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P a t e n t b e 5 c h r e i b u n g Schraubgetriebe Die Erfindung
betrifft ein Schraubgetriebe, das drehende Bewegung mit niedrigen Reibungsverlusten
in geradlinige Bewegung umsetzt, insbesondere filr motorische Linearantriebe.
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Es sind derartige Schraubgetriebe bekannt, bei denen, zur Vermeidung
jeglicher Gleitreibung an den Flanken des Gewindes der Schraubenspindel, Rollkörper
in das Gewinde der Sohraubenspindel hineinragen, die in einem die geradlinige Bewegung
ausführenden Teil leicht drehbar gelagert sind und deren Drehachse senkrecht zur
Achse der Schraubenspindel steht (DPS Nr 1O41315)a Bekannt sind weiterhin Schraubgetriebe,
bei denen die Schraubenspindel von einer Schraubenmutter umgeben ist, deren Gewinde
in das Gewinde der Schraubenspindel nicht eingreift undder Zwischen raum zur reibungsarmen
Bewegungs-Umsetzung mit Kugeln ausgefüllt ist (DPS Nr 43588).
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Bekannt sind außerdem Schraubgetriebe, bei denen -die Gewinde von
Rollkörpern, deren Längsachsen parallel oder windschief zur Längsachse der Schraubenspindel
verlaufen, in das Gewinde der Schraubenspindel eingreifen. Die Rollkörper sind leicht
drehbar in einem die geradlinige Bewegung ausftthrenden Teil gélagert (DPS Nr 8-448).
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Diese Verfahren haben jedoch- den Nachteil, daß die Berührungsflächen
der aufeinander abrollenden Flächen wegen der konvexen Gestalt der Wälzkörper klein
sind und daher diese Schraubgetriebe
keine großen Kräfte übertragen
können. Wird diesem Nachteil dadurch abgeholfen, daß die Anzahl der Wälzkörper erhöht
wird, so muß dies mit dem Nachteil besonderer Präzision bei der Fertigung erkauft
werden, um ein gleichmäßiges Tragen der Wälzkörper zu erzielen. Abgesehen von den
Schraubgetrieben nach DPS Nr 8448 kann weiterhin der erzielbare Vorschub pro Umdrehung
der Schraubenspindel nicht beliebig reduziert werden, da zwischen den Gewindegängen
der Schraubenspindel genügend Platz für die Välzkörper vorhanden sein muß.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schraubgetriebe zu schaffen,
das bei einfacher Herstellbarkeit bocb belastbar ist und eine beliebige Reduzierung
des Vorschubes pro Umdrehung der Schraubenspindel zuläßt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gewinde
einer Schraubenspindel in das Gewinde einer Schraubenmutter eingreift, deren Gewinde-Nenndurchmesser
größer ist als der Gewinde-Nenndurchmesser der Schraubenspindel und die in einer
Wälzlagerung exzentrisch zur Schraubenspindel in einem Gehäuse derart gelagert ist,
daß sich das Gehäuse zwar relativ zur Schraubenmutter um deren Längsachse drehen,
aber nicht in Richtung dieser Achse verschieben läßt, Dreht sich die Schraubenspindel
gegenüber der Gehäuse, so rollt die Schraubenmutter auf der Schraubenspindel ab
und bewegt das Gehäuse über die Wälzlagerung geradlinig entlang der Schraubenspindel.
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Zur Erzielung einer hohen Tragfähigkeit der Gewindepaarung ist die
Längsachse der Schraubenmutter gegenüber der Längsachse der Schraubenspindel so
zu neigen, daß die Flanken der Gewinde von Schraubenspindel und Schraubenmutter
an ihren Berährungsstellen in Umfangsrichtung gleiche Winkel mit der Längsachse
der Schraubenspindel bilden.
