DE19540634C1 - Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh- in eine Axialbewegung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung und umgekehrt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Planetenrollen-Spindeln, die beispielsweise in DE-A 20 65 442 und DE-A 28 38 329 dargestellt und beschrieben worden sind, arbeiten mit verschiedenen Ausführungsformen der Komponenten Spindel, Roll- oder Wälzkörper und Spindelmutter. Auf die Kom­ ponenten können beispielsweise Gewinde oder Rillen geschnitten sein. Grundsätzlich greift aber die Profilierung der Roll- oder Wälzkörper sowohl in die spindelseitige als auch in die mutterseitige Profilierung ein, um einen axialen Kraftfluß herzustellen. Daher müssen auf allen drei Komponenten zueinan­ der passende Rillen oder Gewindegänge vorhanden sein. Ebenso können sowohl Muttern als auch Roll- oder Wälzkörper nur mit Rillen versehen sein, damit die Roll- oder Wälzkörper keine Axialbewegung aus führen, während die Spindel mit einem mehr­ gängigen Gewinde ausgeführt ist, dessen Gangzahl der Rollen­ zahl entspricht bzw. ein Vielfaches davon ist, wie beispiels­ weise in DE-A 28 07 952 beschrieben ist.

Ferner ist aus DE 37 39 059 A1 eine Vorrichtung zum Umwandeln einer schnellen Drehbewegung in eine langsame Axialbewegung bei hohem Kraftgewinn bekannt, was in Schnittansichten von Fig. 3a und 3b dargestellt ist, wobei Fig. 3b eine Schnittan­ sicht entlang der Linie III-III in Fig. 3a ist. Fig. 3a und Fig. 3b zeigen mittig eine Spindelstange 1, auf der ein Feinge­ winde 10 aufgebracht ist. Um die Spindelstange 1 herum sind beispielsweise sechs Roll- oder Wälzkörper 2a′′ bis 2f′′ plane­ tenartig angeordnet, die ein zu dem Spindelstangen-Feingewinde 10 passendes, entsprechend fein ausgebildetes Rillenprofil 21′′ aus nebeneinander angeordneten und parallel zueinander verlau­ fenden Rillen aufweisen.

Ferner sind in den einzelnen Planetenrollen 2a′′ bis 2f′′ grobe Führungsrillen 22′′ mit V-förmigem Querschnitt ausgebildet, welchen in der Innenwandung der Spindelmutter 3′′ negativ aus­ gebildete Führungsrillen 30′′ entsprechen.

Damit alle Planetenrollen 2′′ sowohl in die mutterseitige Ril­ lenprofilierung 22′′ in der Innenwandung der Spindelmutter 3′′ als auch in das Feingewinde 10 der Spindelstange 1 exakt und zuverlässig eingreifen, weist die dem Feingewinde 10 entspre­ chende Rillenprofilierung 21′′ auf jeder der Planetenrollen 2′′ von Rolle zu Rolle eine konstante, fest vorgegebene Teilungs­ verschiebung bzw. einen Teilungsversatz auf.

Nachteilig bei den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen ist das Auftreten von Steigungsfehlern, die beispielsweise in der Robotrik zu Positionier-Ungenauigkeiten der an der Spindelmut­ ter befestigten Elemente führen. Solche Steigungsfehler ent­ stehen beispielsweise durch Schlupf oder Verformung der Gewin­ de.

Aus G 92 13 640.0 ist ein Spindelsystem bekannt, bei welchem Steigungsfehler vermieden werden können. Bei diesem Spindelsy­ stem greifen Planeten lediglich in das spindelseitige Gewinde, nicht jedoch in ein mutterseitiges Gewinde ein. Statt dessen sind die einzelnen Planeten über Zapfen in der Mutter mittels Kugellager gelagert. Die durch die Spindeldrehung hervorgeru­ fene Kraft wird somit über deren Gewindegänge auf die Planeten übertragen und von diesen über die Axial-Kugellager in die Mutter eingeleitet. Da die gesamte Kraftübertragung über die Kugellager und die Planetenachsen stattfindet, kann dieses Spindelsystem nicht zur Übertragung von großen Kräften einge­ setzt werden.

Aus EP 0 168 942 ist ein weiteres Spindelsystem bekannt, bei welchem die Planeten in ein spindelseitiges Gewinde, nicht aber in ein mutterseitiges Gewinde eingreifen. Entsprechend dem vorstehend beschriebenen Spindelsystem sind die Planeten ebenfalls in der Mutter gelagert. Die Lagerung der Planeten über entsprechende Zapfen ist als Gleitlagerung ausgeführt und dient nicht zur Kraftübertragung, sondern zur lagegenauen Po­ sitionierung der Planeten in der Mutter.

Zur Kraftübertragung von den Planeten auf die Mutter ist zwi­ schen diesen ein Ring mit Innengewinde angeordnet; in dieses Innengewinde greifen die Planeten ein. Der Ring ist über Na­ dellager in der Mutter gelagert und in dieser somit frei dreh­ bar. Die Kraftübertragung findet daher von den Planeten über den Zwischenring auf die Nadellager und von diesen auf die Mutter statt.

Ein derartiges Spindelsystem weist insbesondere den Nachteil auf, daß die Kraftübertragung über Nadellager stattfindet, welche eine hohe Reibung und damit einen schlechten Wirkungs­ grad aufweisen. Daher können auch mit diesem Spindelsystem nicht hohe Drehzahlen übertragen werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Um­ wandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung zu schaffen, bei der selbst bei Schlupf kein Steigungsfehler und daraus re­ sultierende Positionier-Ungenauigkeiten auftreten und die so­ wohl bei hohen Drehzahlen als auch bei großen zu übertragenden Kräften einsetzbar ist.

Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh in eine Axialbewegung und umgekehrt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale in dessen kennzeichnenden Teil erreicht. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind Wälz- oder Rollkörper in einer Spindelmutter über drehbar ge­ lagerte Führungsringe gehaltert. Zwischen den Wälz- oder Roll­ körpern sind in der Spindelmutter beispielsweise gehalterte Kugel- oder Rollenlager vorgesehen, so daß der Abstand zwi­ schen den Wälz- oder Rollkörpern konstant bleibt, das heißt, die Roll- oder Wälzkörper wandern nicht planetenartig um die Spindelstange, sondern sind in der Spindelmutter gehäusefest gelagert.

Somit entsteht keine Relativbewegung mehr zwischen den plane­ tenartig angeordneten Wälz- oder Rollkörpern und der Spindel­ mutter. Aufgrund der fehlenden Relativbewegung kommt es auch bei Schlupf nicht zu einem Steigungsfehler. Somit erfolgt bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform eine axiale Kraftüber­ tragung von den Gewindegängen der Spindelstange auf die Wälz- oder Rollkörpern und von diesen über die Führungsringe auf die Spindelmutter.

Hierbei sind die einzelnen Roll- oder Wälzkörper über zwischen ihnen und der Spindelmutter gehäusefest angeordnete Kugel- oder Rollenlager abgestützt und gleichzeitig untereinander auf Abstand gehalten. Der Kraftfluß von den Wälz- oder Rollkör­ pern auf die Spindelmutter verläuft somit nicht mehr, wie bei der bekannten Ausführungsform beispielsweise in Fig. 3a über die Führungsrillen der Wälz- oder Rollkörpern und die Füh­ rungsrillen in der Spindelmutter.

Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann somit kein auf Schlupf beruhender Steigungsfehler auftreten, da die Roll- oder Wälz­ körper über Lager bzw. über eine Rollen- oder Gleitlagerung der Führungsringe in der Spindelmutter geführt sind. Somit hängt die Gesamtsteigung des Spindelsystems nur von der Stei­ gung der Spindelstange ab.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Aus­ führungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine axiale Schnittansicht einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 3, und

Fig. 3a und 3b Schnittansichten in axialer Richtung bzw. ent­ lang einer Line III-III in Fig. 3a einer bekannten Vor­ richtung zur Umwandlung einer Dreh- in eine Axialbewe­ gung.

Die Schnittansicht in Fig. 1 in axialer Richtung und die Schnittansicht in Fig. 2 entlang der Linie II-II in Fig. 1 zei­ gen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 1 ist mittig eine Spindelstange 1 mit einem ein- oder mehrgängi­ gem Feingewinde 10 dargestellt. Um die Spindelstange 1 sind in gleichmäßigen Abständen planetenartig Roll- oder Wälzkörper 2′ angeordnet, deren Anzahl variabel ist. In Fig. 2 sind bei­ spielsweise sechs Rollen 2a′ bis 2f′ dargestellt. Die Roll- oder Wälzkörper 2a′ bis 2f′ sind mit einer dem Spindelstangen- Feingewinde 10 entsprechenden Rillenprofilierung versehen.

Eine in die Spindelstange 1 eingeleitete Kraft wird von dem ein- oder mehrgängigen Spindelstangen-Feingewinde 10 auf ab­ schnittsweise ausgebildete Rillenprofile 21′ mehrerer Roll- oder Wälzkörper 2′ übertragen.

Über in den Roll- oder Wälzkörpern 2′ vorgesehene, im Quer­ schnitt V-förmige Führungsrillen 22′ wird die Kraft mittels Gleitkontakt auf eine Anzahl Führungsringe 5 weiter übertra­ gen. Die Führungsringe 5 sind in einer Spindelmutter 3′ durch Kugel- oder Rollenlagerringe 6 gelagert, so daß zwischen den Führungsringen 5 und der Spindelmutter 3′ keine in Umfangs­ richtung auftretenden Kräfte bzw. Drehmomente übertragen wer­ den können.

Zur Kontaktlagerung der Roll- oder Wälzkörper 2a′ bis 2f′ und um den Abstand der Roll- oder Wälzkörper 2a′ bis 2f′ zueinan­ der konstant zu halten, sind Kugel- oder Rollenlager 7 und 7′ vorgesehen, wobei die Kugel- oder Rollenlager 7 über Zapfen 8 und Buchsen 8a direkt in der Spindelmutter 3′ gehalten sind und die den Kugel- oder Rollenlagern 7 gegenüberliegenden Ku­ gel- oder Rollenlager 7′ über Zapfen 8′ und Buchsen 8a′ in einer Abdeckung 9 gehalten sind.

Aufgrund der Anordnung der vorstehend beschriebenen Führungs­ ringe 5 und der Kugel- oder Rollenlager 7 und 7′ kann zwischen dem Feingewinde 10 der Spindelstange 1 und den Führungsrillen 22′ der Roll- oder Wälzkörper 2′ kein Schlupf auftreten. Eben­ so sind durch Schlupf bedingte oder aus anderen Gründen auf­ tretende Steigungsfehler ausgeschlossen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axi­ albewegung, oder umgekehrt, mit einer Spindelstange (1), einer diese umgebenden Spindelmutter (3′) und einer Anzahl dazwi­ schen angeordneter Wälz- oder Rollkörper (2′) mit zum Gewinde (10) der Spindelstange (1) passenden Rillenprofilen (21′) da­ durch gekennzeichnet, daß die Wälz- oder Rollkörper (2′) über eine Anzahl Führungsringe (5) und über zwischen den Führungs­ ringen (5) und der Spindelmutter (3′) angeordnete Lager (6) gelagert sind und die Wälz- oder Rollkörper (2′) relativ zur Spindelmutter (3′) und zueinander in einem fest vorgegebenen Abstand angeordnet sind, so daß eine axiale Kraft- und Drehmo­ mentaufnahme über die Wälz- und Rollkörper (2′), die Führungs­ ringe (5) und die Lager (6) auf die Spindelmutter (3) statt­ findet und eine Rotationsbewegung der Spindelstange (1) über die Wälz- oder Rollkörper (2′), die Führungsringe (5) und die Lager (6) in eine steigungsfehlerfreie Axialbewegung der Spin­ delmutter (3′) umgewandelt wird oder umgekehrt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lager (6) zwischen den Führungsringen (5) und der Spindel­ mutter (3′) Kugeln vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Wälz- oder Rollkörper (2′) zueinander durch in der Spindelmutter (3) zwischen den Wälz- oder Rollkörpern (2′) untergebrachte Kugel- oder Rollenlager (7) festgelegt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zur axialen Kraft- und Drehmoment­ aufnahme die Wälz- oder Rollkörper (2′) im Querschnitt V-för­ mige Führungsrillen (22′) aufweisen, über welche die Kraft mittels Gleitkontakt auf eine Anzahl Führungsringe (5) über­ tragen wird.