DE1949049A1

DE1949049A1 - Spindeltrieb

Info

Publication number: DE1949049A1
Application number: DE19691949049
Authority: DE
Inventors: Robert Dr-Ing Gaertner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1969-09-29
Filing date: 1969-09-29
Publication date: 1971-04-01
Also published as: DE1949049B2; DE1949049C3

Description

Titel: "Spindeltrieb" Es ist bekannt, bei Spindeltrieben, bei denen eine Umwandlung von Drehmomenten in geradlinig wirkende Schub-oder Zugkräfte oder umgekehrt stattfindet, Wälzkörper zwischen den Gewindeflanken von Spindel und Mutter ansuordnen.
Bei mehreren bekannten Xonstruktionen werden die Wälzkörper über Umlenkungskanäle zurückgeführt. Der Wirkungsgrad einer solchen Ausführung wird jedoch durch Stauungen der Wälzkörper nicht unerheblich gesenkt. Desgleichen sind Konstruktionen bekannt, bei denen zwischen der eigentlichen Gewindespindel und der Mutter Satellitenspindeln angeordnet sind. Durch die dadurch bedingte mehrfache Kraftumlenkung entstehen unerwünschte Reibungsverluste.
Weiterhin sind Spindel-rälzführungen bekannt, bei denen Kegelrollen in die Gewindegänge eingreifen. Dabei kommt es wegen der Linienberührung zwischen den Kegelrollen und dem Gewindegang zu einer unerwünscht hohen Pläohenprsarung.
Ferner sind die Kraftübertragungsverhältnisse bei dieser Konstruktion ungünstig. Nachteilig wirken sich auch die durch diese Konstruktion bedingten kleinen Abwälzdurchmesser der Kegelrollen aus, da sie zu einer hohen Drehzahl derselben führen0 Zweck der Erfindung ist es in erster Linie, die örtliche Plächenberührung, d.h. Hertzsche Plächenpressung, an den Kraftübertragungsstellen zwischen Gewinde spindel und Wulstring der Rolle möglichst gering zu halten. Damit erhält man eine sehr kleine Beanspruchung an den Kraftübertragungsstellen. Ferner wird gewährleistet, dass alle an der Kraftübertragung beteiligten Wälzringrollen Jeweils gleichen Anteil der Gesamtkraft übertragen. Diese Wirkung wird insbesondere dann erzielt, winn bestimmte Glieder des Übertragungssystems gegeneinander elastisch gelagert werden.
Bei einer solchen Ausbildung des Spindel-Muttersystems lassen sich Wirkungsgrade erzielen, die 90% wesentlich überschreiten. Auf diese Weise werden Bearbeitungsungenaulgkeiten, Gewindesteigungsfehler, Abnutzungen, die Einflüsse thermischer Ausdehnungen und derglO unmittelbar und direkt über die elastischen Glieder ausgeglichen, und es kommt auch. bei erheblioher Steigerung der Einflüsse erwähnter Art zu keiner ungleichmässige Lastverteilung auf die einzelnen wälzringrollen0 Darüber hinaus können auch Stosseinwirkungen und durch grosse Beschleunigungen, z.B. während des Anfahrens und yerzdgerns, bedingte Kräfte durch die elastischen Glieder schonend aufgenommen werden. Teilt man das Muttergestell durch eine die Achse der Gewindespindel enthaltende Ebene z.B. hälftig, so kann man durch Mechanismen, wie sie z.B. zum Entkuppeln für Eilrückläufe und dergl. verwendet werden, auch bei dem Erfindungsgegenstand auf einfache Weise ein Aus- und Einkzppeln zwischen Gewindespindel und Muttersystem erreichen.
Die Art des Spindelgewindes ist für das Wesen der Erfindung nicht ausschlaggebend; erfindungsgemäss können Gewindespindeln mit Rundgewinde, Flachgewinde, Sägezahngewinde, Trapezgewinde, wie auch von beliebigen Kurven begrenzte Gewindeflanken in unsymmetrischer oder symmetrischer Form angewendet werden.
Das oben erwähnte elastische Verhalten, das die gleichmässige Lastverteilung auf alle Wälzringrollen garantiert, kann erfindungsgemäss z.B. dadurch realisiert werden, dass in dem Übertragungskraftfluss von der Gewinde spindel auf die Wälzringmutter Blattfedern, Ssiralfedern, Schraubenfedern, Tellerfedern, wie auch elastische Einrichtungen anderer Art, z.B. gummielastische Verbindungen, öl- oder lufthydraulische Pufferungen und dergl. angeordnet werden.
En elastisches Verhalten begrenzter Art kann ferner auch durch passende Einstiche oder Einschnitte an den Wulstringen der Wälzringe, z.B. durch entsprechende Eindrehungen der Gewindespindel und dergl., erzielt werden.
Äuch können die Mittel ur Erzielung der gewünschten Elastiität beliebig miteinander kombiniert werden.
Die erfindungsgemäss gestalteten elastisch wirkenden Wälzringmuttern sind insbesondere auch geeignet, grosse Querkräfte und Quermomente aufzunehmen.
In den anliegenden Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemässen Spindeltriebs dargestellt.
Figuren 1 und 2 zeigen schematisch und beispielsweise eine Wälzringmutter mit nur einer in das Rundgewinde der Spindel eingreifenden Wälzringrolle. Dabei stellt Fig. 1 den Aufriss und Fig. 2 den Grundriss dar.
Figuren 3 bis 5 veranschaulichen in Aufriss (Fig. 3), Grundriss (Fig. 4) und Kreuzriss (Fig. 5) eine ähnliche Anordnung wie sie in Figuren 1 und 2 dargestellt ist.
Auf Blatt 3 stellt Fig. 6 im Aufriss und Fig. 7 im Grundriss eine Anordnung dar, bei der die gleiche Belastung der zwei arbeitenden Wälzringrollen durch eine gefederte Wasgebalkreneinrichtung gewährleistet wird.
Figuren 8,9 und 10 steilen weitere Modifikationen der erfingungsgemässen Ausbildung eines Wälzrings dar0 Figuren 11 und 12 zeigen im Grundriss und Aufriss eine Wälzringmutter für eine zweigängige Spindel.