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Um zu gewährleisten, daß die Gewindeflanken in jedem Falle an ihren
Beruhrungsstellen gleiche Winkel zur Längsachse der Schraubenspindel einnehmen,
kann das die Schraubenmutter fuhrende Gehäuse in dem von diesem geradlinig bewegten
Anselllußteil derart gelagert werden, daß es sich um eine Achse drehen kann, die
von Mittelpunkt der Berührungsstellen der Gewindeflanken von Schraubenmutter und
Schraubenspindel ausgehend die Längsachse der Schraubenspindel senkrecht schneidet.
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Die Tragfähigkeit der Gewindepaarung ist am besten, wenn der Winkel
zwischen den Gewindeflanken und der Längsachse der Schraubenspindel, gemessen radial
zur Längsachse der Schraubenspindel, afigenahert oder gleich 900 beträgt und die
Schraubenmutter ein dazu passendes Gegenprofil aufweist.
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Der erzielbare Vorschub des. die Lagerung der Schraubenmutter tragenden
Gehäuses pro Umdrehung der Schrabenspindel ist bei gleicher Ganghöhe der Gewinde
von Schraubenspindel und Schraubenmutter proportional zum Abstand der Längsachsen
von Schraubenspindel und Schraubenmutter. Aus diesem Grunde kann diese Anordnung
fur beliebig kleine Vorschubgeschwindigkeiten gebaut werden.
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Die Vorschubgeschwindigkeit des Schraubgetriebes wird dadurch stufenlos
geändert, daß der Abstand der Längsachsen von Schraubenmutter und Sehraubenspindel
stufenlos veränderlich gestaltet wird.
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Zur Erzielung eines gewünschten Variationsbereiches der Vorschabgeschwindigkeit
sind die Gewinde. von Schraubenmutter und Schraubenspinff so tief auszuführen, daß
sie einerseits bei der kleinsten einstellbaren Vorschubgeschwindigkeit mindestens
noch so weit ineinandergreifen, daß die Berührungsflächen der Gewindeflanken
genügend
groß sind, andererseits zur Erzielung der größten einstellbaren Vorschubgeschwindigkeit
genügend tief ineinander eintauchen können.
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Die Vorschubgeschwindigkeit des Schraubgetriebes kann abreichend von
der durch die Anordnung gegebenen Kinematik erhöht oder erniedrigt werden, indem
die Schraubenmutter in ihrer Drehung mit der Schraubenspindel abgebremst oder angetrieben
wird, derart, daß zwischen den Gewindeflanken von Schraubenmutter und Schraubenspindel
ein Schlupf entsteht.
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Insbesondere durch die Vorsehung einer Blockiermöglichkeit der Schraubenmutter
gegenüber dem sie führenden Gehäuse kann das Schraubgetriebe in einfacher Weise
zu einem Grob-Fein-Trieb erweitert werden.
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Zur Erzielung einer hohen Vorschubgeschlvindigkeit bei niedriger Belastung
des Schraubgetriebes ist die Blockierung der Schraubenmutter so zu gestalten, daß
sie nur bei niedriger oder keiner Belastung des Schraubgetriebes in Kraft tritt.
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Zur Erzielung eines genauen Maßes des Vorschubes pro Umdrehung der
Schraubenspindel ist die Schraubenmutter in ihrer Drehung mit der So lira ubenspindel
durch ein formschlüssiges Getriebe zwischen Schraubenmutter und Schraubenspindel
zu unterstützen.
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Ein einfaches solches Getriebe besteht aus einem Zahnrad, das drehfest
aber mit dem Gehäuse längsverschieblich auf der Schraubenspindel angeordnet ist
und das in eine konzentrisch an der Schraubenmutter angebrachte Innenverzahnung
eingreift.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß zur Erzielung einer hohen Belastbarkeit des Schraubgetriebes bei niedrigen Reibungsverlusten
nur wenige Teile zur Herstellung benötigt werden, Ein weiterer Vorteil besteht darin
daß die Vorschubgeschwindigkeit des Schraubgetriebes ohne besonderen Aufwand über
große Bereiche stufenlos variiert werden
kann und daß sich mit einfachstep
Mitteln ein Grob-Fein-Trieb verwirklichen läßt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt
und werden in folgendem näher beschrieben.
