DE1927767A1 - Waelzschrauben-Element - Google Patents

Description

• Wälzschrauben-Element.
• Schraubenspindeln üblicher Bauart findem ale Antriebselemente in der Praxis verhaltmismäsig wenis Verwendung, da die Gleitflächen zwischen Muttern und Schrauben erbebliche Relbverluste und @umit auch Verschlels verarsachem. Man hat sich daher bemüht, die Gleitreibung durch nellreibung zu ersetzen. Se werden aus Beispiel die Gewindegängs im Gewindeprofil se ausgebildet, das Kugelm in ihmem sbwälzes kösnen. Diese kugeln laufes im Mutternkörper in Gängen, welche sie in einer Endlage mit dem Gewindegang der Schraube außer Eingriff bringen, wo-bei sie in eine neue Ausgangsluge transportiert werden und in dieser den Eingriff wieder herstellen.
• Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß die Herstellung der erwähnten Bauelemente schwierig ist, wobei auch die Gewindeprofile an die verwendeten Kugeln angepaßt werden müssen. Für ein normales Gewinde von zur Beispiel 600 Flankenwinkel sind diese Gerätschaften nicht verwendbar. Auch bereitet es Schwierigkeiten, die Mutternkürper von der Schraube so abzunchmen, daß die Kugeln nicht herausfallen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschildertem Machteile zu vermeides und eine Getriebeanordnung zu schaffem, die keine Gleitkugeln benütigt und im Gebrauch zuverlässig und verschleisfest arbeitet und praktisen wartungsfrei ist.
• Erfindungsgemäßwird die gestelite Aufgabe dadurch gelüst, daß die kinematische Tatsache nutzbar gemacht wird, daß Schraubenmuttern, die einen größeren Flankendurchmesser als der Schraubenbelzen habenm auf winem MeMr oder Weniger großen Unfang der Gewinde flanken abwälzen können, wenn dieser - zum Beispiel um eine waagerechte Achse - gedreht wird. Je nach Art des Gewindes können die Ausführungen eines Schrauben getriebes nach der Erfindung sehr verschieden sein, wie die folgenden Ausfklhrungen zeigen.
• als neuartige Wälzschrauben-Element nach der Erfindung besteht nus einer Gewinde-Mutter, die auf: dem Gewindebolzen nicht gleitet, sondern sich abwälzi und sich mit der Differenz-Geschwindigkeit verschiebt.
• Sind diese Wälzuttern größer als der Schraubendtirchuesser, so können Muttern und Schrauben mit den Steigungen @ a, - a und o kombinient werden.
• Es können sich dabei die Steigungen addieren und subtrahieren. Es ist zum Beispiel mäglich, mit verhälatnimäßig grobem Gewinde sehr kleine, summarische Steigungen zu ernengen. Schraubbewegungen entstchen aber auch durch "Gewindsbolzen" mit Steigung "0" (Hillenstangen).
• Da sich die Muttern erfindungsgemäß auf den Schrauben abwälzen, wird der technische Vorteil erzielt, daß sie gleitreibungsfrei arbeiten, leichtgängig sowie verschleißarm und wartungsfrei sind. Kombinutionen aus mehreren ftollmuttern (zum Beispiel drei) ergeben formschlüssige, spielarms Muttern- Einheiten. Das Gewindeprofil ist zweckmäßig den bekannten Normen angepaßt, kann aber auchanders ausgeführt werden.
• Anhand der Zeichnung sei der Erfindungsgedanke näher erläutert.
• Es zeigen - je in Draufsicht -Fig. 1 eine Rechts- und eine Links schraube in.Draufsicht, in bekannter Art, Fig. 2 eine Itillenmutter und eine Rillenschraube nch der Erfindung, sowie eine Rechtsmutter, Fig. 3 eine Rechtsiutter, eine Linksmutter, sowie eine Rillensutter, Fig. 4 die Kombination einer Rechtsschraube mit drei Rillenmuttern.
• Wenn man von Schrauben spricht, denkt man normalerweise an solche mit rechts steigendem Gewinde (Fig. 1).
• Sie werden am häufigsten gebraucht (Rechtsschrauben mit Rechtsruttern). Aber auch Gewinde mit linker Steigung sind gelegentlich ueblich, wenn zum Beispiel eine Gegenbewegung zu einem Schraubengetriebe mit rechter Steigung ausgeführt werden soll (Links schraube mit Linksmutter).
• Die Art des Gewindes ist bestimmt durch seine Ganghöhe h (Schraube = hl, Mutter = h2) und seinen Steigungswinkel ß (+ß = rechtsgängig, -ß = linksgängig).
• Schrauben, welche keine Steigung haben, waren bisher nicht bekannt; sie werden im nachfolgenden als "Sohrauben" bezeichnet. Sie sehen üblichen Schrauben und Muttern sehr ähnlich, haben aber anstelle des Gewindes nur Rillen vom Profil und Abstand eines normalen Gewindes (Rillenschrauben und Rillenmuttern).
• ihre Rillenebenen stehen senkrecht zur Schraubenachse, haben also keinen Steigungswinkel (ß = 0). Auf eine solche "Rillenschraube" kann -keine normale Mutter "aufgeschraubt" werden. Wählt man sie aber etwas größer als den Durchmesser der "Rillenschraube", so kann man sie mit einem Teil des Umfanges ihres Gewinde-Profils mit den Rillen in Eingriff bringen. Die Mutter hängt dann gewissermaßen auf der "Schrube"; beide Achsen fallen nicht mehr wie sei einer normalen Schraub-Verbindung zusammen.
• Dreht man die Rillenschraube mit dieser "zu großen" Mutter um eine waagerechte Achse, so wälzen sich die Profilflächen beider Teile aufeinander ab, im wesentlichen ohne zu gleitenl Dabei bewegt sich die Mutter in aohsialer Richtung. Diese Bewegung ist umso kleiner, je größer der Dunhsesserunterschied zwischen Rillenschraube- und Gewindemutter ist. Verhindert man bei einer solohen Kombination die Drehung der Mutter, so gleiten die Gewindeflanken aufeinander.
