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R o 1 1 s c h n e c k e n , e t r i e b e Die Erfindung betrifft ein
Schnecken- oder Schraubgetriebe mit sich kreuzenden Achsen'mit dem einstufig große
Drehzahl-Übersetzungen erzielt werden können.
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Bei den bekannten Schneckengetrieben steigen mit wachsender lrehzahlubersetzung
die mechanischen Verluste sehr stark an, sodaß der Wirkungsgrad weit unter einem
solchen eines Zahnradgetriebes liegt, das fÜr die gleiche Übersetzung ausgelegt
ist.
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Aus Wirtschaftslichkeitsgründen wird dann ein aufwendigeres, mehrstufiges
Zahnradgetriebe dem Schneckengetriebe vorgezogen.
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Selbst bei bester Schmierung und günstigster Gestaltung der Zahnform
fällt der Wirkungsgrad bei Schneckengetrieben mit gleitender Reibung sehr stark,
sobald der Tangens der Schnecken steigung sich dem Reibfaktor nähert oder gar kleiner
wird. Nachteilig ist weiter, daß Flüssigkeitsreibung eine hohe Umfangsg'eschwindigkeit
erfordert, eine Mindestdrehzahl also unbedingt erforderlich ist, um besseren Wirkungsgrad
zu erhalten.
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Um die oben beschriebenen Nachteile zu umgehen, ist vorgeschlagen
worden, die Kraftübertragung bei diesen Getrieben Über Rollkörper vorzunehmen. Es
können dabei zwischen den Zahnflanken von Schnecke und Schneckenrad Kugeln angeordnet
sein, es können am Umfang der Schnecke auf Zapfen Kugellager angeordnet sein, die
nacheinander in entsprechend geformte Zähne des Schneckenradeq eingreifen, oder
aber in einem mit der Antriebswelle umlaufenden Käfig sind einzelne Kugeln so verteilt
angeordnet, daß Jede Kugel in den nächsten Schneckenzahn einläuft und damit der
Antrieb ton der senkrecht zur Antriebswelle stehenden und auf dieter befindlichen
Laufrille auf den Sohraubengang mit Steigung des Schneckenrades Übertragen wird.
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Bei dieser Anordnung befindet sich nur jeweils eine Kugel in einem
Gang des Schneckenrades, Steigung an dem Schneckenrad sowie Anzahl der Kugeln am
Umfang der Rille an der. Antriebswelle bestimmen die Zahl der Sohne. okenradgMnge,
die zur
Kraftübertragung herangezogen werden können. Im Mittel dÜrften
zwei Gange der Schnecke im Eingriff sein, sodaß im Interesse einer großen Kraftilbertragung.relativ
große Kugeln verwendet werden müssen, womit derartige Getriebe auch große3aumaße
haben. Die Führung der Kugeln in einem Käfig zwischen Antriebswelle und Schneckenrad
beansprucht Platz, sodaß für die eigentlichen Laufrillen nur eine Tiefe von etwä
einem Viertel des Kugeldurchmessers Übrig bleibt.
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Damit kann der Eingriffswinkel kaum unter 45° gewählt werden.
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Dieser Eingriffswinkel ist ungünstig.
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Obwohl der Wirkungsgrad der genanntan Getriebe, soweit sie zum Einsatz
gekommen sind, sehr hoch liegt, haftet ihnen der Nachteil der geringen KraftÜbertragung
und damit erheblichen Baugröße an.
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Gegenstand der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und
den Bau von Rollschneckengetrieben zu ermöglichen, die in der Lage sind, bei hohem
Wirkungsgrad und kleiner Bauweise große Kräfte bei großen Drehzahlbersetzungen su
Übertragen.
