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Schraubengetriebe Die Erfindung betrifft ein Schraubengetriebe bestehend
aus einer Schraube mit einer schraubenförmigen Außenrippe an ihrer Außenseite, von
der zwei aufeinanderfolgende Gänge eine schraubenförmige Außennut begrenzen und
einer die Schraube umgebenden Mutter, die eine schraubenförmige Innenrippe aufweist,
von der zwei aufeinanderfolgende Gänge eine schraubenförmige Innennut begrenzen.
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Bei vielen Einstellvorrichtungen, beispielsweise wie sie in Werkzeugmaschinen
verwendet werden, sind Schraubengetriebe mit Drapezgewinde vorgesehen. Ein solches
Schraubengetriebe besitzt eine Mutter und eine Schraube, die miteinander zu einer
Beistungsübertragung zusammenwirken.
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Um Abweichungen bei der Fertigung, Temperaturveränderungen usw. Rechnung
zu tragen, muß das Schraubengetriebe mit einem gewißen Gewindespiel ausgebildet
werden. Das Gewinde spiel ist sehr unerwünscht, da es die Genauigkeit der Einstellvorrichtung
beeinträchtigt. Kugelumlaufgetriebe werden ebenfalls in Einstellvorrichtungen verwendet,
jedoch sind sie verhältnismäßig teuer und relativ schwierig zusammenzubauen.
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Durch die Erfindung sollen die Probleme vermieden werden, die bisher
bei Trapez-Schraubengetrieben aufgetreten sind, ohne daß die Kosten und der komplizierte
aufbau der Eugelumlaufgetriebe in Kauf genommen werden muß.
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Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß ein Teil der Mutter
bzw. die ganze Mutter aus etwas verformbarem Kunststoffmaterial besteht, die erwähnten
Rippen mit Pressung und ohne Gewindespiel ineinandergreifen und Organe zur axialen
und/oder radialen Vorbelastung des erwähnten Teils bzw. der ganzen Mutter mit ausreichender
Kraft vorgesehen sind, um den Teil bzw. die Mutter zu verformen und auf diese Weise
zumindest dazu beizutragen, die dichte Anlage swsBhen den Rippen zu erzielen.
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Das herkömmliche Trapez-Schraubengetriebe wird aus Metall hergestellt,
so daß eine Preßpassung zwischen den Gewadegängen der Mutter und der Schraube nicht
möglich ist, da das Metall fressen würde und es würde außerordentlich schwierig
sein, die Schraube mit Bezug auf die Mutter zu drehen. Die Erfindung ermöglicht
eine Preßpassung, da die Gewindegänge der Mutter und/oder der Schraube aus einem
etwas verformbaren Werkstoff hergestellt sind. Unter der Belastung durch die Preßpassung
findet bei dem Material der etwas verformbaren Gewinde ein geringfügiges Kaltfließen
statt, was zur Folge hat, daß die Preßpassung das Gewindespiel ausschaltet, jedoch
die Gewindegänge nicht zu hohen Beanspruchungen ausgesetzt werden, wie wenn die
Gewindegänge aus einem relativ unverformbaren Material, beispielsweise aus einem
Metalls hergestellt sind.
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Das für die etwas verformbaren Gewinde verwendete Naterial kann vorteilhaft
ein Gemisch aus einem fließfähigen Kunststoff, wie Polytetrafluoräthylen, und ein
fein verteiltes Metall, wie Bronze, enthalten, wobei der Kunststoff als
Bindemittel
dient. Obwohl ein Kunststoff, beispielsweise von der erwähnten Art, allein verwendet
werden könnte, wird durch den Zusatz eines Metalls, wie Bronze, die Verschleißfestigkeit
wesentlich erhöht, Wenn auch andere etwas verformbare Materialien benutzt werden
können, werden die bevorzugten Materialien unter den Warenzeichen Turcite A und
Turcite B von der Firma W.S. Shamban & Company, Los Angeles, Calif./USA, in
den Handel gebracht. Turcite A ist ein Gemisch aus einem Thermoplast, Bronze und
Polytetrafluoräthylen.