Figuren 13 bis 39 zeigen weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Im ein3elnen bezeichnen in Figuren 1 und 2 die bezugszeichen 1 die Gewindespindel, 2 die Achse einer Wälzringrolle, die sich mit der Gewinde spindel im Eingriff befindet und die Axialkraft überträgt, 3 den Wälzring, 4 den Wälzringwulst. Die übrigen Gleider stellen das Muttergestell dar, welches im einzelnen aus den folgenden Bauteilen besteht den Mutterplatten 5,6 den Distanzbolzen 7,89 zur Fixierung der Mutterplatten 5,6 und in den Mutterplatten fixierte Führungsbuchsen 10.
Das Muttergestell kann auch als ein Stück gegossen), zuwammengeschweisst oder als Stanzteil ausgebildet sein.
Es ist nicht erforderlich, dass das Muttergestell oder die entsprechend Führung die Gewindespindel ganz umfasst. Die Führung kann sich auch, den wirkenden Kräften entsprechend, nur teilweise mit Gleitstück oder Rollen auf dter Gewinde spindel abstützen, oder die Kraftaufnahme der Führung kann außerhalb erfolgen.
Die Art und Weisender Anordnung und des Eingriffs einer Wälzringrolle in die Gewindespindel ist aus Figuren 3 bis 5 ersichtlich. Hier bedeuten die Bezugszeichen 1 bis 4 dieselben Teile bzw. Linien wie in Figuren 1 und2.
Die Mittellinie der Achse 2 liegt in einer Ebene, die zur Aufrissebene parallel ist. Der Neigungswinkel # (Fig. 3) ist so gewählt, dass sich der Wulstring 4 mit entsprechchenden Spiel einweandfrei im Gewindegang abwälzt. Dabei ist der Neigungswinkel oC angenähert dem Gewindesteigungswinkel gleich. Die Achse 2 kann aber auch um einen beliebigen Winkel aus der Aufrissparallelebene herausgedreht werden. Auch in diesem Fall findet bei entsprechender Ausbildung des Wälzringes und des Gewindeganges einwandfreies Abwälzen an der ingriffsstelle statt.
Die zuletzt beschriebene Anordnung kann Vorteile bei der Kraftübertragung vom Wälzring auf die Achse und an der Eingriffsstelle erbringen.
Die Achse 2 der Wälzringrolle ist gemäss Figuren 3 bis 5 mit zwei Blattfedern 11,12, bzw. als Blattfeder wirkenden Plachstahlstücken, verbunden. Es können auch mehrere, z.B.
verschieden stark dimensionierte, Blattferdern, die auch zu einem Blaiitfederpaket zusammengefasst sein können, eingesetzt werden. In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 3 bis 5 sind die Blattfedern 11,12 mit einem Ständer 13 fest verbunden. Der Ständer 13 kann in beliebiger Weise mit dem Buthergestell (siehe Fig. 1 und Fig. 2) verbunden werden. Er kann aber auoh, ohne als solcher in Erscheinung zu treten, ein Teil des gegossenen, geschweissten oder geatanzten luttergestellt sein. Um möglichst viele solcher Wälzringrollen möglichst raumsparend zum Einsatz zu bringen, kann man mehrere, z.B. zwei, drei oder vier, Wälzringrollen um die-Spindel herum anordnen. Diese Anordnungen kann man auch in beliebiger Zahl in übereinander liegenden Ebenen gruppieren, so dass man sozusagen eine mehrgeschossige Bauausführung erhält. Um zu einer minimalen Baugrösse zu kommen, kann man die Wälzringrollen auch versetzt anordnen.
Ist die Achse 2 der Wälzringrolle parallel zum Ständer 13 angeordnet, so bleibt die Wälzringrolle auch im durchgefederten Zustand der Ausgangslage parallel. Ebenso erfolgt keinerlei Bewegung des Wälzringwulstes zur Gewindespindel hin oder von der Gewindespindel weg. Au9 diese Weise bleiben die Eingriffsverhältnisse bei allen Durchfederungen erhalten.
Die Anpressungskraft zwischen Wälzringwulst und Gewindegang der Spindel kann man leicht dadurch einstellen, dass man an geeigneter Stelle der elastischen Glieder einstellbare Binriahtungen vorsieht, mittels deren die Anpressungskräfte in einfacher Weise zu regulieren sind; so kann man beispielsweise die Vorspannung zwischen Gewindespindel und Wälzringführung beliebig einstellen.
In Fig. 3 sind die Blattfedern 11,12 horizontal angeordnet. Je nach den Funktionsbedingungen, den Belastungen usw. kann man die Blattfedern vom Ständer 13 zur Wälzringrolle hin ansteigend anordnen. Bei Maximalbelastung stellt sich dann derselbe Winkel nach unten ein. Auf diese Weise wird die Horizontalverschiebung der Wälzringrolle bei Belastung denkbar klein.
Zur Vergrfisserung der Pederhärte kann man zu den Blattfedern äuch noch Druckfedern und dergl. parallel schalten.
Anstelle des dargestellten Federparallelogramms kann auch ein Lenker-Parallelogramm mit entsprechenden Federn zum Einsatz kommen.
Das in Fig. 5 verwendete Nadellager 14 mit Rillenkugellager 15 zur Axialkraftaufnahme kann durch beliebige andere Wälzlager oder Wälziagerkombinationen ersetzt werden, z.B.
Rillenkugellager, Schulterkugellager, Schrägkugellager, Zylinderrollenlager, Eegelrollenlager, Tonnenlager, Axiallager usw.
Es können aber auch geeignete Gleitlager, Gleitlagerkombinationen, sowie Veriundanordnungen von Gleit- und Wälzlagern zum Einsatz kommen. Bei kleinen Kräften haben sich beispielsweise Spitzenlager bewährt.
Sind für bestimmte Zwecke Wälzringmuttern ohne Spiel gegenüber der Gewinde spindel erwünscht, so benötigt man hier nicht, wie dies z.B. bei Kugelrollspindeln der Pall ist, zwei Muttern, die dann gegeneinander verspannt werden, sondern man kann in axialer Richtung versetzt Wälzringrollen gegeneinander starr oder federnd verspannen.
Die Federkonstante der Blattfedern 11,12 ist den Sunktionsanforderungen anzupassen. Die Federkonstante wird hoch sein, wenn es sich um einen starren Antrieb handelt, dagegen niedrig, wenn elastisches Verhalten erwünscht ist.
