DE2351830C2

DE2351830C2 - Kugelschraubgetriebe

Info

Publication number: DE2351830C2
Application number: DE19732351830
Authority: DE
Inventors: Pierre Viviers du Lac Lemor
Original assignee: La Technique Integrale Sa Chambery Fr
Current assignee: La Technique Integrale Sa Chambery Fr
Priority date: 1972-10-20
Filing date: 1973-10-16
Publication date: 1982-06-03
Also published as: JPS4993768A; DE2351830A1; SE396453B; GB1409506A; JPS5725744B2; FR2204273A5; NL7314370A; CH575562A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Kugelschraubgetriebe mit einer Gewindespindel und einer Mutter, die mit Gewindenuten zur gemeinsamen Aufnahme von lastübertragenden Kugeln innerhalb der Mutter versehen sind, welche an ihren Enden Mittel zur Herausführung der Kugeln in einen sich zwischen den Mutterenden erstreckenden Rückführkanal in die Gewindenuten aufweist.

Bei den meisten bekannten Kugelschraubgetrieben dieser Art (z.B. US-PS 3170 336) verläuft der Rückführkanal achsparallel innerhalb der Mutter radial außerhalb der dortigen Gewindenuten, was eine verhältnismäßig große radiale Dicke der Mutter voraussetzt, die, vielfach unerwünscht ist. Darüber hinaus führt ein solcher Rückführkanal zu Unwuchten, die bei schnellen Drehbewegungen der Mutter schädliche Schwingungen erzeugen können.

Es sind auch bereits Kugelschraubgetriebe bekannt (US-PS 29 24 113, 31 98 029), bei denen die Kugeln in vier axial voneinander getrennten Bereichen jeweils bereits nach einer Windung aus der Gewindenut in der Gewindespindel ausgehoben und durch eine örtliche Ausnehmung in der Mutter über den Steg zwischen den Gewindenuten der Gewindespindel an den Ausgangspunkt zurückgeführt werden. Die von den Ausnehmungen gebildeten Rückführkanäle der vier Abschnitte sind um jeweils 90° in Umfangsrichtuiig versetzt, so daß der Einfluß von Unwuchten und unterbrochener Tragfähigkeit ausgeglichen wird. Zur Herstellung der Ausnehmungen und zur Montage der Kugeln muß die Mutter jedoch entsprechend den vier Abschnitten in axialer Richtung vierfach unterteilt und durch eine gemeinsame Hülse zusammengehalten werden, was zu einem erheblichen Bauaufwand und einer komplizierten ίο Montage führt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugelschraubgetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem der Außendurchmesser der Mutter im Verhältnis zum Gewindedurchmesser extrem klein gehalten werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Rückführkanal von je einer zweiten umlaufenden Gewindenut, der Gewindespindel und der Mutter gebildet ist, die zwischen den Gängen der ersten Gewindenut mit gleicher Steigung und gleicher Steigungsrichtung verlaufen und ein vergrößertes Profil für den freien Rücklauf der Kugeln aufweisen.

Die Mutter des erfindungsgemäßen Kugelschraubgetriebes benötigt demgemäß keinen größeren Durchmesser, als zur Herstellung der Gewindenuten unter Berücksichtigung einer ausreichenden radialen Wandstärke im Nutbereich erforderlich ist. Eine Schwächung der Mutte·· in radialer Richtung erfolgt lediglich an den Enden der dortigen Gewindenut, was für das Tragver- M mögen der Mutter bedeutungslos ist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kugelschraubgetriebes wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht des Kugelschraubgetriebes mit beidseitig weggebrochener Schraube,

F i g. 2 einen Axialschnitt durch die Mutter des Schraubgetriebes nach F i g. 1 und

F i g. 3 einen Querschnitt durch die Mutter nach Linie III-III in F i g. 2.

