DE2112785A1 - Rollengeraet - Google Patents

Description

• Rollengerät Die Erfindung betrifft ein Rcllengerät, das einen inneren und einen äußeren Führungskörper besitzt, die über Rollen mit in sich geschlossenen Rillen und Rippen Kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Vorrichtungen dieser Art sind bekannt. Sie können beim Drehen der Führungs'torper eine axiale Verschiebung der Führungskörper herbeLffihren oder aber ein Abrollen ohne axiale Verschiebung herseiführen.
• Herkömmliche Rollengeräte dieser Art haben eine begrenzte Belastungsfähigkeit, was hauptsächlich darauf zurüc/zuführen ist, daß die Anzahl der Rollen nicht groß genug gewählt werden kann. Es mangelt somit in erster Linie am Kraft-übertragungsvermXgen und an der Biegefestigkeit. Bei derartigen Geräten, bei denen die FührungskErper gegenseitig axial verschoben werden, ist es nicht möglich, die Gewindesteigung der Schraube und der Mutter unter einen bestimmten, für mehrere Anwendungszwecke zu großen Wert zu senken.
• Bei Geräten, bei denen die Rollen eine axiale Verschiebung der Führungskörper bewirken und die Rollen sich abwechselnd in einem Arbeitsbereich und in einem Rückrührungsbereich des äußeren Führungskörpers befinden, war es bisher nicht möglich, während der Rückführung die Rolle genau axial zu belasten.
• Ferner ist es bei den bisherigen Geräten meist nicht möglich, zugleich zwei diametral gegenüberliegende Rollen zu entlasten, was eine beträchtliche Senkung des Kraftübertragungsvermögens herbeiführen würde. Mit einer exakt zentrischen Belastung der Führungskörper konnte damit kaum gerechnet werden.
• Gemäß der Erfindung sollen die erwähnten Nachteile überwunden und neue wertvolle Eigenschaften geschaffen werden.
• Die Erfindung geht aus von einem Rollengerät mit einem inneren Führungskörper und einem äußeren Führungskerperl die über mit Rippen und Rillen versehene Rollen kraftschlüssig verbunden sind, wobei die Rollen während ihrer Planetenbewegung um den inneren Führungskörper gegenseitig in Umfangsrichtung innerhalb eines Käfigs gehalten sind, der aus Ringen und zwischenliegenden, im wesentlichen axialen Käfigstäben besteht. Nach der Erfindung wird dieses Gerät derart ausgestaltet, daß der Käfig in axialer Richtung gesehen aus zwei Teilen besteht, wobei die Käfigstäbe jeweils bis auf etwa halbe Länge biegesteif und einstückig zu einem ersten Käfigteil zusammengefaßt sind und bis auf ihre halbe Länge zusammen mit den anderen Käfigringen einen weiteren biegesteifen Käfigteil bilden, daß beide Käfigteile durch die paarweise aneinander befestigten Stabteile zusammengehalten sind und daß die Anzahl der Stäbe im Käfig kleiner ist als die Anzahl der Rollen, wobei jeder der längs des Umfangs verteilten Stäbe Gruppen von Rollen voneinander trennt und Jede Rollengruppe eine Mehrzahl von Rollen mit an ihren Enden befindlichen Zapfen umfaßt, die in den Ringen umfangsmäßig geführt sind.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen halben Längsschnitt durch ein Gerät für axiale Verschiebung; Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie II-II von Fig. 1; Fig. 3 einen-Querschnitt nach der Linie III-III von Fig. 1 (in Fig. 2, 3 sind, der Deutlichkeit halber, die Rollen und Rollenzapfen nicht schraffiert); Fig. 4 einen Zylinderschnitt in der Planetenbahn der Rollen (es ist nur eine Rolle gezeigt); Fig. 5 einen Abwicklungsschnitt durch die Führungsscheibe; Fig. 6 einen Querschnitt einer Rollenspindel; Fig. 7 einen Längsschnitt durch ein als Axiallager ausgelegtes Gerät; Fig, 8 eine Draufsicht nach der Linie VIII-VIII von Fig. 7; Fig. 9 einen Zylinderschnitt durch den Käfig von Fig. 7, und Fig,lO eine Draufsicht auf den Käfig.
