DE2451665A1

DE2451665A1 - Kugelumlauf-schraubgetriebe

Info

Publication number: DE2451665A1
Application number: DE19742451665
Authority: DE
Inventors: Jacques Detraz; Jean Claude Fud
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1973-10-30
Filing date: 1974-10-30
Publication date: 1975-05-07
Also published as: SE7413441L; FR2249577A5; US3937097A; GB1481341A; CH586361A5; SE402809B; JPS5078759A; NL7414032A

Description

FR 73 102 DT
1974-10-23 FR-gw

Anlage zur

Patent- und

Gebrauchsmusterhilfsanmeldung

SKF KÜGELLAGERFABRIKEN GMBH, 8720 Schweinfurt 2 Kugeluntlauf-Schraubgetriebe

Die Erfindung betrifft ein Kugelumlauf-Schraubgetriebe zur Umwandlung einerDrehbewegung in eine fortschreitende Bewegung, oder umgekehrt, mit mindestens einem, im wesentlichen innerhalb der Schraube verlaufenden Kugelrücklaufkanal.

Es ist bekannt, zur Umwandlung von Drehbewegungen in fortschreitende Bewegungen sogenannte Kugelumlauf-Schraubgetriebe

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zu verwenden. Diese bestehen gewöhnlich aus einerSchraube und einerMutter zwischen denen mindestens ein Kanal für den Kreislauf von Kugeln vorgesehen ist. Der Kanal wird dabei durch eine in der Schraube und Mutter schraubenförmig verlaufenden Nut begrenzt. Für derartige Getriebe gibt es ein weites Anwendungsgebiet. Das erfindungsgemässe Getriebe ist jedoch hauptsächlich für Anwendungsfälle bestimmt, bei denen gefordert wird, dass die Mutter oder die Schraube des- Getriebes eine relative schraubenartige und alternierende Bewegung von geringer axialen Amplitude ausführen kann. Für das letztgenannte Anwendungsgebiet sind bereits mehrere Lösungen vorgeschlagen worden, die sich jedoch wenig bewährt haben.

So wurde z.B. vorgeschlagen, die Anzahl der sich im Kreislaufkanal befindenden Kugeln zu vermindern, und zwar auf solche Weise, dass man in einer bestimmten äusseren Endlage der Mutter an der Schraube zwischen dem Kopfendteil der Kugelreihe und dem entgegengesetzten Endteil des Kreislaufskanals einen Zwischenraum schafft, der im wesentlichen eine dem axialen Weg der Mutter entsprechende Länge hat. Diese konstruktive Lösung hat sich jedoch nicht bewährt, da die Kugeln im Endbereich des Verstellweges der Mutter nicht in den Kreislaufkanal rollen, sondern rutschen. Dadurch werden jedoch die Vorteile des genannten Getriebes zeitweilig zunichte gemacht.

Bei einem weiteren vorgeschlagenen Getriebe, das mit den vorstehend aufgeführten Nachteilen nicht mehr behaftet ist, hat man einen üblichen geschlossenen Kreislauf für die Kugeln verwendet, wodurch beachtliche axiale Bewegungen der Mutter möglich sind. Einen geschlossenen Kreislauf für die Kugeln erhält "man durch eine besondere maschinelle Bearbeitung der Mutter und durch das Anbringen von Hilfselementen an der Mutter, wobei die Hilfselemente zur Führung der Kugeln dienen. Derartig ausgebildete Muttern haben jedoch eine unsymmetrische

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äussere Form, wodurch eine Unwucht entsteht, so dass schnelle Drehungen nicht möglich sind. Ferner sind derartige Mutterkonstruktionen, bedingt durch ihre äussere Form, für bestimmte Anwendungsgebiete nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,, ein geräuscharmes, betriebssicheres und kostengünstiges Kugelumlauf-Schraubgetriebe zur Umwandlung eine Drehbewegung in eine fortschreitende Bewegung - oder umgekehrt - zu schaffen, mit dem insbesondere relativ kurze Verstellwege der Schraube oder Mutter in rascher Folge möglich sind, ohne dass die Mutter eine unsymmetrische äussere Bäuform aufweist.

Diese Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst, dass die Schraube eine koaxiale Bohrung hat, in die ein Bolzen eingesetzt ist, dessen Mantelfläche einen schraubenförmig verlaufenden Kugelrücklaufkanal mit einem den freien Durchlauf der Kugeln ermöglichenden Querschnitt aufweist, wobei die Länge des Kugelrücklaufkanals geringer ist als die des Umlaufkanals zwischen Schraube und Mutter, und dass die Schraube im Bereich der Endabschnitte des Kugelrücklaufkanals im wesentlichen radial verlaufende Bohrungen-hat, die eine Verbindung zwischen dem Kugelumlaufkanal und dem Kugelrücklaufkanal herstellen, und dass im Bereich der Bohrungen Führungselemente angeordnet sind, die einen Zwangslauf der Kugeln zwischen dem Kugelumlaufkanal und dem Kugelrücklaufkanal sicherstellen.