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Turcite B ist ein Gemisch aus Polytetrafluoräthylen und Bronze mit
einem kleinen Gewichtsprozentsatz an Zusätzen, die bestimmte wünschenswerte Eigenschaften
verleihen.
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Alle Materialien sind bis zu einem gewißen Grade verformbar. Unter
der hier verwendeten Bezeichnung "etwas verformbar" sind nicht verhältnismäßig unverformbare
Materialien, wie Stahl und andere relativ steife Metalle, zu verstehen.
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Andererseits soll durch das erfindungsgemäße Getriebe Leistung übertragen
werden, so daß woche und leicht verformbare Materia -lien, wie weiche elastsomere
Materialien, für die Gewinde ungeeignet sind. Daher schließt die Bezeichnung etwas
verformbar", wie sie hier verwendet wird, weiche, leicht, verformbare Elastomere,
wie sie gewöhnlich für O-Ringe verwendet werden, aus.
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Die Mutter und/oder Schraube und/oder Teile derselben können aus dem
verhältnismäßig verformbaren Material hergestellt werden. Zur tbertragung größerer
Kräfte ist es vorzuziehen, die Mutter oder zumindest ein Teil derselben, aus dem
etwas verformbaren Material herzustellen und die Leitspindel aus einem härteren,
festeren Material, wie Stahl. Der Grund hierfür besteht darin, daß es schwieriger
ist, die erforderliche Festigkeit in der Schraube als in der Mutter zu erzielen.
Es kann die ganze Mutter aus dem etwas verformbaren Material hergestellt
werden
oder sie kann eine Schale aus einem relativ unverformbaren Material, wie Stahl,
sowie einer Auskleidung aus dem etwas verformbaren Material haben.
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Die Pressung kann auf verschiedene Weise herbeigeführt werden. Erstens
können die Gewndegänge, wie sie anfänglich geformt werden und unbelastet sind, für
einen Preßsitz (interference fit) bemessen werden. Es können auch die Gewindegänge,
wie sie anfänglich ausgebildet werden, für einen Haft- oder Gleitsitz (snug fit)
bemessen und das etwas verformbare Material kann vorbelastet und so eingeschlossen
werden, daß ein ausreichendes Kaltfließen des etwas verformbaren Materials stattfindet-,
um eine Preßpassung zu erhalten.
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Diese beiden Methoden zum Erzielen einer Preßpassung können natürlich
kombiniert werden, d.h. die Gewindegänge, wie sie anfänglich geformt werden, können
für die Preßpassung bemessen und dann vorbelastet werden.
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Der Grad bzw. Betrag der Pressung (interference) zwischen den Gewinden
kann entsprechend den besonderen Erfordernissen gewählt werden. Im allgemeinen ist
es wünschenswert, den Betrag der Pressung zu erhöhen, d.h. den Sitz zwischen den
Gewindegängen fester zu machen, wenn die durch das Getriebe zu übertragende Last
zunimmt. So ist es für höhere Belastungen vorzuziehen, die Gewindegänge anfänglich
für einen bestimmten tbermaßbetrag zu formen und sie dann einer Vorbelastung zu
unterziehen, um die durch die anfängliche Bemessung der Gewindegänge erzielte Pressung
zu-erhöhen.
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Die Mutter kann axial und/oder radial vorbelastet bzw.
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vorgespannt werden. Um eine radiale Vorbelastung zu erzielen, kann
die Mutter in ein starres Gehäuse gezwängt werden. Wenn nur eine Auskleidung aus
dem etwas verformen baren Material verwendet wird, kann die Vorbelastung dadurch
herbeigeführt
werden, daß geteilte Abschnitte der Auskleidung in geeigneter Weise umschlossen
werden. Um Fluchtfehlern bzw. Verlagerungen der Achsen der Mutter und des starren
Gehäuses Rechnung zu tragen und Oberflächenunregelmäßigkeiten der Mutter und des
starren Gehäuses zu kompensieren, kann eine weiche elastische verformbare Hülse
aus elastomerem Material od. dgl. zwischen der Mutter und dem starren Gehäuse vorgesehen
werden.