In Fig. 1 ist mit 1 die Gewindespindel und mit 2 die

Mutter des Kugelschraubgetriebes bezeichnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel tragen sie beide je eine Gewindenut mit einer Steigung ρ (s. F i g. 2, wo die Gewindenut der Mutter 2 mit 3 bezeichnet ist). Kugeln 4 sind in die Gewindenut 3 der Mutter 2 und in die entsprechenden Abschnitte der Gewindenut der Spindel 1 eingesetzt; die Querschnittsradien der Gewindenut 3 der Mutter 2 und der entsprechenden Gewindenut der Spindel 1 sind im Durchmesser den Kugeln 4 angepaßt, um diese praktisch ohne Spiel in den Gewindenuven

dergestalt zu führen, daß eine Übertragung der Kräfte zwischen der Gewindespindel 1 und der Mutter 2 praktisch ohne oder zumindest mit einem extrem kleinen Spiel sichergestellt ist.

Zwischen den benachbarten Gewindegängen der Gewindenut 3 der Mutter 2 ist eine zweite Gewindenut 5 angeordnet, und es ist eine identische zweite Gewindenut zwischen den benachbarten Gängen der Gewindenut der Spindel 1 vorgesehen. Die Gewindenuten 5 der Mutter 2 und der Spindel 1 haben eine jede dieselbe Steigung ρ wie die Gewindenut 3 der Mutter 2 und die erste Gewindenut der Schraube, sie sind jedoch b5 im übrigen in der Weise angeordnet, daß sie zwischen sich, wenn die Gewindespindel 1 in die Mutter 2 eingeschraubt ist, einen schraubenförmigen Rückführkanal bilden (der im folgenden ebenfalls mit dem

Bezugszeichen 5 bezeichnet wird). Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, hat die Gewindenut 5 der Mutter 2 — ebenso wie die entsprechende Gewindenut der Spindel 1 — im wesentlichen den gleichen Abstand zu den benachbarten Gewindenuten 3 der Mutttτ 2 (bzw. den entsprechenden Gewindenuten der Spindel 1), was bedeutet, daß die genannte Gewindenut axial um p/2 gegenüber der Gewindenut 3 versetzt ist Diese Anordnung ist die günstigste, jedoch nicht die allein mögliche. Es leuchtet im Endeffekt ein, daß die Anordnung einer jeden Gewindenut mit der Gewindenut 5 in bezug auf die benachbarten Gewindegänge unter Berücksichtigung der Herstellungsmöglichkeiten eine beliebige sein kann. Die Tiefe und/oder die Breite des Querschnitts der Gewindenut 5 der Mutter 2 und gegebenenfalls auch jene der entsprechenden Gewindenut der Spindel 1 sind ein wenig größer gewählt als die der Gewindenut der Mutter 2 und der Spindel 1, dergestalt, daß die Kugeln 4 mit einem bestimmten Spiel in dem der Gewindenut 5 entsprechender. RückführkanaJ geführt werden.

In der in den Fig.2 und 3 veranschaulichten Ausführuiigsform sind Ringdeckel 6a bzw. 66 an der oberen und unteren Stirnfläche der Mutter 2 mit beispielsweise Schrauben 7 befestigt, die in Gewindelöeher 8 der Mutter 2 eingedreht sind. In F i g. 2 sind mit 9a und 96 die Enden der Gewindenut 3 der Mutter 2 bezeichnet, die in die obere bzw. untere Stirnfläche der Mutter an den Innenborden der Ringdeckel 6a bzw. 6b ausmünden. Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel ist ein jedes Ende wie das Ende 9a des Gewindes 3 der Mutter 2 mit dem entsprechenden Ende 10a des schraubenförmigen Rückführkanals 5 durch einen Führungskanal verbunden, der teilweise in der Mutter 2 nahe ihrer mit Gewinde versehenen Innenfläche und js teilweise an der Innenseite des Ringdeckels 6a verläuft, welcher an ihrer entsprechenden äußeren Stirnseite befestigt ist. Bei der betrachteten Ausführungsform besteht der Führungskanal aus zwei Abschnitten: Zunächst einem achsfliehenden Übergangsabschnitt -to UaI, dessen gebogene Achse (in Fig.3 gestrichelt angedeutet) der Schnittkurve des schraubenförmigen Torus, der durch die Gewinde der Spindel und der Mutter begrenzt ist, mit einer zur Achse A der Mutter lotrechten Querebene, d. h. einer Ebene parallel zur (in Fig.2) oberen Stirnfläche der Mutter 2 und dieser benachbart, entspricht. Die Achse des Abschnitts 11a 1 kann auch einer Berührungskurve mit der genannten Schnittkurve (Kreis, Parabel u.dgl.) entsprechen. Wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich ist, öffnet sich dieser λ Führungskanalabschnitt Hai in das entsprechende Ende 9a des Gewindes 3 der Mutter 2 in einer Tangentialebene zu diesem Gewinde, und ihm folgt ein Führungsabschnitt 11a 2, der parallel zur Achse A der Mutter 2 verläuft und in das entsprechende *inde 10a des Rückführkanals 5 mündet. Bei der in F1 g. 2 gezeigten Ausführungsform beträgt die axiale Länge dieses Abschnitts Ila2 des Führungskanals etwa p/4. Während dieser Abschnitt 11a 2 des Führungskanals vollständig in die Dicke der Mutter 2 eingearbeitet ist, ist der Abschnitt 11a 1 des Führungsband - zum Teil in die obere Stirnfläche der Mutter 2 eingearbeitet und befindet sich im übrigen in der unteren Stirnfläche des Innenbordes des Ringdeckels 6a.