• Die Verschiebung wird von der Steigung des sich drehenden Teiles bestimmt.
• Da die Rillenschraube keine Steigung hat, bleibt die Mutter in diesem Felle stehen.
• Wird nur die Mutter gedreht und die Rillenschraube stillgesetzt, so verschiebt sie sich entsprechend ihrer Steigung. Ähnlich verhält es sich bei der umgekehrten Kombination: Rillenmutter auf Gewindeschraube.
• Mit einer Rillenschraube können zum Beispiel Mutter mit linker, rechter und ohne Steigung kombiniert werden (Fig. 3).
• Bei einer gleichbleibenden Drehrichtung der Rillenschrauben verschieben sich auf ihr (kein Steigungswinkel!) je eine links- und rechtsgängige Mutter in entgegengesetzter Richtung während die Rillenmutter in Ruhe bleibt, wie es auch anschaulich das Modell zeigt.
• Wie sind dabei die Zusammenhänge? Die Steigung (Ganghöhe) hx eines Gewindes ist mathematisch festgelegt durch den Flanken- dx, die Anzahl der Gewindegänge n und den Steigungswinkel n: (1) hx = dx# nx # tgß Da Muttern ud Schrauben im Eingriff stehen sollen, müssen die Steigungen (Ganghöhen) beider Schraubenteile gleich sein. Sind d1 und d2 die Eingriffsdurchmesser voll Schraube und Mutter, so kann die summarische Steigung A h, das heißt die Verschiebung je Schraubenumdrehung berechnet werden. Es ist: (2) # h = h1-h2#d1/d2 ; h1 und h2 aus (1) eingesetzt, ergibt (3) # h = d1 # # # (n1 # tg B2 - Tg B2) Beispiel I: Bei der kombination Hillen-Schraube mit normaler, eingängiger Gewinde-Mutter wird B1 = 0, n2 = 1 und wird (5) # h = h2 # d1/d2: Rillenschraube mit Gewindemutter.
• -Es ist also möglich. itt einer Schraube ohne Steigungswinkel eine Verschiebung zu erzeugen, wenn eine normale Mutter auf ihr abwälzt (nicht gleitet).
• Beispiel II: ( ;Umkehrung von Beispiel I) Bei einer Gewindeschraube mit Rillenmutter wird ß2 = O, n1 = 1 und (6) b h - diii . tg B1 ; mit Formel l wird dann (6) # h = h1 Daraus folgt: Die Rillenmutter verschiebt sich auf der Gewinde schraube sowohl bei Abwälzen als auch beim Gleiten nach dem Maß der Gewindesteigung.
• Für genaue Vorschubbewegungen zum Beispiel an Werkzeugmaschinen kann man also diese Eombination gut verwenden, da der Vorschub vom evtl. Schlupf zwischen Mutter und Schraube unabhängig ist.
• Die Beziehungen in der Formel (3) lassen auch erkennen, daß es viele Kombinationen von Schrauben und Muttern gibt. Die Flanken-Durchmesser können zum Beispiel positiv, negativ oder unendlich groß (Ebene) sein, die Gangzahl verschieden und die Steigungewinkel alle Werte zwischen Null und # 90 annehmen. Berücksichtigt man noch, daß die beiden im Eingriff stehenden Körper sich in der Berührungsfläche nicht nur abwälzen, sondern auch gleiten können (Relativbewegung wie zum Beispiel eine normale Mutter auf einer Schraube), so erhält man theoretisch über 3000 Getriebe-Kombinationen, von welchen einige hundert brauchbar sind.
• Betrachtet man aber nur die Steigungen als Parameter allein, so ergeben sich 9 Ausführungsarten. Ein Anwendungsbeispiel, um mit einem groben Gewinde eine feine Vorschubbewegung (hohe Übersetzung) mit gutem Wirkungsgrad zu erzeugen, (Abwälzen) ist zum Beispiel mit einer Mutter zu erreichen, welche die gleiche Gangzahl, Steigung und Richtung (links oder rechts) wie die Schraube hat, dessen Wälz-Durchmesser aber ca. 20% größer ist.
• Bei reinem Abwälzen verschiebt sich dann auch die Mutter nur um 20% der Steigung je Schraubenumdrehung (Beispiel bei : dl = 20, d2 = 24 mm h = 2,5 mm wird bhb = o,5 mm Eine praktische Ausführung von Wälzschrauben zeigt die Kombination von 3 oder 4 solcher Muttern, die mit Kugeln in einem Gehäuse so gelagert sind, daß eine formschlüssige Verbindung zwischen Muttern und Schrauben entsteht, ähnlich der Figur 4.
• Setzt man an das Schraubenende eines Getriebes mit den beschriebenen Abmessungen eine Handkurbel von ca. 60 mm Radius, so wird die Übersetzung zwischen ihrem Weg und dem Vorschub der Schraube (oder Mutter) ca. 1 : 750.
• Theoretisch können also bei diesen großen Ubersetzungen zum Beispiel mit gutem Wirkungsgrad große Schubkräfte erzeugt werden.
• Die Fig. 4 zeigt die Kombination einer Rechtsschraube mit drei Rillenmuttern.
• Ob nun die Mutter oder die Schraube angetrieben wird oder ob sie aufeinander gleiten oder abwälzen ist in allen Fällen die relative Verschiebung nur von der Steigung der Schraube und der Anzahl der Umdrehungen abhängig.
• Die Wäizschraube nach der Erfindung hat einen einfachen Aufbau. Ihr Hauptvorteil liegt darin, daß ihre Getriebeteile aufeinander abwälzen und daher die Reibungsverluste und der Verschleiß gering sind. Gegenüber den bekannten Ausführungen unterscheiden sich die neuen Bauelemente dadurch, daß sie kein besonderes Gewindeprofil benötigen. Wälzuttern können für normale Gewinde serienmäßig etwa so hergestellt werden, wie es die vorliegenden Modelle zeigen. Diese und alle anderen Kombinationen können auch als Spezialzahnräder aufgefaßt und berechnet werden.