• Die Figuren 1 bis 5 beziehen sich auf eine Rollenmutter, bei der die Rollen im wesentlichen in unveränderter axialer tage in bezug auf die Mutter bleiben. Figur 6 dagegen betrifft eine Rollenspindel, bei der die Rollen im wesentlichen in unveränderter axialer Lage in bezug auf die Spindel bleiben.
• Die Bezugszeichen der Figuren 1 bis 5 bedeuten: 4 Mutter, 5 Schraube, 6a Rolle in ArbeitsStellung, 6r Rolle in Rückführungsstellung, 7 Rippe einer Rolle, 7a Rille einer Rolle, 8 Rippe der Schraubengewinde, 8a Rille der Schraubengewinde, 9 Rippe des Muttergewindes, 9a Rille des Muttergewindes, 10 Rollenachse, 11 Flansche, 12 Ring, 16 Achse des Geräts, 18 Zapfen, 19 Ende des Zapfens, 20 Umhüliungsfläche, 21 Zahnkranz der Mutter, 22 Stabteil, 23 Zapfen, 24 Aussparung, 25 von der Mutter lnsbare Scheibe mit Steuerleisten 17, 26 Inflektionspunkt (Punkt mit Biegemoment 0), 27 Führungsschlitze, 28 Oberfläche der Steuerleiste, 31 Schlitten, 72 Axiallager, 33 Radiallager, 35 Kugelring, 36 Rückführungsrille in der Wandung der Mutter.
• Das Fördergerät nach den Figuren 1 bis 5 stellt eine Rollenmutter dar, bei welcher die Schraube 5 und die Mutter 4 über gerillte Rollen 6 zusammenwirken.
• Wie aus den Figuren 2 bis 4 ersichtlich haben die Ringe radiale, nahe beieinander liegende Führungsschlitze 27, welche die Rollenzapfen 18 in der Umfangsrichtung festlegen. Die Ringe sind ferner Jeweils mit vier Stabteilen 22 versehen. Die Stabteile 22 des unteren Ringes (Fig. 4) weisen Zapfen 23 auf, die sowohl in Umfangsrichtung als auch in radialer Richtung von Aussparungen 24 der entsprechenden Stabteile des oberen Ringes exakt festgelegt sind. Die Verbindung der beiden Käfighälften dient lediglich dazu, an der Ebene des Inflektionspunktes mitten zwischen den beiden- Ringen 12 Scherkräfte zu übertragen.
• Bei bekannten Geräten mit gerillten Rollen, z.B.
• entsprechend der schweizerischen Patentschrift 410 542, sind die einzelnen Rollen innerhalb von Oeffnungen der Zylinderwand des Käfigs umfangsmäßig abgestützt. Bei der Erfindung liegen die Verhältnisse völlig anders.
• Die herkömmliche Konstruktion (V) hat etwa folgende Biegefestigkeit: CV =-eS. nV. Hv³ und die Konstruktion gemäß 3 der Erfindung (R): CR = cs. A . HR ³ ,wobei Cs = eine Konstante nv = = die Zahl der Rollen und auch die Zahl der Stäbe H = die Dicke der Stäbe A = die Anzahl der Stäbe gemäß der Erfindung.
• Bei gleicher Steifigkeit ergibt sich Der auf den Umfang bezogene Raumbedarf der Stäbe ist somit bei der Erfindung wesentlich geringer, und die Anzahl der Rollen kann deshalb erheblich erhöht werden.
• Bei 4 Stäben wird: n = 12 16 20 24 28 4 : W = 1,44 1,59 1,71 1,81 1,92 Bei z.B. n = 20 ergeben somit gemäß der Erfindung 4 Stäbe mit Je J = 1,7 HV dieselbe Wirkung wie 20 Stäbe mit einem Umfang von 20 N . Damit können beträchtlich mehr Rollen (bei n = 20 etwa 20») eingesezt werden, was aus den folgenden Gründen von größter Bedeutung ist.