In gleicher Weise ist das untere Ende 9£> des es Gewindes 3 der Mutter 2 mit dem entsprechenden Ende 106 des Rückführkanals 5 durch einen Führungskanal verbunden, der wie der vorbeschriebene einen achsfliehenden Überleitungsabschnitt 1161 und einen Abschnitt 1162 parallel zur Achse A der Mutter aufweist

Wenn die Gewindespindel 1 und die Mutter 2 einer schraubenförmigen Relativbewegung unterworfen sind, laufen die Kugeln 4 in folgender Weise im Inneren der Mutter 2 um: Wenn die Relativbewegung einen solchen Drensinn hat, daß die Kugeln 4 die Gewindenut 3 der Mutter und den entsprechenden Abschnitt des Gewindes der Spindel 1 von unten nach oben (in Fig.2) durchlaufen, gelangen sie zum oberen Ende 9a der Gewindenut 3, wo sie in den Abschnitt 11a 1 des in der Mutter angebrachten Führungskanals einlaufen. Dieser Einlauf wird dadurch erleichtert, daß das Gewinde der Spindel 1 außerhalb des Gewindes 3 der Mutter 2 das Austreten der Kugel sicherstellt, die am Ende 9a ankommt.

Bei der betrachteten Ausführungsform ist das Querschnittsprofil des achsfliehenden Übergangsabschnittes 1 la ein solches, daß die Kugel 4a, die an dessen Ende ankommt, nach einem Umlauf um angenähert 90° um die Achse A der Mutter 2 sich vollständig außer Eingriff mit dem entsprechenden Gewinde der Spindel 1 befindet. Sowie diese Kugel 4a zur gleichen Zeit senkrecht über dem parallel zur Achse A verlaufenden Abschnitt 11a 2 des Führungskanals steht, beginnt sie diesen Abschnitt Ha zu durchwandern, um endlich am Ende 10a des schraubenförmigen Rückführkanals 5 anzukommen. An dieser Stelle ist ein Finger 12a auf geeignete Weise in der Mutter 2 befestigt, um das Übertreten der Kugeln von dem Ende des Führungskanals zum entsprechenden Ende des Rückführkanals 5 zu erleichtern. Die Kugeln 4 durchlaufen nunmehr den Rückführkanal 5 in der in F i g. 2 strichpunktiert eingezeichneten Bahn im Sinne der Pfeile, d. h. zum unteren Ende der Mutter zu. Während dieser Rückführphase tragen die Kugeln nicht zur Kraftübertragung zwischen der Spindel und der Mutter aufgrund ihres Spiels im Rückführkanal 5 bei. Am unteren Ende 106 desselben angekommen, werden die Kugeln 4 zum unteren Ende 9b der Gewindenut 3 der Mutter 2 und dem entsprechenden Abschnitt der Gewindenut der Spindel 1 durch die beiden Abschnitte 11 b 2 und 1161 des dortigen Führungskanals zurückgeleitet, womit sie einen geschlossenen Kreis durchlaufen haben.

