DE2548092C2 - Schraubenspindelgetriebe - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Schraubenspindelgetriebe, bestehend aus einer Schraubenspindel mit Gewinderillen von kreisförmigem Querschnitt, einer Mutter mit komplementären Gewinderillen, Kugeln, die in einem geschlossenen Kugelkranz in dem durch die Gewinderillen von Schraubenspindel und Mutter gebildeten Kugellaufkanal liegen, und einem Einsatzstück in der Mutter, welches einen zur Spindel hin offenen Rückführkanal aufweist, durch den die Kugeln jeweils in die vorherige Gewinderille zurückgeführt werden.

Bei derartigen (z.B. aus den DT-OS 16 25 526 oder 31 390) bekannten Schraubenspindelgetrieben ist jeweils die Steigung der Gewinderillen von Schraubenspindel und Mutter größer als der Kugeldurchmesser. Dies hat den Nachteil, daß bei Steigungen, die kleiner sein sollen als ein bestimmter Kugeldurchmesser, jeweils auch Kugeln mit einem kleineren Durchmesser verwendet werden müssen. Außerdem weist die Mutter eine verhältnismäßig große axiale Länge und auch einen verhältnismäßig großen Durchmesser auf, denn dieser Durchmesser wird im wesentlichen bestimmt durch die lohe des Rückführkanales. Die Höhe des Rückführkanales entspricht bei den bekannten Schraubenspindelgetrieben etwa dem 1'/.'fachen Kugeldurchmesser, da die Tiefe der Gewinderillen bei der Spindel nur wenig kleiner ist als der Kugelradiu.t. Damit die Kugeln jeweils aus einer Gewinderille herausgehoben und über den zwischen beiden Gewinderillen vorhandenen Steg gehoben werden können, muß der Rückführkanal die erwähnte Höhe aufweisen. Die große Steigung der Gewinderillen hat weiterhin den Nachteil, daß der Rückführkanal, in welchem die Kugeln innerhalb eines verhältnismäßig kleinen Umfangswinkels um eine Steigung in die vorherige Gewinderille zurückgeführt werden, verhältnismäßig stark in entgegengesetzter Richtung zu den Gewinderillen geneigt sein muß. Da im Bereich des Rückführkanales keine Kraftübertragung in axialer Richtung zwischen Mutter und Schraubenspindel stattfinden kann, bemüht man sich, diesen Rückführkanal auf einem möglichst kleinen Umfangswinkel unterzubringen. Die starke Steigung des Rückführkanales hat den Nachteil, daß im Rückführkanal eine starke Umlenkung der Kugeln stattfindet, was mit einem entsprechend großen Verschleiß und auch einer Gerauschentwicklung verbunden ist.

Diese Nachteile treffen auch für sehr ähnliche bekannte Bauarten von Schraubenjpindelgetrieben zu, bei denen die Mutter so ausgebildet ist, daß sie nur jeweils einen vollständigen Kugelkranz aufnimmt (vgl. US-PS 29 24 113 und 23 27 013). Die axiale Länge jeder Mutter ist konstruktionsbedingt stets größer als der doppelte Kugeldurchmesser. Sollen, um die Tragfähigkeit des Getriebes zu erhöhen oder um durch gegenseitige Vorspannung der Muttern Spielfreiheit zu erreichen, mehrere Muttern hintereinander angeordnet werden, so ergibt dies wegen der großen Baulänge jeder einzelnen Mutter eine entsprechend große Gesamtbaulänge.

Es ist ferner auch ein Getriebe bekannt (vgl. DT-PS 8 14 367), bei dem die Spindel kürzer ist als die Mutter und bei dem die Gewindesteigung etwa dem Kugeldurchmesser entspricht, so daß die in benachbarten Gewindegängen laufenden Kugeln sich gerade nicht mehr berühren. Dies bedeutet, daß auch bei diesem Getriebe die Steigung größer ist als der Kugeldurchmesser, so daß die oben erwähnten Nachteile ebenfalls zutreffen. Abgesehen davon is_t bei diesem Getriebe der axiale Verstellweg durch die Länge der Mutter begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schraubenspindelgetriebe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das bei großem Kugeldurchmesser eine kleine Steigung aufweist, das eine leichtere Kugelrückführung ermöglicht und dessen Mutter von geringer axialer und radialer Baugröße ist, so daß sich gegebenenfalls mehrere Muttern im Baukastenprinzip zur Erhöhung der Tragfähigkeit und/oder zum Erreichen einer Spielfreiheit bei geringer Gesamtbaulänge hintereinander anordnen lassen.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Steigung der Gewinderillen von Schraubenspindel und Mutter kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln und daß die axiale Länge der Mutter etwa dem doppelten Kugeldurchmesser entspricht.