Eine besonderes günstige Führung der Kugeln innerhalb des Getriebes wird erreicht, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung, jedes Führungselement eine napfförmige Form hat und mit einem Endabschnitt in die Bohrung eingesetzt ist, wobei der andere Endabschnitt in den Kugelumlaufkanal bis kurz unterhalb des Grundes der Nut hineinragt und eine, den leichten Durchtritt der Kugeln gestattende Öffnung hat.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere

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darin, dass während der relativen Versetzung der Schraube oder der Mutter ein ununterbrochenes Rollen der Kugeln gewährleistet ist. Dabei ist die Reibung der Kugeln minimal, was stets eine maximale Leistung bezüglich der Bewegungsumwandlung und einen nahezu geräuchlosen Betriebsablauf ermöglicht. Ferner erhält das Getriebe eine gefällige und symmetrische äussere Form, da die für das Rückleiten der Kugeln vorgesehenen Elemente in der Schraube des Getriebes montiert sind. Auch eine kostspielige, spezielle maschinelle Bearbeitung der Mutter entfällt. Schliesslich ist die Herstellung des Bolzens und die auf seiner Mantelfläche vorgesehenen Nut besonderes einfach. Als Bolzen kann beispielsweise eine Gussteil verwendet werden, in dem die Nut bereits vorgegossen ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend an Hand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Ausführungsform, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Längsschnitt einer zeiten Ausführungsform,

Fig. 4 einen Schnitt, der dem in Fig. 2 entspricht, jedoch mit einer Variante der Kugelführungselemente und

Fig. 5 einen Schnitt, der dem in Fig. 2 entspricht, jedoch mit einem Befestigungsstift.

In Fig. 1 bezeichnet 1 ein rohrförmiges Metallelement genannt Schraube -, dass aus zwei Abschnitten la und Ib besteht. In die Mantelfläche des Abschnitts la ist eine schraubenförmig ausgebildete Nut 2 eingearbeitet, die eine bestimmte Steigung und Breite hat. Der Abschnitt Ib, der gegenüber

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dem Abschnitt la einen geringeren Aussendurchmesser hat, dient als Kopplungselement zum anschliessen der Schraube an ein bestimmtes Maschinenteil, z.B. an eine Drehbank mittels entsprechender Lagerelemente.

Über den Abschnitt la der Schraube 1 ist eine Mutter 4 gesteckt, die in der beschriebenen Ausführungsform als rohrförmige Muffe ausgebildet ist. In die Innenfläche der Mutter 4 ist eine schraubenförmige Nut 5 eingearbeitet, die die gleiche Steigung und Breite hat wie die Nut 2 der Schraube 1. Die Mutter 4 ist gegenüber der Schraube 1 derart angeordnet, dass die Nuten 5 und 2 einen schraubenförmig verlaufenden Kanal begrenzen, der einen kreisförmigen Querschnitt hat in dem Kugeln 6 zirkulieren können. Der Querschnitt dieses Kanals - genannt Kugelumlaufkanal - hat einen Durchmesser, der etwas grosser ist als der der Kugeln 6. Das Spiel zwischen den Kugeln 6 und dem Kugelumlaufkanal ist dabei in bekannter Weise so bemessen, dass eine einwandfreie Übertragung der Kräfte zwischen der Schraube 1 und der Mutter 4 gewährleistet ist.

Im Inneren der Schraube 1 ist eine koaxiale Bohrung vorgesehen, in die ein Bolzen 7 eingesetzt ist. In die Mantelfläche des Bolzens 7 ist eine schraubenförmig verlaufende Nut 8 eingearbeitet - genannt Kugelrücklaufkanal -, deren Länge geringer ist als jene des Umlaufkanals zwischen der Schraube 1 und der Mutter 4. Der Querschnitt des Kugelrücklaufkanals ist dabei zo bemessen, dass ein freier, ungestörter Durchlauf der Kugeln 6 durch diesen möglich ist. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Verlauf der Nut 8 .derart gewählt, dass sich die beiden Endabschnitte der Nut 8, bezeichnet mit 8a und 8b, in einer Mantellinie des Bolzens 7 befinden. Diese Ausführungsform ist jedoch nicht zwingend erforderlich für die Verwirklichung der Erfindung. Es ist auch möglich, die beiden Endabschnitte 8a und 8b der Nut 8 an verschiedenen Mantellinien anzuordnen, z.B. in diametral gegen-

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überliegender Anordnung. Die Länge der Nut 8 ist dann etwas geringer oder grosser als ihre Steigung. Sie kann jedoch auch mehrfach grosser als ihre Steigung sein.