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Erfindungsgemäß 8011 das durch folgende Maßnahmen erreicht werden:
Schnecke und Schneckenrad sind Über Kugeln im Eingriff, die geführt werden in einer
Laufrille an der Schnecke,. die in mehreren Windungen mit einer der Drehzahlübersetzung@
entsprechenden Steigung verläuft. Die Ausbildung der Laufrille an der Schnecke und
der Schraubgänge am Schneckenrad entspricht den Kugellaufbahnen eines Kugellagers,
wobei die Laufbahnradien so angeordnet sind, daß der kleinstmöglichste Eingriffswinkel
möglich ist.
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Die umlaufenden Kugeln werden nach Durchlaufen der Laufrillenwindungen
an der Schnecke durch die Schnecke selbst in einer Bohrung an den Anfang der laufrille
zurückgeführt.
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Die nicht mit dem Schneckenrad im Eingriff befindlichen Kugeln können
unter einer die Schnecke im fraien Raum umschließenden,
vorsugsweise
aus Kunststoff gefertigten Haube abrollen.
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Die Haube soll gegen die Schnecke angefedert sein, damit die frei
umlaufenden Kugeln möglichst geräuschlos abrollen.
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Vorteilhaft kann die Schnecke ein Globoid sein, damit der Abstand
der Kugellaufbahnen von Schnecke : zu Schnecken.rad über den ganzen Einy'rifsereich
gleich ist.
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Die Einzelheiten, sowie weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den
nachfolgenden Beschreibungen der Zeichnungen hervor.
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Fig. 1 zeigt den Grundaufbau des Rollschneckengetriebes.
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Fig. 2 zeigt die Ausbildung der Laufrillen mit Eingriffswinkel Fig.
3 zeigt Führungsmöglichkeiten der Kugeln in der Laufrille.
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Fig. 4 zeigt eine KugelfÜhrung mit Druckfeder Nach Fig. 1 wird das
Schneckenrad (2) über die Kugeln (8) von der Schnecke angetrieben. Schneckenrad
(2) und Schnecke (1) können ohne Kugeln frei gegeneinander bewegt werden, Jedoch
kann der frei spalt so gering gehalten werden, wie es toleranzmäßig bedingt ist,
sodaß die Laufbahnrillen (3) an der Schnecke und (4) am Schneckenrad pSktiæch eine
Tiefe gleich der Hälfte des Kugeldurchmessers haben.
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Schnecke (1) ist als Globoid ausgebildet und hat am Umfang ein eingängiges
Laufrillengewinde (3), dessen Anfang und Ende Übergehen in die schräg durch die
Schnecke (1) angeordnete Bohrung (6), durch die der Kugelrücklauf vdbtatten geht.
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An diesem Übergang von der Laufrille (3) zur Bohrung (6) befindet
sich fest verbunden mit der Schneckenwelle ein Leitblech (7), das an einem Ende
der Schnecke die umlaufenden Kugeln von der Laufrille (3) in die Bohrung (6) führt
und am anderen Ende diese von der Bohrung (6) wieder in die Laufrille (5) führt.
Damit ist ein geschlossener Kugelumlauf gegeben.
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Die Laufrille (3) der Schnecke wird durchweg mit dem gleichen Profil
geschliffen, damit bleiben die Wälzverhältnisse an der Schnecke (1) konstant. Die
Laufrillen der Schneckenradgänge (4).
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dagegen werden mit einem einem Schleifkörper geschliffen,
der
dem Schneckenkörper gleicht und entsprechend der Schnecken laufrille (3) positive
Windungen hat. Durch das Schleifen mit diesem Körper, sowie der unterschiedlichen
Steigung der Schneckenwindungen erhalten die geschliffenen Schneckenradgänge (4?
laufend ein verändertes Profil, das in der Mitte des Schneckenrades, also am kleinsten
Durchmesser, dem der Schneckenradlaufrille (3) gleicht, zu den Enden hin weiter
wird und lii Flanken aufweist, die wesentlich flacher sind. An diesen Flanken (11)
wird die Schmiegung immer geringer, damit die Tragfähigkeit der Schneckenradgänge
(4) geringer.