Das neue Schraubenspindelgetriebe kann für einen bestimmten Kugeldurchmesser jede beliebige Steigung aufweisen, die kleiner ist als der Kugeldurchmesser.

Durch diese Ausbildung wird eine optimale Raumausnutzung für die aufeinander abwälzenden Flächen erreicht. Weder auf der Spindel noch auf der Mutter

sind zwischen den einzelnen Gewinderollen irgendwelche nicht als Wälzflächen dienenden Teile vorhanden, so daß sich bei der Mutter eine optimal kurze Baulänge erreichen läßt, die etwa dem doppelten Kugeldurchmesser entspricht oder auch sogar kleiner sein kann. Auch s die radiale Baugröße der Mutter wird insgesamt kleiner. Die Tiefe der Gewinderillen ist rumlich bei dem erfindungsgemäßen Schraubenspindelgetriebe wesentlich kleiner als der Kugelradius. Infolgedessen braucht die Tiefe des Rückführungskanales nur gering)ügig größer zu sein als der Kugeldurchmesser, was sich schließlich wieder in einem kleinen Außendurchmesser der Mutter vorteilhaft auswirkt. Die im Durchmesser im Verhältnis zur Steigung verhältnismäßig großen Kugeln weisen eine geringere Flächenpressung auf als kleinere Kugeln und geben somit dem Getriebe eine höhere Tragfähigkeit bei geringerem Verschleiß als sie bei einem Schraubenspindelgetriebe bekannter Bauart gleicher Steigung, jedoch mit kleineren Kugeln vorhanden wäre. Da die Gewinderillen bei dem neuen Schraubenspindelgetriebe weniger tief sind als bei bekannten Schraubenspindelgetrieben, ist zu ihrer Herstellung eine geringere Zerspanungsarbeit nötig, so daß das neue Getriebe auch billiger in der Herstellung ist. In diesem Zusammenhang wirkt sich der größere Kugeldurchmesser ebenfalls vorteilhaft aus. denn die Gewinderillen, deren Radius dem der Kugeln entspricht, weisen ebenfalls einen größeren Radius auf und sind demzufolge einfacher zu schleifen als Gewinderillen mit kleinerem Radius, wie sie für Kugeln mit kleineren Durchmessern erforderlich wären. Insbesondere durch die geringere axiale Länge der Mutter lassen sich im Baukastenprinzip beliebig viele Muttern hintereinander anordnen, wobei sich die Gesamtbaulänge dieser Anordnung in zulässigen Grenzen hält. Das Baukastenprinzip ermöglicht grundsätzlich die Massenfertigung einzelner gleichartiger Muttern in großen Stückzahlen. ]e nach der gewünschten Tragfähigkeit des Schraubenspindelgetriebes werden eine oder mehr Muttern hintereinander angeordnet. Will man Spielfreiheit erreichen, so genügt es, wenn dieser Einheit durch die die gewünschte Tragfähigkeit in einer Richtung erreicht wird, nur eine einzige Mutter zur Vorspannung entgegengesetzt wird. Bei bekannten Getrieben hingegen entsprach die axiale Länge der Vorspannmutter stets auch der axialen Länge der eigentlichen tragenden Mutter. Weiterhin arbeitet das neue Schraubenspindelgetriebe auch besonders verschleiß- und geräuscharm. Wenn nämlich die Steigung kleiner ist als der Gewindedurchmesser, ergibt sich auch in dem Rückführungskanal eine kleinere Steigung und damit eine geringere Umlenkung der Kugeln als bei den bisherigen Getrieben.