• 1. Kraftübertragungsvermögen und Biegefestigkeit kAnnen gesteigert werden bei identischen Rollenabmessungen.
• 2. Bei der Verwendung einer größeren Anzahl identischer RolLen werden die Berührungsdrücke kleiner.
• 3. Kleinere Berührungsdrücke ermöglichen kleinere Abmessungen der Gewinde der Führungskörper; eine kleinere Gewindesteigung kann gewählt werden; dies ist bei solchen Geräten, die als Hebezeuge ausgelegt sind, von großer Bedeutung, da hier die einzige sinnvolle Maßnahme vorliegt, die Anforderungen an die Antriebsvorrichtungen zu beschränken.
• 4. Eine gegebene Kraft kann mit einer erhöhten Anzahl von kürzeren Rollen übertragen werden, wobei der Vorteil hinzukommt, daß kürzere Rollen einen wesentlich günstigeren Wirkungsgrad aufweisen als längere Rollen.
• 5. Wenn eine erhebliche Anzahl von Rollen eingesetzt wird, dann läßt sich auch eine exakte zentrische Belastung der Führungskörper erreichen.
• Ferner ist zu beachten, daß ein sehr günstiger Wirkungsgrad vorhanden ist, da die Reibung zwischen Rollenzapfen und Führungsschlitzen auf ein Minimum beschränkt ist.
• Das Beispiel nach den Figuren 1 bis 5 zeigt fünf Rollen in jedem der vier Gewindeabschnitte. Da die wirksamen Abschnitte der Rollen sich in verschiedenen axialen Lagen befinden und von einem und demselben Paar von Steuerleisten 17 belastet werden sollen, sind die Längen der Zapfen derjenigen Rollen, deren äußerste Rippe in eine und dieselbe Gewinderille eingreift, unterschiedlich.
• Die gegenseitige Bewegung der Führungskörper 4 und 5 findet über die sich in Arbeitsstellung befindenden Rollen 6a statt, die mit ihren Rippen 7 zwischen den Rippen 8 der Schraube und 9 der Mutter in Eingriff stehen.
• Die Berührungslinien zwischen den Rollen und den Führungskörpern bilden Kreise. Die Wirkungsdurchmesser sind D5, DN und DR (Fig. 1, 4). Eine Planetenbewegung einer Rolle um die Achse 16 des Gerätes umfaßt zwei Arbeitstakte va und zwei Rückführungstakte vr (Fig. 3). Während eines Arbeitstakts überträgt eine Rolle 6a eine Kraft zwischen den Führungskörpern, die gegeneinander verschoben werden.
• Während der beiden Rückführungstakte einer Planetenumdrehung wird die außer Eingriff mit der Schraube stehende, unbelastete Rolle 6r in bezug auf die Mutter zurückgerührt, und zwar um eine Strecke, die so groß ist, daß die Rolle am Ende der Planetenumdrehung sich wieder in derselben axialen Lage befindet wie am Ende des vorangegangenen Planetenumlaufes. Die Größe der Rückrührungsbewegung wird von den folgenden Faktoren bestimmt: dem Verhältnis DR: DS, dem Eingriffswinkel zwischen Rolle und Schraube je Planetenumlauf, dem axialen Teilungsmaß a der Rippen, der Anzahl der Gewindegänge und der Gewindesteigung h. Die Führungsleisten 17 haben die in Fig. 5 angedeutete Gestalt 28, um eine Belastung der Rollenzapfen zu bewirken, wobei sich eine konstante Beschleunigung der Rollen bis zum Inflektionspunkt 26 und daraufhin eine konstante Verzögerung ergibt. Am Ende der Rückführungsbewegung werden die Rippen der Rollen lagerichtig und mit der richtigen axialen Geschwindigkeit wieder in die Gewinderillen der Schraube eingesetzt. Die Führungskörper bleiben stets zentrisch belastet.