Gezeichnet sind Jeweils eingängige Gewinde spindeln, es können aber auch mehrgängige verwendet werden.
In den Figuren auf Blatt 1 und Blatt 2 ist das Profil der Wälzringwulst 4 angenähert als Teil eines Kreisbogens dargestellt. Es können aber auch trapezförmige, ellipsenförmige, kegelstumpfförmige und durch beliebige andere Profilkurven begrenzte Wälzringwulste zur Anwendung kommen.
Die Form des Wälzringwulstes ist so auszuwählen, dass sowohl hinsichtlich der Übertragungskraft in dynamisoher Hinsicht als auch in kinematischer Hinsicht bezüglich des Abwälzvorgangs an der Eingriffestelle optimale Verhältnisse herrsnhen.
. Gemäss Figuren 6 und 7 ist bei den zwei arbeXenden Wälzringrollen 16 und 17 die gleiche Belastung durch eine gefederte Waagebalkeneinrichtung 18 gewährleistet.
Zur radialen Führung der Spindel sind hier drei kleine, um Jeweils 1200 gegeneinander versetzte Wälzlager 19,20,21 angeordnet, deren Achsen ebenfalls um den Gewindesteigungswinkel gegenüber der Vertikalen geneigt sind.
Das kinematisch einwandfreie Abrollen findet hier auf dem äusseren Begrenzungszylinder der Gewindespindel statt.
Die Wälzringe können auch hier, um Kantenpressung zu vermeiden, etwas ballig ausgeführt werden. Durch die beschriebene Einrichtung der drei (oder mehr) auf Aussenmantel angreifenden Rollen wird gleitende Reibung - wie sie etwa bei Verwendung von Büchsen nach Fig. 1 und Fig. 2 auftreten würde - zur Gänze vermieden. Damit verbunden ist eine hohe Eignung zur Aufnahme von Querkräften.
Gemäß Fig. 8 ist der rechts liegende, im Schnitt, also schmaffiert, dargestellte Wälzring 22 so ausgebildet, dass er den aussen liegenden Teil des Gewindeganges 23 zangenförmig umfasst. Auch hier können runde, trapezförmige, spitzwinklige und andere Profile verwendet werden.
Gemäss Fig. 9 ist ein Wälzring mit zwei Wulstringen 24 und 2; dargestellt. Durch die Einschnürunen 26 wird unter Last eine gewisse elastische Nachgiebigkeit hergestellt, die trotz BearbeitungsfehlernAund dergl. eine gleiche Lastverteilung gewährleistet.
Gemäss Big. 10 besitzt der schwach ballig ausgeführte Wulstring 27 den eingezeichneten Abstand E vom Spindelkern.
Dieser Abstand E soll während des Bewegungsvorgangs erhalten bleiben. Insbesondere soll der Wulstring mit seiner äusseren Begrenzung 28 den Kern der Gewindespindel nicht berühren, da sonst wegen des Geschwindigkeitsunterschiedes unerwünschte Gleitreibung auftreten könnte.
Werden bei einer kompletten Wälzringmutter mehrere solche Lager verwendet, die sowohl um die Spindel herum als auch übereinander in mehreren Etagen(wie auf Blatt 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5) angeordnet sind, so kann man vorzugsweise oben und unten Begrenzungen anordnen, die aus drei oder mehreren Rollen nach Art der Fig. 6 unten bestehen. Diese Rollen übernehmen dann die Querkräfte und garantieren die Einhaltung des lass es In den Figuren 11 und 12 ist die Führung des aus den Rollen 31 und 32 bestehenden Aggregates um die Gewindespindel herum angeordnet: Sie besteht aus der Führungsbuchse 39.
Diese Führung des aus den Rollen 31 und 32 bestehenden Aggregates kann auch anstatt um die Gewindespindel herum in passender leise ausserhalb derselben angeordnet werden.
Figuren 11 und 12 zeigen im Grundriss und Aufriss eine Wälzringmutter für eine zweigängige Spindel, deren Steigungswinkel ganz allmählich ansteigt, so dass eine solche Übertragungsanordnung z.3. beim Anfahren unter Belastung vorteilhaft ist.
Es ist hier der Gang der Spindel mit dem Bezugszeichen 29, der zweite Gang mit dem Bezugszeichen 3o bezeichnet.
In jeden Gang greift Je eine Wälzringrole3i bzw. 32 ein.
Die Achsen dieser beiden Wälzringrollen sind in Gabeln 33,34 gelagert, deren Achsenstiele 35,36 sich in den Lagern 37,38 drehen. Die Lager 37,38 sind beide mit einer die Spindel verschieblich umgebenden Buchse 39 verbunden, so dass beide Wälzringlager samt dem Gestell zusammen mit der Führungsbuchse 39 sich nach oben bewegen können.
Dabei steigt beispielsweise die Geschwindigkeit allmählich an, da die Spindel, wie in der Zeichnung angedeutet, eine veränderliche, in der Richtung nach oben kontinuierlich zunehmende Steigung besitzt.
Infolgedessen wirkt die Einrichtung gemäss Figuren 11 und 12 als Ausgleichsvorrichtung, wenn z.B. beim Anfahren oder während des Betriebs plötzliche Änderungen der Antriebskraft, der Beschleunigung usw. eintreten. In diesem Falle wandert das Gestell mit den drehbaren Wälzringrollen hach oben. Infolge der allmählichen Vergrösserung der Steigung des Spindelgewindes nimmt die Geschwindigkeit allmählich und stossfrei zu.
In Fig. 13 und Fig. 14 sind in entsprechender Weise andere Anordnungsmöglichkeiten zwischen Wälzringrollensystemen und Gewindespindeln (mit veränderlicher Steigung) dargestellt. In Sig. 13 sind drei Wäzringrollen 40,41,42 durch eine Lagerung 43 zu einer Einheit zusammengefasst.
Diese Wälzringrollen 40,41,42 greifen in einer den Figuren 11 und 12 entsprechenden Weise in drei Gewindespindeln 44, 45,46 ein.
In Fig. 14 sind die drei Wälzringrollen 47,48,49 in einem Lagergestell 50 gelagert. Die Gewindespindeln mit variabler Steigung sind durch 51,52,53 dargestellt.
Wir kehren nun nochmals zu der in Figuren 1 und 2 dargestellten Anordnung zurück, in der eine Wälzringrolle in die Gewindespindel eingreift und fliegend im Muttergestell gelagert ist.
Um gegenüber der Anordnung Fig. 1, Fig. 2 Platz zu sparon, kann man den aufbau auch naoh Fig. 15 (Aufriss), Pig. 16 (Grundriss), Fig. 17 (Kreuzriss) vornehmen: uf der Gewinde spindel 54 gleitet die Pührungshülse 55. Die Wälzringrolle, 56, die in das Gewinde der Spindel 54 eingreift, ist mit ihrer Achse 57 mit den Halterungsblechen 58 verbunden. Die Halterungsbleche 58 sind mit der Führungshülse 55 verc schweisst, vernietet oder an diese angegossen.
Um die folgende Überlegung deutlich zu machen, wird angenommen, dass sioh die Gewindespindel 54, in einem solchen Sinne dreht, dass die Führungshülse 55 nach unten wandert. Die Führungshülse 55 möge dabei mit den Ansätzen 59 und 60 auf das ihr nachgeschaltete, nicht eingezeichnete Glied drücken. Bei geeigneten Voraussetzungen wirken die Reaktionskräfte auf die Führungshülse 55 in den Pfeilrichtungen 61 und 62 nach oben., B9 wird ferner angenommen, dass der Druckmittelpunkt (Resultante der Drücks) zwischen dem in das Gewinde eingreifenden Wäzringwulst und dem Gewindegang an der Stelle 63 liegt (vergl. Fig. 16). Man erkennt, dass sich durch die Lage der Kräfte 61 und 62 zu der im Druckmittelpunkt 63 angreifenden Kraft Momente und Kräfte ergeben, welche die.
Führungshülse 55 insbesondere mit ihren Enden an die Gewindespindel 54 anpressen und auf diese Weise Reibung und Abnützung in unerwünschter Weise hervorrufen.
Teilweise kann man Abnutzung und Reibung dadurch verringern, dass man die Führungshülse aus Materialien herstellt, die sich gegenüber der Gewindespindel durch gute Gleitoigenschaften auszeichnen, oder dass man entsprechende Einsätze an den Enden der Führungshülse 55 anbringt, z.B. Lagerbronze gegen Stahl, Grauguss gegen Stahl, Kunststoff gegen Stahl usw. Will man auch hier Gleitreibung, Abnutzung und grössere Schwergängigkeit vermeiden, so kann man an den Enden der Führungshülse 55, die im übrigen ganz beliebig gestaltet sein kann etwa drei Wälzlager oder auch Rollen nach Art von 19,20 und 21 der Fig. 6 anbringen.
Diese Rollen können auf der Aussenfläche der Gewindespindel,aber auch auf dem Gewindegrund angreifen.
Um an Rollen nach Art der in Fig. 6 dargestellten Rollen 19,20 und 21 zu sparen, kann man auch Rollen an denjenigen Stellen anbringen, an denen sich die Führungsbuchse bzw.
das Muttergestell an die Gewindespindel anpresst. Eine solche Anordnung zeit Fig. 18, wo entsprechende Rollen mit 64 und 65 bezeichnet sind.
Eine weitere Möglichkeit, die Anpresskräfte der BUhrungsbuchse auf die Gewindespindel bei einseitig bzw. unsymmetrisch angeordneten Wälzringrollen weitgehend zu vermeiden, ist in Figuren 19 und 20 dargestellt. Hier bezeichnet das Bezugszeichen 65 die Gewindespindel, 66 die Führungshülse, 67 die Wälzringrolle, welche mit ihrem Wälzringwulst in das Gewinde der Spindel eingreift. In Fig. 20 ist der Druckmittelpunkt als Angriffspunkt der Resultante der zwischen 1älzringwuls t und Gewindegang wirkenden Drucke mit 68 bezeichnet. Die Richtung der auf die Wälzringrolle einerseiti und auf die Gewindespindel andere seite wirkenden Kräfte ist durch die Gerade 69 bestimmt, die um den Gewindesteigungswinkel von der Vertikalen abweicht.
Um zu erreichen, dass die vonaussen an der Führungsbuchse 66 angreifende resultierende Kraft in die Wirkung linie 69 fällt, so dass Momentenfreiheit auf die Führungsbuchse und kein Verkanten erfolgt, wird angenommen, dass die Führungsbuchse unten und oben durch Ebenen 70 und 71 begrenzt wird, die nahezu senkrecht auf der Geraden-69 stehen. Ferner wird angenommen, dass sich die Spindel in einem solchen Sinne dreht, dass sich die Wälzringmutter nach oben bewegt. Dann besitzt das von der Wälzringmutter nach oben bewegte Glied die beiden gestrichelt eingezeichneten Anschläge 72 und 73. Diese Anschläge 72 und 73 sind symmetrisch zu der Geraden 69 angeordnet, Im Grundriss Fig. 20 liegen die Berührungsstellen zwischen den Anschlägen 72 und 73 sowie der Führungshülse auf der Geraden 74, die durch den Druckmittelpunkt 68 geht.
Durch leicht elastische Ausführung, Waagebalkenanordnung usw. erreicht man, dass die auf die Anschläge 72 und 73 entfallenden Kräfte gleich gross sind. Hieraus ergibt sich, dass die gezeigte Anordnung bei von Kippmomenten und Seitenkräften ist, wodurch keine Gleitreibung, Abnutzung und Schwergängigkeit auftritt. Die Führungshülse kann gegeborenfalls auch sehr kurz gehalten werden. Bei der oben erläuterten Anordnung drückt die Wälzringmutter auf das nachgeschaltete Glied mit den Anschlägen 72 und 73. Eine weitere, abgeänderte Anordnung besteht darin, dass die Wälzringmutter das zu bewegende Glied z i e h t. Es sind ferner noch weitere Ausführungsformen der beschriebenen Anordnung möglich, wobei in jedem Falle darauf geachtet werden muss, dass sich keine Kippmomente und Querkräfte ergeben.
Selbstverständlich lassen sich auch mehrere Wälzringrollon hintereinander oder neben- und hintereinander anordnen.
Eine grundstäztich andere Anordnung ist in Figuren 21 und 22 dargestellt.
In Fig. 21 liegt die Projektionsrichtung in der Richtung der Achse der G, Gewindespidel, so dass der Rist der Gewindespindel der Kreis 75 ist. Der Wälzringwulst 76 umgreift hier die Gewindespindel. Die Fläche, in der sich Wälzring.
wulst und Gewindegang berühren, ist horizontal schraffiert dargestellt. Da die Berührungsfläche viel grösser ist, als in den oben besprochenen Ausführungsbeispielen, senkt sich die Flächenpressung vorteilhaft zwischen Wulstring und Gewinde. Die Lage des Wälzringwulstes, Form und Grösse desselben sowie des Gewindeganges sind so angeordnet, dass sich ein kinematisch einwandreies Abwälzen ergibt. Fig. 22 zeigt schematisch die Verbindung zwischen Wälzringwulst 76 und dem hier als eiseitig wirkenden Axial-Rillenkugellager 77.
Anstelle von einseitig wirkenden Axial-Rillenkugellagern können auch solche mit zweiseitiger Wirkung verwandt werden, deren Mittelscheibe z.B. als Wälzringwulst ausgebildet ist. Ferner können auch alle anderen geeigneten Arten von Wälzlagern wie Rillenkugellager, Schrägkugellaber, Nadellager, Kegelrollenlager usw. verwendet werden, wobei die äusseren Kräfte wiederum so gerichtet werden, dass keine zusätzlichen Anpresskräfte entstehen.
Bs können mehrere derartige die Gewindespindel von aussen umgreifende Wälzringrollen hintereinander, versetzt oder ähnlich angeordnet werden.
So zeigt beispielsweise Fig. 23 , wie um die zentral angeordnete Gewinddspindel 78 die drei Wälzringrollen 79.
80, 81, die gegeneinander um Jeweils 1200 versetzt und in ihrer Höhenlage entsprechend gestuft sind, mit ihren Wälzringwulsten in die Gewindespindel nach Art der Darstellung von Fig. 21 eingreifen.
In Fig. 23 sind die drei Wälzringrollen gegeneinander um Jeweils 1200 versetzt. Sie können aber auch hintereinander ohne Winkelversatz angeordnet serden. Desgleichen sind auch, insbesonere bei unsymmetrischen Kraftangriff. beliebige für den Jeweiligen Fall optimale Winkelversetzungen der drei Wälzringrollen möglich, Fig. 24 und Fig. 25 veranschaulichen schematisch den Entkupplungsvorgang zwischen Gewindespindel und Wälzringrolle.
Hier befindet sich wie in Hig. 22 der die Gewindespindel 82 von aussen umfassende WälzTing 83 im Eingriff.
Zwecks Entkupplung ist in Fig. 25 der Wälzring 83 z.B.
so weit nach rechts verschoben, dass keine Berühung zwischen Wälzringrolle und Gewindelspindel stattfinden kann.
Anstattt eines Verschiebens kann beispielsweise auch ein Drehen um eine geeignete Achse stattfinden.
Aus den in Fig. 3,4 und 5 dargestellten Anordnungen ergab sich, dass die an der Berührungsstelle des Wälzrings mit der Gewindespindel angreifende Kraft hinsichtlich der Blattfedern 11 und 12 nicht nur eine verbiegende, sondern auch eine verdrehende Viwg erzeugte. Aus Fig. 4 eraab sich die Grösse des tordierenden Moments aus der im Druckmittelpunkt zwischen Wälzringwulst und Spindel angreifenden Kraft mit dem Hebelarm Druckmittelpunkt - Mittellinie der Blattfedern 11,12.
Um diese verdrehende Wirkung zu vermeiden, sind beispielsweise Anordnungen nach Fig. 26 und 27 vorgesehen. In Fig. 26 ist die Wälzringrolle 84 mit ihrer Achse an de-n zur Erreichung grösserer Elastizität bügelartig gebogenen Blattiedern 85 und 86 befestigt, die ihrerseits mit dem in der Zeichnung nicht dargestellten Zuttergestell, Führungsgestell, Führungsbüchse oder dergleichen verbunden sind.
Analog hierzu ist die Anordnung der Wälzringrolle 87 in Fig. 27 vorgesehen, die mit ihren Achse an den Inkelstücken 88 und 89 befestigt ist, welche wiederum zur Vergrösserung der freien Biegelänge der Blattfedern 90 und 91 dienen.
Hieraus ergibt sich, dass man nach der Dimensionierung des Querschnitts und der Länge der Blattfedern 90,91, 85,86 in Fig. 26 die Elastizität der Wälzringrollenhalterung beliebig bestimmten kann. Dasselbe kann man durch Angringen von Querrillen passender Dimensionierung usw. der Flachstahlstücke 58 in Fig. 17 erreichen.
Anstelle der oben dargestellten glatt durchlaufenden Blattfedern von quadratischer Form können auch ähnlich wie bei Kraftfahrzeugen geschichtete, mehrfach übereinander angeordnete, aufgeteilte Blattfedern beliebiger Masse angeordnet Coin.
In Fig. 28 und 29 sind verschiedene Einstellmöglichkeiten des SpiXs bzw. Vorspannungen dargestellt.
In Pig. 28 bezeichnet das Bezugszeichen 92 ein Stück Profil der Gewindespindel, 93 ein entsprechendes Profilstück der Wälzringrolle.
Wird nun die Wälzringrolle in Pfeilrichtung auf die Gewindespindel 92 zu bewegt, so verringert sich das Spiel; während es sich in der umgekehrten Bewegungsrichtung vergrössert. Die oben erläuterten Möglichkeiten der Bewegung lassen sich durch entsprechende Lagerung der Wälzringrolle mühelos erreichen, z.B. durch exzentrische Lagerung, Lagerung in vergrösserten Bohrungen, Lagerung in Längsschlitzen usw.
Eine andere Möglichkeit der Einstellung des Spiels zwischen Wälzringwulst und Gewinde besteht darin, dass man die Wälzringrolle um eine senkrecht auf der Achse der Gewindespindel stehende Achse dreht, so dass sie mit ihrer Ober-und Unterseite an dem Gewindegang zur Anlage gebracht wird.
In Fig. 29 stellt das Bezugezeichen 94 ein Stück Profil der Gewinde spindel dar, 95 und 96 bezeichnen Prüfilabschnitte zweier Wälzringrollen. Führt man die beiden Wälzringrollen in Pfeilrichtung auseinander, so wird das Spiel verkleinert, umgekehrt vergrössert es sich.
Big. 30 zeigt in schematischer Darstellung Wälzringrollen, die zwecks Platzersparnis in der Radialriohtung gekippt sind.