Um eine minimale axiale Baulänge der Mutter zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn die axiale Länge der Mutter nur geringfügig größer ist als die Summe aus einer Steigung der Gewinderillen und einem Kugeldurchmesser. Die geringfügig größere Länge der Mutter gegenüber der genannten Summe ist bedingt durch die spezielle Ausbildung des Einsatzstückes mit dem Rückführungskanal.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist anhand von mehreren in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erstes AusfühninasbeisDiel des neuen Schraubenspindelgetriebes nach der Linie 1-1 der F i g. 2,

H g. 2 eine Stirnansicht diese; Ausführungsbeispiels mit geschnittener Schraubenspindel.

Fig. 3 Einzelheiten der Mutter im Axialschnitt in vergrößertem Maßstab,

Fig. 4 eine Innenansicht der Mutter in Richtung IV der F i g. 3,

F i g. 5 eine Teilstirnansicht eines zweiten Ausführungsbeispieles,

F i g. 6 dieses Ausführungsbeispiel irn Schnitt,

Fig. 7 eine Innenansicht dieses Ausführungsbeispieles in Richtung VIl der F i g. 6,

Fig. 8 ein drittes Ausführungsbeispiel im Schnitt, nach VIII-VIIl der F ig. 9,

F 1 g. 9 die Stirnansicht desselben,

Fig. 10 eine Kombination einer Schraubenspindel mit mehreren gleichartigen Muttern.

In der Zeichnung ist mit 1 die Schraubenspindel bezeichnet, die mit Gewinderillen 2 versehen ist. Die Gewinderillen haben einen kreisförmigen Querschnitt, genauer ausgedrückt, den Querschnitt eines Kreissegmentes. Die Muttter 3 ist mit komplementären Gewinderillen 4 versehen. Ferner weist das Schraubenspindelgetriebe mehrere Kugeln 5 auf, die in einem geschlossenen Kugelkranz in dem durch die Gewinderillen 2, 4 von Schraubenspindel 1 und Mutter 2 gebildeten Kugellaufkanal liegen. Bei den in Fig. 1 bis 4 sowie 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Kugeln in dichter Reihenfolge aufeinanderfolgend angeordnet, d. h. sie berühren sich gegenseitig. Die Mutter 3 besitzt ferner an ihrer der Schraubenspindel I zugekehrten Innenseite eine Axialnut 8, in welche ein Einsatzstück 6 eingeklebt ist. Dieses Einsatzstück 6 weist einen Rückführungskanal 7 auf, dessen Steigung entgegengesetzt zu der Steigung der Gewinderillen 4 in der Mutter 3 verläuft, wobei jedoch der Rückführungskanal auf einem verhältnismäßig kleinen Umfangwinkel die gleiche Steigung aufweist, wie die Gewinderillen 4 bei einem vollen Umlauf. Durch den Rückführungskanal 7 werden die Kugeln 5 nach einem Umlauf jeweils in die vorherige Gewinderille 2 bzw. 4 von Schraubenspindel 1 und Mutter 3 zurückgeführt, wobei sie über die zwischen zwei Gewinderillen 2 der Schraubenspindel 1 vorhandene Rippe 9 geschoben werden.

Wie man weiterhin aus der Zeichnung, insbesondere Fig. 3, erkennen kann, ist die Steigung S der Gewinderillen 2 der Schraubenspindel — und auch der Gewinderillen 4 der Mutter — kleiner als der Durchmesser D der Kugeln 5. Die axiale Länge L der Mutter entspricht in etwa dem doppelten Kugeldurchmesser D. Die kleinstmögliche Länge L der Mutter ergibt sich ebenfalls aus Fig. 3 und insbesondere F ig. 4. Sie ist geringfügig größer als die Summe aus einer Steigung 5 der Gewinderillen und einem Kugeldurchmesser D. Die Länge L ist zweimal um den Betrag a größer, um den das Einsatzstück 6 in axialer Richtung über die Bewegungsbahn der Kugeln vorstehen muß, damit diese seillich sicher erfaßt und in die vorherige Gewinderille umgelenkt werden. Dadurch, daß jedoch die Steigung kleiner ist als der Kugeldurchmesser ergibt sich eine maximale axiale Länge der Mutter, die in etwa dem doppelten Kugeldurchmesser entspricht.

Wie man aus der Zeichnung weiterhin erkennen kann, hat die geringe Steigung S, die kleiner ist als der Kugeldurchmesser den Vorteil, daß die Gewinderillen 2, 4 verhältnismäßig flach sind und einen dem halben Kugeldurchmesser D entsprechenden verhältnismäßig großen Radius R aufweisen. Dies hat herstellungsmäßig

Vorteile, denn die flachen Gewinderillen erfordern wenig Zerspanungsarbeit und der größere Radius R läßt sich leichter schleifen als kleinere Radien. Außerdem wird auch ein besonders kleiner Außendurchmesser Da der Mutter erreicht. Der Außendurchmesser Da der Mutter 3 ist nämlich im wesentlichen abhängig von der Höhe des Einsatzstückes 6 und dessen Höhe wieder abhängig von der Tiefe T des Rückführungskanales 7, gerechnet vom Grund der Gewinderillen 2 der Spindel 1 bis zum Grund des Rückführungskanales 7. Die Tiefe T muß dabei um die Höhe a, um die die Rippe 9 über den Grund der Gewinderillen 2 vorsteht, größer sein als der Kugeldurchmesser D. Je flacher also die Gewinderillen 2 sind, d. h. je geringer ihre Steigung S ist, desto kleiner wird auch der Außendurchmesser Da der Mutter.

Da der Zusammenbau von Spindel, Mutter und Kugeln nicht ganz einfach ist, wurde bisher in der Regel das Schraubengetriebe immer komplett geliefert. Da sich jedoch bei dem erfindungsgemäßen Getriebe besonders kleine Abmessungen für die Mutter ergeben, to eignet sich diese Mutter für ein Baukastenprinzip. Hierbei ist es wünschenswert, daß der Benutzer des Getriebes nach Möglichkeit die Mutter selbst einbauen kann, so daß er von dem Hersteller nur die Muttern bezieht und sich unter Umständen die Spindeln selber herstellt. Um die Montage der Muttern zu erleichtern, ist zweckmäßig gemäß den F i g. 8 und 9 konzentrisch zu der Mutter ein Haltering 10 mit mehreren einseitig in axialer Richtung vorstehenden Haltefingern 11 vorgesehen. Die Haltefinger sind, wie aus F i g. 9 ersichtlich ist, auf einem Durchmesser angeordnet, der nur geringfügig größer ist als der Durchmesser Ds der Schraubenspindel. Da die Gewinderillen 2 bei dem erfindungsgemäßen Schraubengetriebe nur eine verhältnismäßig geringe Tiefe h aufweisen, ist auch der Durchmesser Di der Spindel nur geringfügig größer als der Durchmesser der Gewinderillen an ihrem Grund. Auf diese Weise können die Haltefinger 11 in die zwischen den Kugeln 5 vorhandenen Lücken eingreifen, wobei sich jedoch die Kugeln an ihrem Durchmesser gegenseitig berühren. Der Haltering 10 wird nach dem Zusammenbau von Mutter und Spindel entfernt und kann gegebenenfalls bei einer erneuten Demontage mit seinen Haltefingern 11 wieder in die zwischen den Kugeln vorhandenen Lücken eingeschoben werden. Um das Entfernen des Halteringes zu erleichtern, kann dieser gegebenenfalls geschlitzt sein, so daß er. nachdem er aus der Mutter herausgezogen wurde, durch Aufbiegen von der Spindel entfernt werden kann. Ein derartig ausgebildeter Haltering hat neben der vereinfachten Montage auch den Vorteil, daß er die Anordnung einer größtmöglichen Zahl von Kugeln und damit eine hohe Tragfähigkeit des Getriebes gewährleistet. Da der Haltering nach dem Zusammenbau von Mutter und Spindel entfernt wird, tritt kein zusätzlicher, durch den Haltering bedingter Reibverlust ein.

Es wäre jedoch auch denkbar, wie es in den F i g. 5 bis 7 dargestellt ist, einen im wesentlichen zylindrischen Haltering 12 vorzusehen, dessen Durchmesser kleiner ist als der mittlere Durchmesser, auf dem sich die Kugelmittelpunkte bewegen. Die axiale Länge des Halteringes 12 entspricht in etwa der axialen Länge der Mutter 3. Der Haltering 12 weist für jede Kugel ein sich in Achsrichtung erstreckendes Langloch 13 auf, dessen Breite B in Umfangsrichtung etwas kleiner ist als der Kugeldurchmesser D. Der Haltering 12 hält die Kugeln 5 vor und während der Montage in der Mutter 3.