• Als Beispiel kann folgendes angegeben werden: Mindestzahl der Käigstäbe = 2; Mindestzahl der Gewindegänge = 1. Mit einer Verengung an der offenen Seite der Führungsschlitze der Ringe wird erreicht, daß die Rollen im Käfig verbleiben, wenn die Mutter von der Schraube entfernt wird. Die Rollen können herausgenommen und wieder eingesetzt werden, da die Mutter sich in einer bestimmten Lage längs der Schraube befindet. Gemäß der Erfindung wird es auch möglich, einen größeren Rlickführungsbereich zu wählen, wenn höhere DrehzahlenerwUnscht sind.
• Die Fig. 6 bezieht sich auf eine Rollenspindel, z.B. eine Rollenspindel in einem Spindelgehäuse am Maschinenbett, die mit einem Muttersegment 2 am Schlitten 31 zusammenwirkt. Die RUckführung der Rollen kann entsprechend der eigenen deutschen Patentanmeldung P 21 06 649.9 vom 12.2.1971 durchgeführt werden, wobei weder an der Schraube noch an dem Muttersegment eine RUckfUhrungsrille vorhanden ist.
• Die Vorrichtung nach den Figuren 7 bis 10 stellt ein Lager dar für die Aufnahme von axialen und/oder radialen Kräften zwischen dem inneren Führungskörper, nämlich einer Spindel 5 und dem äußeren Führungskd.rper, nämlich einer Lagerbüchse 4. Die Spindel 5 ist einstükkig mit der Leitspindel 1 einer Werkzeugmaschine. Die Büchse 4 ist in dem Maschinenfundament 30 eingebaut. In Fig. 7 ist nur eine Lagervorrichtung dargestellt. Es werden Jedoch im allgemeinen zwei derartige Vorrichtungen verwendet, die in bestimmter Beziehung zueinander vorgespannt sind, um die besten Einspannungsverhältnisse an den beiden Enden der Leitspindel und maximale Biegefestigkeit zu erhalten.
• Fig. 8 zeigt Ringe 12 mit Löchern oder Schlitzen 27. Beim Arbeitsvorgang beschreibt jede Rippe einer Rolle eine kreisförmige Planetenbahn. Beim Zusammenbau des Gerotes werden die Rollen unter schrittweisem Drehen der Spindel 5 innerhalb einer langen, aufgeschnittenen Montierhülse in die Einbaunut 40 eingeführt. Jede eingesetzte Rolle wird in Umfangsrichtung von der Hülse und radial von den Führungskörpern gehalten. Wenn alle Rollen eingesetzt sind und keine sich mehr in der Rille befinde, wird zuerst-der eine und danach der andere Käfigteil 12, 22 eingeführt und mit Bolzen oder Schrauben 37 befestigt.
• Mit 38 ist eine Mutter und mit 39 eine Stoßfläche bezeichnet.
• Die Vorteile dieser Ausführungsform der Erfindung sind im wesentlichen dieselben wie die-oben anhand der Figuren 1 bis 6 beschriebenen Vorteile.
• Die Vorrichtung nach Fig. 10 hat eine gerade Anzahl von Stabteilen an jedem Ring 12. Wird die Lagerbüchse mit zwei Montageschlitzen versehen, so kann eine völlig zentrische Belastung der Führungskörper erzielt werden.
• Die Ausgestaltung nach Fig. 10 eignet sich besonders als Doppellager mit zwei Gruppen von Rollen, die gegenseitig vorgespannt werden, und zwar durch gegenseitiges Festspannen ihrer Lagerbüchsen.
• Die Ringe 12 des Käfigs können einen äußeren Durchmesser haben, der großer ist als der Wirkungsdurchmesser der Lagerbüchse. Der Käfig bildet somit einen sehr steifen Rahmen.
• Die Flächenzüge der Rollen können geschlossene Rillen bilden und die Flächenzüge der Führungskörper entweder geschlossene Rillen oder schraubenförmige (offene) Rillen bilden. Die erforderliche Mitführungswirkung kann auch durch ausgedehnte oder örtlich begrenzte Erhöhungen bzw. Vertiefungen an der Oberfläche der Führungskörper erreicht werden.
• Das erfindungsgemäße Gerät kann als Stellgerät, Hebezeug, Lager und dergleichen Verwendung finden.