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Dieser Umstand dürfte jedoch nicht nachteilig sein, da die Schneckenradgänge
(4) viel weniger Überrollt werden, als die Schneckenlaufrillet (3), sodaß für die
Auslegung des Getriebes die Tragfähigkeit der Schneckenlau'rrilemaßgebend ist.
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Wie bei einem Üblichen Schneckengetriebe kann nach den eben geschilderten
Verhältnissen die Breite des Schneckenrades nur begrenzt ausgelegt werden, da sonst
das Ende der Schneckenrad gänge zu spitz auslaufen wÜrde. Jedoch kann die Schnecke
selbst mit einem größeren Durchmesser ausgelegt werden, da infolge des geringen
Rollwiderstandes der Kugeln die geringere Steigung der Schnecke mit größerem Durchmesser
fÜr den Wirkungsgrad des Getriebes kaum von Bedeutung ist, wohl aber eine weit größere
Zahl von Kugeln untergebracht werden können.
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Solche Getriebe haben noch bei einer hundertfachen Drehzahlreduzierung
einen Wirkungsgrad, der Über 90% liegt, sodaß mit wesentlich kleineren Antriebsleistungen
die gleichen Abtriebsleistungen ersielt werden können wie bei den herkömmlichen
Schneckengetrieben. Der Wirkungsgrad liegt ebenfalls höher als bei Zahnradgetrieben
mit dem gleichen übersetzungsverhältnis.
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Der Vorteil des einstufigen Baues liegt auf der Hand.
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Die nicht im Eingriff befindlichen frei umlaufenden Kugeln werden
durch eine Haube (9), die die Schnecke (1) bis zum Schneckenrad (2) umschließt1
in der Laufrille (3) der Schnecke (1) gehalten und können zwischen dieser und der
Haube (9) abrollen.
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Vorteilhaft wird diese Haube aus Kunstoff hergestbllt und außerdem
mit einer Feder (10) an die Schnecke (1) gedrückt, um geräuschlosen Ablauf der Kugeln
zu erzielen.
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Dieser spiellose Lauf der Kugeln unter der Haube (9) ermöglicht weiter
einen bessen Übergang der Kugeln (8) in die Schneckenradgänge (4).
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Fig. 2 stellt die Laufbahnverhältnisse dar. Wie schon dargelegt, hat
die Lauibahnrille der Schnecke (3) immer das gleiche Profil.
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Da die Tife gleich einem halben Kugeldurchmeser ist, kann die Flanke
(12) so gestaltet werden, daß der Eingrifiswinkel sehr klein gehalten werden kann.
Dies gilt vor allem im Bereich der Schneckenmitte.
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Bei größeren Getrieben und Verwendungvon größeren Kugeln wird es zweckmäßig
sein, die einzelnen Kugeln nach Fig. 3 in einem Käfig zu führen. Dazu wird jede
Kugel (8) in einer Tasche (13) gehalten. Die einzelnen Taschen (13) sind an einem
elastischen Band (14) befestigt. Dieses Band (14) wird geführt in einer Nut (15),
die sich am Grund der Schneckenlaufrille (3) befindet. Die Taschen (19) sind gegen
die Schneckenradseite offen, damit können die Kugeln (8) an der Haube (9) ahrollen.
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Dies ist notwendig, denn die auftretenden Fliehkräfte an den Kugeln
(8) wachsen mit der Kugelgröße und können von dem Käfigband (14) nicht aufgefangen
werden.
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Eine einfache Möglichkeit der Kugelführung zeigt Fig. 4.
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Zwischen den einzelnen Kugeln (8) befinden sich Federn (16), die die
Kugeln (8) auf einen geringen Abstand halten. Diese Federn (i6) sind an den Enden
mit großen Windungen versehen, die die Kugeln (8) umschließen, während die mittleren
Windungen kleiner gehalten sind, sodaß auch bei Umlenkung der Kugeln (8) von der
Laufrille (3) in die Bohrung (6) keine Störungen auftreten.
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Auf diese Möglichkeiten der Kugelführung iet die Erfindung nicht beschränkt,
es können vielseitige Maßnahmen getroffen werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen.