DE19622553B4 - Wälzschraubtrieb - Google Patents

Abstract

Wälzschraubtrieb mit einer Schraubenspindel, die von einer Mutter umgeben ist, wobei eine sich über mehrere Windungen erstreckende wendelförmige Gewinderille der Spindel und eine dieser entsprechende sich über mehrere Windungen erstreckende Gewinderille der Mutter einen Kanal für tragende Wälzkörper bilden, der durch einen in der Mutter angeordneten Rücklaufkanal zu einer endlosen Wälzkörperumlaufbahn vervollständigt ist, wobei ein Rücklaufkanal (11) einen an die letzte Windung des Kanals anschließenden Umlenkkanal (10) mit einem an die erste Windung des Kanals anschließenden Umlenkkanal (10) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umlaufbahn ein von einem elastischen Band gebildeter einziger Käfig (3) eingesetzt ist, in dessen Ausnehmungen sich die Wälzkörper (4) befinden.

Description

• Wälzschraubtriebe finden als Vorschubspindeln in Produktionsmaschinen und Handhabungssystemen, speziell in hochdynamischen Maschinen, Verwendung. Das DE-U 19 46 537 zeigt einen solchen Wälzschraubtrieb, bei dem die Wälzkörper Kugeln sind. Diese gelangen nach dem Durchlaufen des Tragbereichs zwischen der Mutter und der Spindel dadurch in den Rücklaufkanal, dass sie von den nachfolgenden Kugeln geschoben werden. Dabei kann leicht ein zu starkes Reiben der Kugeln untereinander und an den Kanalwänden auftreten, welches schlimmstenfalls zu einem Verklemmen der Kugeln führt, so daß der Wälzschraubtrieb funktionsunfähig wird.
• Aus US 4,080,011 ist ein Wälzschraubtrieb bekannt geworden, bei dem mehrere endlose Wälzkörperumlaufbahnen vorgesehen sind. Die Wälzkörperrückfüh rung verbindet Anfang und Ende einer gemeinsamen Windung der Wälzkörperumlaufbahn. Hier werden konventionelle Käfige eingesetzt.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wälzschraubtrieb dahingehend zu verbessern, daß seine Wälzkörper im Betrieb einen ruhigen, konstanten Lauf durchführen, so daß ein Verklemmen der Wälzkörper ausgeschlossen ist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Wälzschraubtrieb gemäß Anspruch 1 gelöst. Der elastische Käfig führt die Wälzkörper. Er bewirkt im Betrieb, daß alle Wälzkörper mit derselben Geschwindigkeit in den Kanälen des Wälzschraubtriebes abrollen. Dabei werden die Wälzkörper in den Rücklaufkanal hineingezogen und nicht von den nachfolgenden Wälzkörpern geschoben. Die Gefahr des Verklemmens der Wälzkörper ist damit ausgeschlossen. Die Wälzkörper können Kugeln sein. Es ist aber auch möglich, Rollen zu verwenden und diese beispielsweise wie bei einem Kreuzrollenlager anzuordnen.
• Der Käfig kann aus einem Federstahl oder einem Kunststoff hergestellt sein. Er ist elastisch und entsprechend der endlosen Wälzkörperumlaufbahn auch endlos ausgeführt, kann aber aus Montagegründen an einer Stelle zu öffnen sein. Durch die Verwendung des Käfigs wird eine sehr sanfte Umlenkung der Wälzkörper auch bei hohen Drehzahlen des sich drehenden Teils (Spindel oder Mutter) ermöglicht.
• Die Spindel und die Mutter können jeweils mehrere parallele, mit Rücklaufkanälen verbundene Gewinderillen aufweisen. Auf diese Weise wird z. B. aus einem eingängigen Wälzschraubtrieb bei zwei parallelen Wälzkörperumlaufbahnen ein zweigängiger Wälzschraubtrieb.
• Die Mutter kann einen zentralen, die Gewinderille und den Rücklaufkanal aufweisenden Mutternkörper enthalten, der in eine zylindrische Hülse eingesteckt ist. An der Hülse mit dem Mutternkörper können stirnseitig zwei Kopf stücke angrenzen, in welchen Umlenkkanäle der Wälzkörperumlaufbahn angeordnet sind. Eine solche Konstruktion der Mutter ermöglicht es, handelsübliche Spindeln zu verwenden. Der Mutternkörper ist rotationssymmetrisch ausgeführt, wodurch sich eine extrem sanfte Kugelumlenkung in einem Grundteil ergibt, welches durch z. B. Centerless-Schleifen am Außendurchmesser relativ einfach herzustellen ist. Der Mutternkörper als Grundteil wird in die als Lagerinnenteil verwendbare Hülse eingefügt.
• Die von den Gewinderillen der Spindel und von den Gewinderillen der Mutter gebildeten Laufbahnen für die Wälzkörper können mit der Richtung der Spindelachse einen Druckwinkel mit dem Betrag von 0 bis 90° bilden. Mit einem bisher für Kugelrollspindeln ungewöhnlichen Druckwinkel von 90° lassen sich die maximale Tragfähigkeit und Steifigkeit erzielen. Es ist aber auch jeder andere Druckwinkel zwischen 0 und 90° denkbar. Beispielsweise eine Ausführung mit einem Druckwinkel von 60° hat den fertigungstechnischen Vorteil, daß die Laufbahnen noch mit radialer Zustellung geschliffen werden können, d. h. es ist hier kein Hinterstechen erforderlich, wie z. B. bei der Ausführung mit dem Druckwinkel von 90°. Die 90°-Ausführung ist zwar optimal für die Tragfähigkeit und Kraftübertragung, aber sowohl bei der Spindel, als auch bei der Mutter aufwendig in der Herstellung wegen der Notwendigkeit, die Laufbahnen in achsparalleler Richtung der Spindel zu hinterschleifen.
• Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
• 1 einen Längsschnitt durch einen Wälzschraubtrieb in eingängiger Ausführungsform;
• 2 eine Ansicht des Käfigs des Wälzschraubtriebs gemäß 1;
• 3 zwei Käfige, die es ermöglichen, den Wälzschraubtrieb zweigängig auszuführen;
• 4 eine stirnseitige Ansicht eines Kopfstücks gemäß Linie IV-IV der 1 mit zwei eingesetzten Käfigen;
• 5 einen Längsschnitt durch eine andere, zweigängige Ausführungsform des Wälzschraubtriebes, bei welchem die Laufbahnen für die Wälzkörper mit einem Druckwinkel von 60° angeordnet sind;
• 6 einen Käfig für die Ausführungsform nach 5, wobei jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit keine Käfigausnehmungen und keine eingesetzten Wälzkörper dargestellt sind;
• 7 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Wälzschraubtriebes, bei welcher die Laufbahnen für die Wälzkörper in einem Druckwinkel von 90° angeordnet sind, wobei dieser Wälzschraubtrieb durch Einsetzen nur eines Käfigs eingängig ausgeführt ist;
• 8 eine Ansicht eines Käfigs für den Wälzschraubtrieb gemäß 7.
• Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
• Ein in 1 dargestellter erfindungsgemäßer Wälzschraubtrieb weist eine Spindel 1, eine diese umgebende Mutter 2 und einen Käfig 3 auf, in dessen in Abständen hintereinander angeordneten Ausnehmungen Wälzkörper 4 in Form von Kugeln angeordnet sind. Zur Aufnahme der Kugeln weist die Spindel 1 zwei parallele wendelförmige Gewinderillen 5 auf, die mit entsprechenden Gewinderillen 6 der Mutter 2 Kanäle für tragende Wälzkörper 4 bilden.
• Die Mutter 2 besteht aus einem zentralen Mutternkörper 7, der in eine zylindrische Hülse 8 eingesteckt ist. Die Hülse 8 und der Mutternkörper 7 haben dieselbe axiale Länge und sind an ihren beiden Stirnseiten jeweils mit einem Kopfstück 9 abgedeckt. Jedes Kopfstück 9 enthält einen Umlenkkanal 10. Dieser verbindet den von einer Gewinderille 5 der Spindel 1 und einer Gewinderille 6 der Mutter 2 gebildeten Kanal für die Wälzkörper 4 mit einem Rücklaufkanal 11, der an der äußeren Oberfläche des Mutternkörpers 7 wendelförmig verläuft und zu dem Umlenkkanal 10 des anderen Kopfstücks 9 führt. Auf diese Weise sind an dem Wälzschraubtrieb zwei geschlossene endlose Umläufe für Wälzkörper 4 geschaffen, wobei jedoch in 1 nur ein endloser Käfig 3 mit Wälzkörpern 4 eingesetzt ist, so daß hier ein eingängiger Wälzschraubtrieb vorliegt. Durch Einsetzen der beiden in 3 dargestellten Käfige 3 läßt sich dieser Wälzschraubtrieb zu einem zweigängigen Wälzschraubtrieb vervollständigen. Die Laufbahnen für die Wälzkörper 4 bilden in diesem Ausführungsbeispiel keinen Winkel mit der Richtung der Spindelachse.
• Die Ausführungsbeispiele des Wälzschraubtriebes gemäß den 5 und 7 sind grundsätzlich ebenso ausgeführt, jedoch haben in 5 die Spindel 12 und die Mutter 13 Gewinderillen 14 der Spindel 12 und Gewinderillen 15 der Mutter 13 mit Laufbahnen für die Wälzkörper 4, wobei die Laufbahnen mit der Richtung der Spindelachse jeweils einen Druckwinkel ∝ von 60° bilden. Entsprechend anders gestaltet sind der Mutternkörper 16, der in die Hülse 8 eingesetzt ist, die Kopfstücke 17 sowie die Umlenkkanäle 18 und die Rücklaufkanäle 19. Durch Einsetzen von zwei Käfigen 3 ist der Wälzschraubtrieb nach 5 zweigängig ausgeführt.
• Eine ähnliche Ausführung weist 7 auf. Hier sind die Spindel 20 und die Mutter 21 mit den Gewinderillen 22 der Spindel 20 und den Gewinderillen 23 der Mutter 21 an dem Mutternkörper 24 jedoch so ausgeführt, daß die entstandenen Laufbahnen für die Wälzkörper 4 mit der Achse der Spindel 20 einen Druckwinkel ∝ von 90° bilden. In entsprechender Weise sind die Kopfstücke 25, die Umlenkkanäle 26 der Kopfstücke 25 und die Rücklaufkanäle 27 des Mutternkörpers 24 gestaltet. In diesem Ausführungsbeispiel ist nur ein Käfig 3 mit Wälzkörpern 4 eingesetzt, so daß dieser Wälzschraubtrieb eingängig ausgeführt ist.

1

Spindel

2

Mutter

3

Käfig

4

Wälzkörper

5

Gewinderille der Spindel

6

Gewinderille der Mutter

7

Mutternkörper

8

Hülse

9

Kopfstück

10

Umlenkkanal

11

Rücklaufkanal

12

Spindel

13

Mutter

14

Gewinderille der Spindel

15

Gewinderille der Mutter

16

Mutternkörper

17

Kopfstück

18

Umlenkkanal

19

Rücklaufkanal

20

Spindel

21

Mutter

22

Gewinderille der Spindel

23

Gewinderille der Mutter

24

Mutternkörper

25

Kopfstück

26

Umlenkkanal

27

Rücklaufkanal

∝

Druckwinkel

Claims (11)

1. Wälzschraubtrieb mit einer Schraubenspindel, die von einer Mutter umgeben ist, wobei eine sich über mehrere Windungen erstreckende wendelförmige Gewinderille der Spindel und eine dieser entsprechende sich über mehrere Windungen erstreckende Gewinderille der Mutter einen Kanal für tragende Wälzkörper bilden, der durch einen in der Mutter angeordneten Rücklaufkanal zu einer endlosen Wälzkörperumlaufbahn vervollständigt ist, wobei ein Rücklaufkanal (11) einen an die letzte Windung des Kanals anschließenden Umlenkkanal (10) mit einem an die erste Windung des Kanals anschließenden Umlenkkanal (10) verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Umlaufbahn ein von einem elastischen Band gebildeter einziger Käfig (3) eingesetzt ist, in dessen Ausnehmungen sich die Wälzkörper (4) befinden.
2. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (1, 12, 20) und die Mutter (2, 13, 21) jeweils mehrere parallele, mit Rücklaufkanälen (11, 19, 27) verbundene Gewinderillen (5, 14, 22 bzw. 6, 15, 23) aufweisen.
3. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (2, 13, 21) einen zentralen, die Gewinderille (6, 15, 23) und den Rücklaufkanal (11, 19, 27) aufweisenden Mutternkörper (7, 16, 24) enthält, der in eine zylindrische Hülse (8) eingesteckt ist.
4. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hülse (8) mit dem Mutternkörper (7, 16, 24) stirnseitig zwei Kopfstücke (9, 17, 25) angrenzen, in welchen Umlenkkanäle (10, 18, 26) der Wälzkörperumlaufbahn angeordnet sind.
5. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (4) Kugeln sind.
6. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper Rollen sind.
7. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Gewinderillen (5, 14, 22) der Spindel (1, 12, 20) und von den Gewinderillen (6, 15, 23) der Mutter (2, 13, 21) gebildeten Laufbahnen für die Wälzkörper (4) mit der Richtung der Spindelachse einen Druckwinkel (∝) mit dem Betrag von 0 bis 90° bilden.
8. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwinkel (∝) 90° beträgt.
9. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckwinkel (∝) 60° beträgt.
10. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (3) aus einem Federstahl hergestellt ist.
11. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (3) aus einem Kunststoff hergestellt ist.