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Obwohl eine nach der Erfindung hergestellte Mutter für viele verschiedene
Zwecke verwendet werden kann, ist sie besonders zur Verwendung in einer Einstellvorrichtung
geeignet. Eine solche Einstellvorrichtung kann eine Leitsplndel sein, die mit der
vorangehend beschriebenen Mutter zusammenwirkt, wobei eine Einrichtung, beispielsweise
ein Motor, für den Drehantrieb der teitspindel mit Bezug auf die Mutter vorgesehen
werden kann, um die Mutter längs der Schraube zu verschieben. Mit der Mutter hat
ein getriebenes Bauelement, beispielsweise ein Schlitten, Antriebsverbindung zur
Verschiebebewegung mit dieser. Das erfindungsgemäße Schraubengetriebe kann aber
auch als Lenkgetriebe für Kraftfahrzeuge verwendet werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung zum besseren Verständnis in Verbindung
mit der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigen: Fig. 1 eine Teilansicht
im Schnitt eines vorgespannten Schraubengetriebes zur Leistungs- und Bewegungsübertragung
von einem Motor auf einen Schlitten; Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt,
welcher in schematischer Darstellung ein bevorzugtes Größenverhältnis zwischen den
Zähnen der Mutter und der Schraube im unbelasteten Zustand und vor dem Zusammenbau
Jarstellti
Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Teilschnitt von
Mutter und Schraube nach dem Zusammenbau; Fig. 4 einen Teilschnitt ähnlich der Fig.
1 einer zweiten Ausfiihrungsform der Erfindung; Fig. 5 einen Teilschnitt ähnlich
der Fig. 3 einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; Fig. 6 einen Teilschnitt
nach der Linie 6-6 in Fig. 5.
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Fig. 1 zeigt eine Einstellvorrichtung 11 zum Einstellen eines getriebenen
Bauelements wie eines Schlittens 13.
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Die Einstellvorrichtung 11 besitzt ein starres Rohr 15, das in geeigneter
Weise an dem Schlitten 13 befestigt ist und eine Bohrung 17 von kreisförmigem oder
einem anderen geeigneten Querschnitt aufweist. Gleichachsig zu dem Rohr 15 ist eine
Mutter 19 durch eine Hülse 21 aus einem wochen, elastischen, verformbaren Material,
beispielsweise aus einem elastomeren Material, gelagert; die Hülse kann in der Achsrichtung
ungeteilt oder geteilt sein. Die Mutter 19 wird gegen eine axiale Bewegung mit
Bezug
aufdas Rohr 15 durch Sprengringe 23 und 25 gehalten, die in ringförmigen Nuten 27
und 29 im Rohr 15 sitzen. Die Endflächen der Mutter 19 liegen unmittelbar gegen
die Sprengringe 23 und 25 an.
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Innerhalb der Mutter 19 befindet sich eine Leitspindel 33, die mit
einem Motor 35 oder einer anderen geeigneten Kraftquelle durch eine beliebige geeignete
Antriebeverbindung 37 gekuppelt ist. Die Leitspindel 33 wird gegen eine Verschiebung
durch ein oder mehrere Lager 39 gehalten, und die Mutter 19 wird gegen eine Drehung
mit Bezug auf das Rohr 15 durch eine fest haftende Verbindung der Hülse 21 mit dem
Rohr und mit der Mutter gehalten. Daher führt, wenn die Schraube 33 durch den Motor
35 gedreht wird, die Mutter 19 längs dieser eine Bewegung als. Da die Mutter mit
dem Schlitten 13 fest verbunden ist, bewegt sich der Schlitten mit der Mutter.
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Was die besondere Ausbildung der Mutter 19 und der Leitspindel 33
betrifft, so ist die Mutter 19 mit einer schraubenförmigen Innenrippe 41 (Fig. 3)
versehen, die eine schraubenförmige Innennut 43 begrenzt. In ähnlicher Weise ist
die Leitspindel 33 mit einer schraubenförmigen Aussenrippe 45 versehen, die eine
schraubenförmige Aussennut 47 begrenzt. Die Leitspindel 33 ist aus einem festen,
relativ unverformbaren Material, wie Stahl, hergestellt und die Mutter 19 aus einem
etwas verformbaren Material, wie Turcite B. Wie in Fig. 3 gezeigt, befinden sich
die Rippen 41 und 45 in einem Antriebsverhältnis mit den Nuten 47 und 43. Die Passung
zwischen den Rippen 41 und 45 ist eine Preßpassung.
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Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung die relativen
Grössen
der Rippen und Nuten vor dem Zusammenbau und im unbelasteten Zustnd. Fig. 2 ist
nicht maßstäblich gezeichnet. Aus Fig. 2 ergibt sich, daß die Rippe 41 eine grössere
axiale Abmessung als die Nut 47 hat, von der sie aufgenommen werden 511. In ähnlicher
Weise hat die Rippe 45 eine längere axiale Abmessung als die Nut 43, von der sie
aufgenommen werden soll. Diese relativen axialen Abmessungen sind in Fig. 2 der
tbersichtlichkeit halber übertrieben dargestellt. Die Ausrichtung der Rippen e und
45 ist derart, daß schraubenförmige Spalte 49 und 51 erhalten werden.
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Wenn die Mutter 19 und die Leitspindel 33 in der in Fig. 3 gezeigten
Weise zusammengebaut sind, liegen die Rippen 41 und 45 relativ dicht an,-so daß
als Folge der axialen Abmessungen der Rippen und Nuten eine Preßpassung erhalten
wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Das Aufbringen der Mutter 19 auf die Leitspindel 33
führt zu keiner wesentlichen Verformung der Rippe 45, da die Rippe 45 eine höhere
Steifigkeit als die Rippe 41 hat. Die Mutter 19, die aus einem etwas verformbren
Material hergestellt ist, gibt beim Zusammenbau von Mutter md Spindel unter Druck
nach. Durch das Nachgeben des Materals der Mutter 19 werden einige der Spannungen
verringert, jedoch wird die Preßpassung beibehalten, wodurch ein Gewindespiel vermieden
wird. Die Art und Weise, in welcher sich die Mutter 19 verformt, hängt von der Grösse
der Spannungen und von der Art und dem Grad der Begrenzung der Mutter ab.
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Etwas Material der Mutter 19 kann jedoch kaltfliessen, wodurch die
radialen Abmessungen der Spalte 49 und 51 verringert werden.
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Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform kann zur Vorbelastung der
Mutter 19 verwendet werden, um dadurch
die Pressung zwischen den
Rippen 41 und 45 zu erzeugen bzw. zu erhöhen. Eine Vorbelastung ist wünschenswert,
wenn relativ schwere Belastungen übertragen werden sollen.
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Die Vorbelastung bzw. Vorspannung kann axial und/oder radial sein.
Die Mutter 19 kann zwischen den Sprengringen 23 und 25 axial vorbelastet werden.
Zusätzlich kann die Mutter 19 durch das Rohr 15 und die Hülse 21 radial vorbelastet
werden.
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Die Vorbelastung führt bei dieser Ausführungsform dazu, daß eine festere
Anlage zwischen den Rippen 41 und 45 erzielt wird. Zusätzlich erleichtert die Hülse
21 den Zusammenbau, wenn Ausfluchtungsfehler zwischen der Mutter 19 und dem Rohr
15 bestehen. Bei der in Fig. 1 - 3 dargestellten Ausführungsform ist das Gewindespiel
ausgeschaltet, selbs-t wenn eine beträchtliche Leistung vom Motor 35 über die Leitspindel
33 und die Mutter 19 auf den Schlitten 13 übertragen wird, Fig. 4 zeigt eine Einstellvorrichtung
lla, welche der Einstellvorrichtung 11 mit Ausnahme der Vorbelastungsmittel sowie
mit Ausnahme der Stellung des Schlittens 13a identisch ist. Teile in Fig. 4 , die
Teilen in Fig. 1 entsprechen, sind mit entsprechenden Bezugsziffern und durch den
Buchstaben a gekennzeichnet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 überträgt ein Motor 35a Leistung
über eine Antriebsverbindung 37a auf eine drehbare Leitspindel 33a. Eine Mutter
19a hat Paßsitz in einem Rohr 17a, von dem sie umgeben ist und an dessen Unterseite
der Schlitten 13a angebracht wird. Ein oder mehrere radiale Vorsprünge oder Keile
52 und/oder Klebtoff halten die Mutter 19a gegen eine Drehung mit Bezug auf das
Rohr 17a. Die Rippen 41a und 45a an der Mutter 19a
bzw. an der
Spindel 33a greifen mit Preßpassung ineinander.
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Die Mutter 19a ist zwischen einem Sprengring 23a und einer in das
eine Ende des Rohres 17a eingeschraubten hohlen Vorbelastungsschraube 53 angeordnet
und axial vorbelastet.
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Baulich ist die Ausführungsform nach Fig. 4 der Ausfuhrungsform nach
Fig. 1 - 3 mit der Ausnahme identisch, daß die Hülse 21 weggelassen ist und der
Keil 52 sowie die Hohlschraube 53 anstelle der Klebverbindung und des Sprengringes
25 vorgesehen sind, Der Betrag der axialen Vorbelastung an der Mutter 19a kann dadurch
eingestellt werden, daß die Hohlschraube 53 in das Rohr 17a eingeschraubt bzw. herausgeschraubt
wird. Die Mutter 19a ist radial nicht vorbelastet. Wenn die Mutter 19 a axial vorbelastet
wird, ist ihre Verformung radial nach außen durch das starre Rohr 17a beschränkt,
so daß zumindest ein Teil der Vorbelastungskräfte, die auf sie ausgeübt werden,
dazu dient, eine Preßpassung zwischen den Rippen 41und 45a herzustellen bzw. diese
zu verstärken. Hierdurch wird ein Gewindespiel zwischen der Mutter 19a und der Leitspindel
33a ausgeschaltet.
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Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Mutter 19b, die entweder bei der Ausführungsform
nach Fig. 1 - 3 oder bei der Ausführungsforn nach Fig. 4 verwendet werden kann.
Die Mutter 19b weist eine Schale 55 aus Stahl oder einem anderen relativ unverformbaren
Material auf sowie eine Auskleidung 57 aus einem etwas verformbaren Material, wie
Turcite B.
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Die Mutter 19b ist mit einer kontinuierlichen schraubenförmigen Rippe
41b versehen, die teilweise durch die Schale 55 und teilweise durch die Auskleidung
57 gebildet wird. Die Rippe 41b begrenzt eire kontinuierliche Innennut 43b.
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Die Mutter 19b wirkt mit einer Leitspindel 33b zusammen, welche der
Leitspindel 33 identisch sein kann. Die Leitspindel 33b ist mit einer kontinuierlichen
schraubenförmigen Außenrippe 45 ausgebildet, welche eine kontinuierliche schraubenförmige
Nut 47b begrenzt. Die Rippen 41b und 45 b werden von den Nuten 47b und 43b aufgenommen,
wobei eine Preßpassung zwischen den Rippen erhalten wird, wie in Verbindung mit
Fig. 1 - 3 beschrieben. Zur Vorbelastung der Auskleidung 57, wird die Auskleidung
vorzugsweise durch Halbschalen 59 und 61 gebildet, welche mit Bezug auf die Umfangsabmessung
des Hohlraums 63 in der Schale 55, in der die Halbschalen 59 und 61 angeordnet sind,
Übergröße haben. Hierdurch werden die Halbschalen 59 und 61 in der Umfangsrichtung
vorbelastet, wodurch eine Preßpassung zwischen den Rippen 41b und 45b erhalten wird,
bzw. diese Preßpassung erhöht wird. Die Vorbelastungseinrichtungen nach Fig. 1 und
4 können als Halteorgane statt als Vorbelastungsorgane verwendet werden, wenn die
Mutter 19b (Fig. 5) verwendet wird.
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Die Erfindung wird nicht nur in den Einzelmerkmalen der Ansprüche
sondern auch in deren Kombination gesehen.