Claims (9)

PATENTANSPRUCHE

1. Rollengerät mit einem inneren und einem äußeren Führungskörper, die über mit Rippen und Rillen versehene Rollen kraftschlüssig verbunden sind, wobei die Rollen während ihrer Planetenbewegung um den inneren FUhrungskörper innerhalb eines Käfigs in Umfangsrichtung gehalten sind und der Käfig aus Ringen und zwischenliegenden, im wesentlichen axial verlaufenden Stäben besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig in axialer Richtung gesehen aus zwei Teilen besteht, wobei die Käfigstäbe Jeweils bis auf etwa ihre halbe Länge biegesteif und einstückig einen ersten Käfigteil (12, 22) bilden und ebenfalls bis auf etwa ihre halbe Länge zusammen mit dem anderen Ring (12) den zweiten biegesteifen Käfigteil (12, 22) darstellen, daß die beiden Käfigteile in Axialrichtung aneinander befestigt sind, derart, daß die Stabteile paarweise einander festhalten, daß die Anzahl der Käfigstäbe geringer ist als die Anzahl der Rollen, wobei Jeder der um den Käfigumfang verteilten Stäbe Gruppen von Rollen voneinander trennt, und daß Jede Gruppe mehrere Rollen aufweist mit an ihren Enden befindlichen Zapfen (18), die in den Ringen umfangsmäßig geführt sind.

2, Rollengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Käfigteile (12, 22) durch Rollkörper (35) zusammengehalten sind, die am äußeren Führungskörper (4) oder einem damit verbundenen Bauteil angreifen.

3. Rollengerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zapfen (18) der Rollen die Ringe (12) innerhalb von Schlitzen (27) durchsetzen und mit Führungen außerha-lb der Ringe zusammenwirken.

4. Rollengerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungen auf die Zapfen einer Rolle im wesentlichen in axialer Richtung der Rolle einwirken, und zwar während eines Beschleunigungsvorganges, etwa einer konstanten Beschleunigung, und des entsprechenden, nachfolgenden Verzögerungsvorganges.

5. Rollengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (27) zur inneren oder äußeren Seite eines Ringes offen sind (Fig. 2, 6).

6. Rollengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringe (12) einen grcEeren AuBendurchmesser aufweisen als die Flächenzüge des äußeren FührungsLorpers (4).

7. Rollengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Käfigteile (12> 22) die Stäbe (22) durchsetzenden Schrauben (37) axial zusammengehalten und die Stabteile an ihren Berührungsflächen aneinander festgelegt sind.

8. Rollengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig drei Käfigteile mit Ringen (12) und Stabteilen (22) aufweist, wobei die drei Käfigteile einen zusammengesetzten Käfig für das Einsetzen axial verschiebbarer Rollengruppen bilden.

9. Rollengerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daS der äußere Führungskörper (4) mit zwei Montagenuten (40) versehen ist, in welche die Rollen (6) bei der Montage axial geführt werden, und daß der Käfig eine gerade Anzahl von Stäben (22) aufweist.

L e e r s e i t e