller screw drive, in which between a spindle and a nut part, for. B. a coaxial spindle nut, thread rolls are arranged, the thread is in engagement with these two parts, characterized in that the thread of at least one of these parts, ie the engaging part (14) or the encompassing part (5-6) on his The apex has a flat (27-24) located in the vicinity of the mean pitch diameter (Dp) of the thread and that the rollers (16) are supported axially and only on a narrow bevel (28-25) which rotates between this flat and one Foot part of the thread flank is formed.

2. Screw drive according to claim 1, characterized in that the bevel (28-25) lies on both sides of the mean pitch diameter (Dp) of the thread, the distance (s) by which the thread projects with respect to this pitch diameter is smaller than a Quarter of the width (H) of the thread on this pitch diameter.

3. Screw drive according to claim 1, characterized in that the flat (27-24 ) lies on the mean pitch diameter (Dp).

4. Screw drive according to claim 1, characterized in that the undercut foot part has a section (29-26) which is adjacent to the bevel (28-25) and inclined slightly more than this.

5. Screw drive according to claim 1 with rollers with a thread with convex flanks, characterized in that the bevel (28-25) has a concave profile.

6. screw drive according to claim 1, characterized in that the thread of the rollers (16 ', F i g. 4) has a flat base section, which has no noticeable play with the flat (30) cooperates.

7. Screw drive according to claim 1, α3αμΓΰ! Ι characterized in that the bevel (28-25) with the axis (XX) of the device forms an angle of at most 50 °, while the adjacent more inclined part of the threaded flange (29-26) with this axis (XX) forms an angle of at least 60 °.

Considered publications:
German patent specifications No. 1 043 743, 1141147.

1 sheet of drawings