In dem Abschnitt la der Schraube 1 sind zwei, im wesentlichen radial verlauf ende Bohrungen 9a und 9b vorgesehen, die im Bereich der Endabschnitte 8a, 8b des Kugelrücklaufkanals angeordnet sind. Die. Bohrungen 9a, 9b stellen . somit eine Verbindung zwischen den Endabschnitten 8a, 8b des Kugelrücklaufkanals 8 und dem Grund der Nut 2 des Kugelumlaufkanals her. In die Bohrungen 9a, 9b sind Führungselemente eingesetzt, die napfförmig ausgebildet sind und aus zwei Abschnitten 10a, 10b bzw. 11a, lib bestehen. Die Abschnitte 10a bzw. 10b sind dabei spielfrei in die Bohrungen 9a bzw. 9b eingesetzt, während die Abschnitte 11a bzw. 11b in den Kugelumlaufkanal so weit hineinragen, dass zwischen den Abschnitten 11a bzw. 11b und der Nut 5 in der Mutter 4 ein geringer Spielraum vorhanden ist. Die Führungselemente bestehen aus Kunststoff, wogegen die übrigen Teile aus Metall bestehen. Andere Werkstoffparungen sind jedoch möglich.

Wie in Fig. 2 gezeigt, haben die Abschnitte 11a, 11b der beiden Führungselemente öffnungen, die einen leichten Durchtritt der Kugeln 6 ermöglichen. Dabei sind diese öffnungen derart angeordnet, dass einerseits die Kugeln 6 leicht vom Kugelumlaufkanal 2-5 in die entsprechende Bohrung der Schraube 1, und anderseits von der entsprechenden Bohrung der Schraube 1 in den Kugelumlaufkanal 2-5 gelangen können. Die Abschnitte 11a und 11b der beiden Führungselemente sind zu diesem Zweck leicht gebogen, so dass dadurch der Kreislauf der Kugeln 6 günstig beeinflusst wird. Es ist auch bemerkenswert, dass durch die Schraubenform des Kugelrücklaufkanals 8, die Krümmung des geschlossenen Kreislaufes der Kugeln in jedem Punkt sehr gering ist; auch bei den Eingängen der Endabschnitte 8a, 8b der Nut Das geringe Ausmass und die Stetigkeit der Krümmung des geschlossenen Kreislaufes der Kugeln sind besonderes vorteilhaft

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in Bezug auf die Leistungsfähigkeit und einem geräucharmen Betrieb des erfindungsgemassen Getriebes. Ferner wird dadurch auch die Lebensdauer des Getriebes günstig beeinflusst, da auf diese Weise die Kugeln keinen sich wiederholenden Stössen ausgesetzt sind, die ihren Verschleiss odar selbst Bruch verursachen können.

In Fig. 1 ist die Mutter 4 in ihrer relativ mittleren Stellung in Bezug auf den möglichen Verstellweg der Schraube 1 dargestellt. Von dieser Stellung aus kann die Mutter 4 durch Drehung nach rechts oder nach links versetzt werden, wobei die axiale Amplitude diese Versetzung höchstens gleich der Steigung der schraubenförmigen Nut 2-5 ist. Ansonsten wird der geschlossene Kreislauf der Kugeln geöffnet und die Kugeln können entweichen. Im allgemeinen kann ein Entweichen der Kugeln dadurch vermieden werden, dass der axiale Abstand zwischen den Endabschnitten 8a, 8b der schraubenförmigen Nut 8 geringer oder gleich ist als der Unterschied zwischen der axialen Länge der Mutter und ihrer axialen Versetzung.

In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform hat der Bolzen 7 ein zylindrisches Tragelement 12 und einen Flansch 13. Der Aussendurchmesser des Flansches 13 ist grosser als der Innendurchmesser der koaxialen Bohrung der Schraube 1, wodurch die Lage des Bolzens 7 im Inneren der Schraube 1 in axiale Richtung fixiert ist. Als Drehsicherung, zwischen dem Bolzen 7 und der Schraube 1 dient ein Keil 14. Eine andere mögliche Drehsicherung ergibt sich, wenn man beispielsweise am Bndteil der Schraube 1 und am Bolzen 7 Abflachungen vorsieht, die miteinander korrespondieren. Es ist auch möglich eine Drehsicherung zu erhalten, in dem man die Abschnitte 10a, 10b der Führungselemente länger ausbildet, so dass sie in die Endabschnitte 8a, 8b des Kugelrücklaufkanals hineinragen. Diese Drehsicherung hat den Vorteil, dass der Bolzen 7 sowohl in axialer Richtung als auch während eine Drehung fixiert ist. In diesem Fall müssen die Führungselemente jedoch aus einem. steifen Material bestehen.