Die vorbeschriebene Ausführungsform des Kugelschraubgetriebes ist zahlreichen Abwandlungen zugänglich. Beispielsweise anstelle an ihren Stirnseiten mit Ringdeckeln 6a und 6b versehen zu werden, kann die Mutter 2 aus einem Stück vorbehaltlich der Herstellungsmöglichkeiten bestehen. Anstelle eines einzigen tragenden Gewindes wie der Gewindenut 3 können die Mutter 2 und die Schraube 1 jeweils eine gleiche Anzahl η von Gewinden besitzen. In diesem Fall müssen die Mutter 2 und die Spindel 1 in gleicher Weise mit derselben Zahl π von Schraubennuten versehe" verden, die dergestalt angeordnet sind, daß sie zwischen sich π schraubenförmige Rückführkanäle begrenzen, von denen ein jeder einem der η Gewinde der Spindel und der Mutter zugeordnet ist. In diesem Fall enthält die Mutter η geschlossene und voneinander unabhängige Zirkulationskreise für die Kugeln.

Jeder Führungskanal, der ein Ende des Gewindes der Mutter mit dem entsprechenden Ende des Rückführkanals verbindet, kann eine von der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Form abweichende Form besitzen, sofern er nur in der ' age ist, die Kugeln a.s den Gewinden der Spindel auf das Niveau eines jeden Endes jedes Gewindes der Mutter herauszudrücken und sie in das

entsprechende Ende des schraubenförmigen Rückführkanals einzuleiten.

Die in den F i g. 1 bis 3 gezeigte und vorstehend beschriebene Ausführungsform ist mit folgenden Abmessungen hergestellt und in zufriedenstellender Weise vielfach benutzt worden:

Nenndurchmesser der Spindel 1 50 mm

Steigung ρ 10 mm

Nenndurchmesser der Mutter 2 60 mm

axiale Länge der Mutter 2 55 mm

Anzahl der Gewindegänge in

der Spindel 2 4V₂

Kugeldurchmesser 3,175 mm

Das beschriebene Kugelschraubgetriebe läßt sich mit einem erheblich gesteigerten Verhältnis der Steigung zum Durchmesser der Spindel herstellen, was die Herbeiführung der Umwandlung einer verhältnismäßig langsamen Drehbewegung in eine schnelle Axialbewegung ebenso wie eine Umwandlung im umgekehrten Sinne gestattet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kugelschraubgetriebe mit einer Gewindespindel und einer Mutter, die mit Gewindenuten zur gemeinsamen Aufnahme von lastübertragenden Kugeln innerhalb der Mutter versehen sind, welche an ihren Enden Mittel zur Herausführung der Kugeln in einen sich zwischen den Mutterenden erstreckenden Rückführkanal bzw. zur erneuten Einführung aus dem Rückführkanal in die Gewindenuten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückführkanal von je einer zweiten umlaufenden Gewindenut (5), der Gewindespindel (1) und der Mutter (2) gebildet ist, die zwischen den Gängen der ersten Gewir.denut (3) mit gleicher Steigung und gleicher Steigungsrichtung verlaufen und ein vergrößertes Profil für den freien Rücklauf der Kugeln aufweisen.

2. Kugelschraubgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Ende (9a, b) einer jeden ersten Gewindenut (3) der Mutter (2) mit dem entsprechenden Ende (10a, b)dtr zweiten Gewindenut (5) durch einen in der Mutter angeordneten Umlenkkanal (Hai, Ila2) verbunden ist, welcher sich zusammensetzt aus einem in einer Querebene zur Mutternachse verlaufenden gekrümmten ersten Abschnitt (11a 1) mit von seinem Ausgangspunkt am Ende der ersten Gewindenut (3) bis zum vollen Kugeldurchmesser zunehmender radialer Tiefe und einem daran anschließenden, im wesentlichen achsparallel verlaufenden zweiten Abschnitt (Ha 2), der in das entsprechende Ende der zweiten Gewindenut mündet.

3. Kugelschraubgetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abschnitt (Hai) des Umlenkkanals mindestens teilweise in einen Ringdeckel (6a, b) eingearbeitet ist, der an der entsprechenden Stirnseite der Mutter (2) befestigt ist.