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Fig. i zeigt die Grundform des Schraubgetriebes. Das Gewinde einer
Schraubenspindel 1 greift in das Gewinde einer Schraubenmutter 2 ein, deren Gewinde-Nenndurchmesser
größer ist als der Gewinde-Nenndurchmesser der Schraubenspindel i und die in einer
Wälzlagerung 3 exzentrisch zur Schraubenspindel 1 in einem Gehäuse 4 derart gelagert
ist, daß sich das Gehäuse 4 zwar relativ zur Schraubenmutter 2 um deren Längsachse
drehen, jedoch nicht in Richtung dieser Achse verschieben läßt. Das Gehäuse 4 ist
um eine Achse geschwenkt, die in der Zeichenebene liegt und senkrecht zur Längsachse
der Schraubenspindel 1 steht, um gleiche Winkel der Gewindeflanken von Schraubenmutter
2 und Schraubenspindel 1 in Umfangsrichtung an den in der Zeichenebene liegenden
Berührungsstellen dieser Gewinde zu erhalten. Das Gehäuse 4 ist in einer nicht näher
dargestellten beliebigen Weise so gelagert, daß es seine relative Lage zur Längsachse
der Schraubenspindel i entlang derselben nicht ändern kann. Dreht sich die Schraubenspindel
1, so rollt die Schraubenmutter 2 auf ihr ab und bewegt das Gehäuse 4 geradlinig
in Richtung der Schraubenspindel 1.
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Fig. 2 zeigt ein Schraubgetriebe, dessen Vorschubgeschwindigkeit stufenlos
variiert werden kann. Zu diesem Zweck ist das Gehäuse 4 mit Wellen 7 und 8 verbunden,
deren gemeinsame Achse in der Zeichenebene liegt, senkrecht zur Längsachse der Schraubenspindel
1 steht und durch den ebenfalls in der Zeichenebene liegenden Mittelpunkt der Berührungsstellen
der Gewinde hindurchläuft. Die Wellen 7 und 8 sind drehbar und in ihrer Richtung
verschieblich in dem geradlinig zu,bewegenden Teil 9 gelagert.
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Über das Wellenende 8 kann der Abstand der Längsachse der Schraubenmutter
2 von der Längsachse der Schraubenspindel 1 verändert und damit die Vorschubgeschwindigkeit
des Schraubgetriebes variiert werden, Die Drehbarkeit der Wellen 7 und 8 in dem
Teil 9 gestattet eine selbsttätige Einstellung der Gewindeflanken der Gewinde von
Schraubenmutter 2 und Schraubenspindel 1 derart, daß sie an ihren Berührungsstellen,in
Umfangsrichtung gleiche Winkel zur Längsachse der Schraubenspindel i bilden.
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Fig. 3 zeigt ein Schraubgetriebe, dessen Vorsehubgeschwindigeit bei
niedriger Belastung größer ist als bei hoher Belastung. Zu diesem Zweck ist das
Gehäuse4 zusammen mit einem federnden Element 5 in einem Käfig 6 eingebaut, der
die gewünscht geradlinige Bewegung ausführen kann. Das federnde Element 5 drückt
die Schraubenmutter 2 über das Gehäuse 4 und die Wälzlagerung 3 gegen den Käfig
6, wodurch die Schraubenmutter 2 infolge der Reibung zwischen ihr und dem Käfig
6 in ihrer Drehung mit der Schraubenspindel 1 gehemmt wird.
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Die Schraubenspindel 1 schraubt sich dann durch die feststehende Schraubenmutter
2, wodurch sich eine der Ganghöhe des Gewindes der Schraubenspindel 1 entsprechende
Vorschubgeschwindigkeit ergibt. Wird nun das Schraubgetriebe derart belastet, daß
sich die Schraubenmutter 2 entgegen der Kraft des federnden Elementes 5 von dem
Käfig 6 abhebt, dann kann sich die Schraubenmutter 2 frei drehen und die Vorschubgeschwindigkeit
reduziert sich entsprechend der Kinematik des Schraubgetriebes.