Anhand der F i g. 10 soll der Aufbau eines spielfreien Getriebes größerer Tragfähigkeit erläutert werden. Dank der geringen axialen und radialen Bauabmessungen eignet sich nämlich die Mutter 3 des erfindungsgemäßen Schraubengetriebes besonders für den Aufbau eines derartigen Getriebes nach dem Baukastenprinzip. Es sei angenommen, daß die Mutternanordnung dieses zusammengesetzten Getriebes in einem Gehäuse fest eingespannt wird und in Richtung A eine große Kraft auf die Spindel einwirkt, die 5mal so groß ist wie die Tragkraft einer einzelnen Mutter 3. Die in der Gegenrichtung zu übertragende Kraft soll kleiner sein als die Tragkraft einer Mutter und außerdem soll das Getriebe spielfrei arbeiten. Zur Übertragung der Kraft a sind die Muttern 3.1 bis 3.5 vorgesehen. Um das Spiel auszugleichen sind diese fünf Muttern gegenüber einer einzigen Mutter 3.6 vorgespannt. Es sei angenommen, daß diese Vorspannung in Achsrichtung 50 kp betragen soll. In diesem Fall sind dann die Muttern 3.6 und 3.1 mit 50 kp gegeneinander vorgespannt. Die Mutter 3.2 liegt mit einer Vorspannung von 40 kp an der Mutter 3.1 an. Da jedoch die Vorspannung in der gleichen Richtung wirkt, werden die Kugeln der Mutter 3.1 etwas entlastet, so daß sie nur eine Vorspannkraft von 10 kp zu übertragen haben. In der gleichen Weise liegt die Mutter 3.3 mit 30 kp und die Muttern 3.4 und 3.5 mil jeweils um K) kp geringerer Vorspannung an der vorhergehenden Muttern an. Auf diese Weise werder mit einer verhältnismäßig kurzen Gegenmutter 3.6 fün tragende Mutlern 3.1 bis 3.5 vorgespannt und es wire eine besonders kurze Baulänge erzieh.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schraubenspindelgetriebe, bestehend aus einer Schraubenspindel mit Gewinderillen von kreisförmi- s gem Querschnitt, einer Mutter mit korn, ontären Gewinderillen, Kugeln, die in einem gL . nlossenrn Kugelkranz in dem durch die Gewinderillen von Schraubenspindel und Mutter gebildeten Kugellaufkanai liegen, und einem Einsatzstück in der Mutter, welches einen zur Spindel hin offenen Rückführkanal aufweist, durch den die Kugeln jeweils in die vorherige Gewinderille zurückgeführt werden, d a durch gekennzeichnet, daß die Steigung der Gewinderillen (2, 4) von Schraubenspindel (1) und Mutter (3) kleiner ist ;'is der Durchmesser (D) der Kugeln (5) und daß die axiale Länge (L) der Mutter (3) etwa dem doppelten Kugeldurchmesser (D) entspricht.

2. Schraubenspindelgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (L) der Mutter (3) geringfügig größer ist als die Summe aus einer Steigung (S) der Gewinderillen (2, 4) und einem Kugeldurchmesser (D).

3. Schraubenspindelgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zu der Mutter ein Haltering (10) mit mehreren einseitig axial vorstehenden, zwischen die Kugeln (5) eingreifenden Haltefingern (11) vorgesehen ist, die auf einem Durchmesser angeordnet sind, der geringfügig größer ist als der Durchmesser (Ds) der Schraubenspindel (I)(F i g. 8,9).

4. Schraubenspindelgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrisch zu der Mutter (3) ein zylindrischer Haltering (12) vorgesehen ist, dessen Durchmesser kleiner ist als der mittlere Durchmesser, auf dem sich die Kugelmittelpunkte bewegen, dessen axiale Länge in etwa der axialen Länge (L)der Mutter (3) entspricht, und der für jede Kugel (5) ein sich in Achsrichtung erstreckendes Langloch (13) aufweist, dessen Breite (B) in Umfangsrichtung etwas kleiner ist als der Kugeldurchmesser (D).