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Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der in Fig. 1 und 2 dargestellten und bereits beschriebenen Ausführungsform lediglich dadurch, dass die Schraube 1 statt eine durchgehenden Bohrung ein koaxiales Sackloch Ic hat, in welches der Bolzen 7 eingesetzt ist.

In der in Fig. 4 schematisch dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind Führungselemente 14a, 14b vorgesehen, die im Bereich der Eingänge der radialen Bohrungen 9a, 9b der Schraube 1 angeordnet sind. Diese Elemente sind schraubenförmig ausgebildet und können aus Kunststoff bestehen. Sie sind mit einem bestimmten Spiel in die sich deckenden Nuten 2 und 5 der Schraube 1 eingesetzt. Jedes dieser Führungselemente ist am Grund der Nut 2 der Schraube 1 befestigt, z.B. eingeklebt oder mittels eines Vorsprungs 15a, 15b, der in ein Sackloch eingerastet ist, dass sich am Grund der Nut 2 der Schraube 1 befindet. Ferner sind die den Bohrungen 9a, 9b zugekehrten Endteile jedes Führungselementes 14a, 14b gekrümmt ausgebildet, so dass die Fortbewegung der Kugeln 6 zwischen den Bohrungen 9a, 9b und dem Kugelumlaufkanal 2-5 ungehindert erfolgen kann. Dies geschieht einer Bahn entlang, die in jedem Punkt, insbesondere im Bereich der Eingänge der Bohrungen 9a, 9b, eine verhältnismässig flache Krümmung aufweist.

Die in Fig. 5 schematisch dargestellte weitere Ausführungsform des erfindungsgemässen Getriebes unterscheidet sich von der in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform lediglich dadurch, dass der Bolzen mittels eines Stiftes 16 fixiert ist, der durch eine Bohrung in der Seitenwand der Schraube 1 gesteckt ist und in ein im Bolzen 7 sich befindendes Sackloch eingreift.

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Claims

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Patentansprüche

Kugelumlauf-Schraubgetriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine fortschreitende Bewegung oder umgekehrt, mit mindestens einem im wesentlichen innerhalb der Schraube verlaufenden Kugelrücklaufkanal, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1) eine koaxiale Bohrung hat, in die ein Bolzen (7) eingesetzt ist, dessen Mantelfläche einen schraubenförmig verlaufenden Kugelrücklauf kanal (8) mit einem den freien Durchlauf der Kugeln (6) ermöglichenden Querschnitt aufweist, wobei die Länge des Kugelrücklaufkanals (8) geringer ist als die des Umlaufkanals (2-5) zwischen Schraube (1) und Mutter (4), und dass die Schraube (1) im Bereich der Endabschnitte (8a, 8b) des Kugelrücklaufkanals (8) im wesentlichen radial verlaufende Bohrungen (9a, 9b) hat, die eine Verbindung zwischen dem Kugelumlaufkanal (2-5) und dem Kugelrücklaufkanal (8) herstellen, und dass im Bereich der Bohrungen (9a, 9b) Führungselemente (10a, 10b; 11a, 11b; 14a, 14b) angeordnet sind, die einen Zwangslauf der Kugeln (6) zwischen dem Kugelumlaufkanal (2-5) und dem Kugelrücklaufkanal (8) sicherstellen.

2. Kugelumlauf-Schraubgewinde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Führungselement eine napfförmige Form hat und mit einem Endabschnitt (10a bzw. 10b) in die Bohrung (9a bzw. 9b) eingesetzt ist,, wobei der andere Endabschnitt (11a bzw. lib) in den Kugelumlaufkanal (2-5) bis kurz underhalb des Grundes der Nut 5 hineinragt und eine, den leichten Durchtritt der Kugeln 6 gestattende Öffnung hat.

3. Kugelumlauf-Schraubgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Führungselement aus einem Schraubenfederartig ausgebildeten Element (14a bzw. 14b) besteht, dass mit einem gewissen Spielraum im Bereich der

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Eingänge der Bohrungen (9a bzw. 9b) in den Kugelumlaufkanal (2-5) eingesetzt und an der Schraube (1) befestigt ist.

4. Kugelumlauf-Schraubgetriebe nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (7) in der koaxialen Bohrung der Schraube (1) befestigt ist, und zwar in axialer Richtung durch eine Presspassung und in Drehrichtung durch korrespondierende Abflachungen an der Schraube (1) und am Bolzen (7).

5. Kugelumlauf - Schraubgetriebe nach einem der Ansprüche

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bolzen (7) in der koaxialen Bohrung der Schraube (1) durch einen Keil (14),einen Stift (16) oder durch Kleben gehalten ist.

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