Es bezeichnet 97 ein StückProfil der Gewindespindel, 98, 99 und 100 gekippte Wälzringrollen mit kegelartigem Rundprofil.
Bezugszeichen 12 und ?o in Fig. 91 bezeichnen gleichfalls ein Stück des Gewindespindelprofilst 102 die gekippte Wälzringrolle. Auch hier können eine oder mehrere gekippte Wälzringrollen in einer Führungsbuchse, die die Gewindespindel ganz umschliesst oder in einer offenen Führung, die sich mit Gleitstücken oder Hilfsrollen auf der Gewindespindel abstützt, angeordnet sein. Auch können die Wälzringrollen an einer ausserhalb liegenden Führung befestigt sein.
Wie oben beschrieben,können auch hier die Wälzringrollen solelaschtisch befestigt werden, dass sie gleichmässig tragen und dass die Einstellung der Wälzringrollen bei Fertigungsfehlern, thermischen Einflüssen, Abnutzung usw. unmittelbar und direkt geschieht, ohne dass an den Berührungsstellen zwischen Wälzringwulst und Gewindegang gleitende Reihung und damit Abnutzung und eine grosse Ansprechspanne auftreten.
Die gekippten Wäzringrollen können einzeln oder paarweise symmetrisch oder unsymmetrisch zur Horizontalen angeordnet sein, um formschluss nach beiden Seiten zu bewirken.
103 In Fig. 32 ist eine Gewindespindel dargestellt, die keine Abstätzungskräfte übernimmt. Die Wälzringrollen 104, 105 sind an der Längsführung 106 befestigt, did sich ihrerseits an den Bollenpaaren bzw. Rollen 107, 109 und 108 abstützt.
In Fig. 33 wird die in die Gewindespindel 111 eingreifende Wälzringrolle 11o an der innerhalb ihres Umfanges liegenden Längsführung 112 geführt. Auch hier ist es möglich, mehrere Wälzringrollen auf einer Führung 112 hintereinander anzuordnen, die gegeneinander beliebig verspannt oder elastisch gelagert sind, dass sie gleichmässig tragen.
Eine weitere Anordnungsmöglichkeit besteht darin, mehrere Wälzringrollen in Gruppen um die Gewinde spindel 114 herum' zusammenzufassen und gemeinsam durch eine Längsführung abzustätzen. Dabei sind mehrere Längs führungen um eine Gewindespindel herum angeordnet.
In Fig. 34 bis 36 sind Hohlspindeln mit Innengewinde und in diese eingreifende wälzringrollen dargestellt, während die bisherigen Ausführungsformen der Gewindespindel mit Aussengewinde versehen waren.
Fig. 34 zeigt ein Rohr 113 mit Innengewinde, in welches die drei Wälzringrollen 114,115,116 eingreifen. Die drei Wälzringrollen sind in dem Lagerkörper 117 gelagert.
Die Führungsfunktion der Wälzringroll'en bzw. des Lagerkörpers kann auch hier dadurch erfolgen, dass in Achsrichtung der Hohlgewindespindel 113 an den Lagerkörpern mehrere Wälzringrollen 114, 115wund 116 angebracht werden, die mir ihrer äusseren Wälzringwulstbegrenzung die Führung übernehmen, oder es können Führungsrollen wie die in Fig. 6- dargestellten Rollen 19,20,21 die Führungsfunktion übernahmen.
Fig. 35 zeigt eine Hohlgwindespindel 118, in die eine Wälzringrolle 119 eingreift.
Fig. 36 zeigt eine in Eingriff mit den Wälzringrollen 121, 122 stehende Hohlgewindeapindel 120.
Fig. 37 ist im Anschluss an die Beschreibung der Figuren 26 und 27 zu sehen: Hier soll die Eingriffsstelle 123 zwischen Wälzringrolle 124 und dem Gewinde der Gewindespindel 125 erhalten bleiben, um eine Relativbewegung zwischen Wälzringrolle und Gewinde der Spindel an der Eingriffsstelle bei Druchfederungen, Einstellen auf einen neuen Belastungszustand durch thermische Einflüsse, Bearbeitungsungenauigkeiten Stössen usw. zu vermeiden.
Üm ein Kippen der Wälzringrolle zu verhindern, liegen die Blattfedern 126 mit ihrer Mittelinie auf dem Druckmittelpunkt 123.
Die Verbindung der Blattfedern 126 mit der Wälzringrolle 124 erfolgt durch das gekrümmte starre Lagestück 127, das mit den Blattfederenden verbunden ist.
¼-Durch die beschribene Anordnung werden auf die Blattfedern 126 keine Torsionsmomente aus@@ibt und die Blattfedern 126 werden rein auf Verbiegen beansprucht, d.h. also, es treten dort keine Relativbewegungen im oben beschriebenen Sinne an der Eingriffsstells auf.
In den Fig. 38 und 39 sind nochmals Ausführungsformen ~dargestellt, die gekippte Wälzringrollen zeigen, und zwar symmetrisch gegen die Horizontale gekippt. Bei unsymmetrischen Spindelgewinde sind die entsprechenden Wälzringrollen Um ungleiche Winkel gekippt. Fig. 39 zeigt eine Ausführungsform der Wälzringrolle, deren Funktion von Gewindesteigungsfehlern weitgehend unabhängig ist.
Die Wälzrin'grollen können mehr oder weniger ballig ausgeführt werden. Aber auch das Gewinde der Spindel kann - Je nach den' speziellen Funktionsbedingungen - konkav od.r konvex ausgeführt und die Wälzringrolle mit entsprechendem Profil versehen werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Schraubenantrieb mit in das Spindelgewinde eingreifenden bertragungsgliedern, z.B. Wälzringrollen, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsglieder, z.B. Wälzringrollen, in einer Führung, die sich entweder auf der Gewindespindel selbst abstützt, oder ausserhalb geführt wird, derart angeordnet sind, dass sie in die Gewinderille eingreifend zu einem weitgehend gleitfreien kinematisch einwandfreien Abrollen führen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch im Kraftfluss (Gewindespindel, Gewindegang, Wälzringrolle, Wälzringrollenlagerung) liegende Nachgiebigkeiten (hydraulischer, pneumatischer, gummielastischer Art) alle Wälzringrollen nahezu gleich belastet werden.

3. .Anordnung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung des Schraubentriebes auf einen neuen Belastungszustand unter Berucksichtigung von Bearbeitungaungenauigkeiten, Abnutzungen, thermischen Einflüssen wie auch von Stosseinwirkungen derart durchgeführt wird, dass die Wälzringrollen sich translatorisch, also parallel zu Sich selbst, bewegen, so dass an den Berührungsstellen zwisohen Wälzringrollen und Gewindegang keine Gleitbewegung und damit auch keine Gleitreibung auftritt, vielmehr ein unmittelbares und direktes Reagieren der Wälzringrollen ohne Abnutzung und ohne Ansprechspanne gewährleistet ist.

4. Anordnung nach einam oder-mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse oder die Achsen der in d&s Gewinde der Spindel eingreifenden Übertragungsglieder, die in einer zur Aufrissebene der Spindel parallelen Ebene liegen oder aus dieser herauagedreht sind, so dass sie windschief zur Spindelachse verlaufen, um einen kleinen Winkel, der zweckmässig angenähert dem Gewindesteigungswinkel entspricht, gegen die Spindelachse geneigt sind.

5. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel oder die im Eingriff mit ihrem Gewinde stehenden Übertragungsglieder mit solchem Spiel gegeneinander elastisch gelagert sind, dass auch bei ungleichmässiger Belastung, insbesondere Stossbeanspruchungen, ein mittlerer Abstand zwischen den Arbeitsflächen des Spindelgewindes und der in dasselbe eingreifenden Übertragungsglieder gewahrt bleibt.

6. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel oder die in das Gewinde derselben eingreifenden Übertragungsglieder oder beide Teile, z.B. mittels Federn oder elastisch deformierbaren Lagern oder Zwischenkörpern, elastisch gegeneinander angeordnet sind.

7. Anordnung nach einem oder-mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in das Gewinde der windel eingreifenden Übertragungsglieder im Lagergestell der Spindel elastisch gelagert sind.

8. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verwendeten elastischen Mittel einerseits so dimensioniert sind, dass sie die geforderte Funktionssteifigkeit des Schraubenantriebs gewährleisten, andererseits aber zu einem weitgehend gleichmässigen Tragen der Wälzringrollen führen.

9. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzringrollen zwischen åe zwei parallelogrammfedernd wirkenden Armen (11,12), oder durch mehrfach geschichtete und passend aufgeteilte Federpakete an dem Lagergestell angeschlossen sind.

10. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Wälz--ringrollen führenden Blattfedern so angeordnet sind, dass sie die Wälzringrollen translatorisch führend, nur auf Biegung, nicht aber auf Torsion beansprucht werden (Fig. 26, 27 und 37).

11. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in das Gewinde der Spindel eingreifende Wälzringrollen symmetrisch oder unsymmetrisch um die Spindel herum und/oder entlang derselben verteilt sind, wobei gleiches Tragen durch elastische Lagerung gewährleistet ist.

12. Anordnung nach einem oder mehrere der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die iälzringrollen mit einem wälz-, gleit- oder spitzengelagerten Wälzringwulst in das Spindelgewinde eingreifen.

13. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzringrollen die Gewindespindel von aussen berühren.

14. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer mehrgängigen Spindel für Jeden Gang der Spindel mindestens eine in denselben engreifende Wälzringrolle angeordnet ist.

15. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzringe mit mehreren z.B. zwei, Wulstringen (24,25) gestaltet sind, wobei eine Einschnürung (26) die Wulstringe elastisch nachgiebig macht.

16. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass hohl ausgebildete Wälzringrollen die Gewindespindel umfassen (Fig. 21,22,23 und 24).

17. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzringrollen innerhalb einer Hohlgewindespindel liegend in das Innenge winde eingreifen, (Fig. 3A, 35 und 36).

18. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trennung der auf den Schraubentrieb einwirkenden Belastung dadurch vorgenommen wird, dass insbesondere bei flachgängigem Gewinde (z.B. Trapezgewinde in symmetrischer oder unsymmetrischer Ausbildung), die Längskräfte von den Wälzringrollen, die Querkräfte aber von Hilfsrollen oder Gleitbüchsen, die auf der Zylinderfläche der Gewindespindel bzw. auf dem Gewindegrund angreifen können, übertragen wird.

19. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, z.B. zwei, mit dem Spindelgewinde im Eingriff arbeitende Wälzringrollen (16, 17) durch eine Waagebalkeneinrichtung (18) derart abgefedert sind, dass sie mit gleicher Belastung arbeiten.

20. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur radialen Führung der Spindel z.B. drei um die Spindelachse gleiche mässig verteilte Wälzlager (19,20,21) angeordnet sind, deren Achsen gegenüber der Achse der Gewindespindel in derselben Weise wie die Achsen der in das Gewinde der Spindel eingreifenden Wälzringrollen geneigt sind.

21. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aufrechterhaltung eines, vorgegebenen Abstandes E der Wulstfläche des Wälzringes (27) vom Spindelkern, insbesondere bei Anordnung mehrerer, die Spiel umgebender Wälzringmuttern oder in die Spindel eingreifender Wälzringe, die um die Spindel herum wie übereinander angeordnet sind, oberhalb und unterhalb der Übertragungsglieder die Querkräfte aufnehmende Vorrichtungon, z.B. in Form von den Aussenmantel der Spindel an, greifenden Rollen, angeordnet sind

22. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zweigängigen Spindel (29,30), in deren Gang je eine Wålzringrolle (31,32) eingreift, die Achsen beider Wälzringrollen kabeln (33,34) gelagert sind, deren Stiele (35,36) sich in Lagern (37,38) drehen, wobei die Lager (37,38) Melde mit einer die Spindel verschieblich umgebenden Buchse (39) verbunden sind, so dass beide Wälzringlager samt dem Lagergestell zusammen mit der Führungsbuchse (39) in der Richtung der Spindelachse beweglich sind.

23. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Wälzringrolle, die an einer die Gewindespindel ganz oder teilweise umschliessenden oder sich auf ihr abstützenden Führung gelagert ist, vorhanden ist, (Sig. 15, 16, 17).

24. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Wälz -ringrolle vorhanden ist und dass die Kraftabnahme von der Wälzringrollenführung so erfolgt, dass durch Symmetrie der auf die Wälzringrollenführung einwirkenden Längskräfte zum Druckmittelpunkt zwischen Wälzringwuls und Gewinde (Fig. 19,2o) keine Querkräfte auf die Gewindespindel wirken.

25. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine Wälzringrille vorhanden ist, die um die Berührende zwischen Wälzringwulst und Gewinde spindel gekippt ist..

26. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dase nur eine Wälzringrolle vorhanden ist, die die Gewindespindel umschliesst (Fig. 21,22), und dass dieser Wälzring derartig geführt wird, und die Längskräfte so abgenommen werden, dass Kraftsymmetrie in Bezug auf den Druckmittelpunkt zwischen Wälzringwulst und Gewindegang besteht.

27. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzringrollen von der Spindel, bzw. von den Spindeln, abkuppelbar sind.

280 Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzringrollen um die Berührende mit dem Gewindegang gekippt sind, wobei das Profil der Wälzringrollen gerade oder ballig, symmetrisch oder unsymmetrisch zu der auf der Drehachse der WElzring~ rollen senkrechten Ebene gestätet ist, (Fig. 38,39).

29. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzringrollen zwecks Einstellung des Spiels um eine auf der Gewindosplndel-Achse senkrecht stehende Achse schwenkbar sind.

30. Anordnung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorspannung der Wälzringrollen gegenüber dem Gewindegang veränderbar ist.

L e e r s e i t e