Claims (15)

PATENTANSPRÜCHE

1.) Wälzachrauben-Element , d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein Gewindemuttern-Körper und eine Gewinde schraube aufeinander abwälzbar angeordnet sind.

2.) Välzschrauben-El ement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß sie verschiedenen Flankendurchmesser haben.

.) Wälzsachraube-Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß sie gleiche Steigungen haben.

4.) Wälzschrauben-Element nach eine. der Ansprüche 1 - 3 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie verschiedene Steigungen haben.

5.) Wälzschräuben-Element nach einem der Ansprüche 1 - 4 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mindestens eine Wälzkörpergruppe die Steigung Null hat.

Ó.) Wälzschrauben-Element nach einem der AnsprUche 1 - 5, d a d u t c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mehrere Muttern-Wälzkörper auf eine. Bolzen wälzbar angeordnet sind.

7.) Wälzschrauben-Element nach einem der Ansprüche 1 - 6 d a d u r c h g e k e n n z e i e h n e t , daß mindestens drei Wälz-Xuttern zu einem Mutternkörper zusammengefaßt sind.

8.) Wälzschrauben-Element nach einem der Ansprüche 1 - 7 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mutternkörper in Wälzlagern gelagert sind.

9.) Wälzschrauben-Element nach einem der Ansprüche 1 - 8 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Wälzlager Gewinderillen aufweisen.

10.) Wälzschrauben-Element nach einem der Ansprüche 1 - 9, d a d u r c h g e k e n n z e i zu c h n e t , daß mehrere Wälzkörper gegenseitig so verstellbar angeordnet sind, daß ihr Spiel aui dem Gewindebolzen ausgeschaltet werden kann.

11.) Walzschrauben-Element naoh eine der Ansprüche 1 - 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei Wälzkörper auf einer Seite und mindestens ein Wälzkörper auf der gegenuberliegenden Seite mit dem Gevindebolzen im Eingriff stehen und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind.

12.) Wälzschrauben-Element nach einem der Ansprüche 1 - 11, d a d u r c h g e k e n n z e ic h n e t , daß mindestens ein elastisches Mittel zwischen Gehäuse und Wälzmutter vorgesehen ist.

13.) Wälzschrauben-Element nach einem der Ansprüche 1 - 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an den Körpern neben den Gevindegängen die abwälzenden Flächen solche Formen haben (zum Beispiel Zähne), daß sie nicht nur in achsialer Richtung, sondern auch auf den Umfang in formschlüssigem Eingriff bleiben.

14.) Wälzschrauben-Element nach einem der Ansprüche 1 -13, d a d u r c h g e k e n n z. e i o h n e t , daß die Schraubelemente aufeinander sowohl gleiten als auch abwälzen können.

15.) Wälzschrauben-Element nach einem der Ansprüche 1 - 14, d a d u r c h g e k e n n z e i e h n e t , daß das Gewinde sehr fein ausgeführt wird, so daß im Grenzfall reiner Reibschluß statt Formschluß entsteht.

L e e r s e i t e