DE2709006A1

DE2709006A1 - Waelzmutter zur umwandlung einer drehbewegung in eine vorschubbewegung

Info

Publication number: DE2709006A1
Application number: DE19772709006
Authority: DE
Inventors: Joachim Uhing
Original assignee: UHING JOACHIM ING
Current assignee: Uhing Hans Peter Dipl-Ing 2300 Molfsee De Uh
Priority date: 1977-03-02
Filing date: 1977-03-02
Publication date: 1978-09-07
Also published as: FR2393206A1; FR2393206B1; GB1602042A; DE2709006C2; IT7820455A0; US4253342A; IT1093847B; CH622324A5

Description

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üiälzmutter zur Umwandlung einer Drehbewegung in oine Vorschubbewegung

f)io Erfindung betrifft eine Idälzmutter zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Vorschubbewegung zur Erzielung größerer Schubkräfte und Stabilisierung der relativen Lage zwischen bJelle und Idälzkörpern mit in einem Winkel zueinander stehenden ringförmigen Idälzkörpern, wobei mehrere derartige in einnm gemeinsamen Gehäuse gelagerte Rollringe mit ihrer Innenfläche in kraftschlüssigem Eingriff mit dor AuQenfläche einer Welle stehen.

Im Maschinen- und Apparatebau werden häufig Schrauben benötigt, mit denen Schubbewegungen von großer Länge ausgeführt werden. Das Gewinde für derartig lange Schrauben herzustellen bereitet einige Schwierigkeiten, besonders wenn sie genau sein sollen und zwischen Schraubenbolzen und flutter weder Spiel noch Verschleiß entstehen soll. Oft wird noch Leichtgängigkeit bei derartigen Schraubenpaarungen verlangt.

Es sind auch Schraubenelemente bekannt, weiche üJälzelemente verwenden, die sich in den entsprechend geformten Rillen des Bolzen und/oder der Mutter abwälzen und jede Gleitbewegung und damit auch die Abnutzung vermeiden. Ein Beispiel dafür sind Kugelumlaufmuttern, bei welchen die Kugeln am Ende eines oder mehrerer Gewindegänge wieder auf den Anfang des Ganges zurückgeführt werden. Derartige Schraubengetriebe sind durch die schwierige Herstellung jedoch so teuer, daß sie für uiele Zwecke nicht verwendet werden können. Darüber hinaus sind auch reibschlüssige Schrauben bekannt, welche aus ein— oder mehreren Ringen bestehen, die durch elastische Kräfte so gegen eine glatte Welle gepreßt werden, daß sie eine schraubenförmige Bewegung ausführen können, wenn die Ebenen dar Ringe die Wellenachse unter denselben Winkel schneiden.

Aus der DT - PS 1 o57 411 ist beispielsweise ein Rollringgetriebe bekannt, bei welchem diose Uiinkel veränderbar ausgeführt sind, so daß

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G'-ti

■JchrnubunbuunMiurHiuii mi t veränderlicher '>ti:ii|ung entstehen. Dur tochnische Aufwand ist ubnr auch bei din:.on ijluitroibungsfreien Getrieben zu groß, wenn vinu Schr.-uibenhnwegung mit nur einem rüsten Ütpigungsuinkol ijebraucht idird. betriebe mit veränderlichem 'jtuigungsuinknl nahen auch den Nachteil, dalJ die UcIIr huü di;r Uinrjmitto latural litir.iusgedriiruit wird, wenn junrkriifte auf die Ringe wirken und kein» zuüätzlichc führung zwischen RingrjßhäuGe und u/ollü uorhiindon ist. Die Ringo stuhon zutar auf der UJcllc durch din AnprnfJkr.'it'ti'! in !".liiiclKiituicht; π im· :;tuliilc ijuorl.irn: h;)bi;n ;j j r; • itu.T uirliL, il.i ilnr fa:jL punk tl'ürniiijp lilMlzpunkt in drjr ücliwonkachiin dur Hinrju JiLM)L. Durch dii: dühor urfurdurlichnn zuiiützlicliL-n laturalen Führungen «ntatehen aber uiödtjr Gleitbewegungen mit Reibungsv/erlusten und aomit UerschlciO, F)ei Hollringgetriobcn mit drei Ringen wird auUurdcm der mittlere Kinn doppelt ao hoch belastet, wie die beiden Muüonringe (vgl. Fig. 3 dor I)T - Pb 1 oS7 411). üie maximale iJclastbarkoit wird hierbei durch die zulässige spezifische flächenprossung im Uälzpunkt und die Tragfjhifjkeit der Lagerung des mittleren Ringes bestimmt. Da, wie bereits oben angedeutet, diese Ringe die Welle nur in einem Punkt berühren, worden die AnpreOkräfte ungleichmäßiger auf die tragenden Kugeln des Lagers verteilt als bei der sinfachen Lagerung einer Welle, boi welcher sie den Innenring ganz ausfüllt. Auch aus diesem Crundc kann die Tragfähigkeit der Lager nicht voll ausgenutzt worden.

Aufgabe dor Erfindung ist es daher, unter Vermeidung der vorgenannten Nachteile eine Uälzmutter mit nur einer Gewindesteigung zu konzipieren, die es ermöglicht, größere Schubkräftu zu urzielon und die Lage der tilollo zum Ring gegen IJuerkrüfto stabilisiert, wobei die Konstruktion aus wunigen einfachun Teilen bestehen soll, gut zugänglich ist und einen geringen Raumaufwand beanspruchL.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäO dadurch gelöst, daß die bchmiegung zwischen Rollring und Welle so groß als möglich, jedoch nicht größer al« (jo gnii/.'ililt uird.

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BAD ORIGINAL

Gemäß einer v/ortuilhartun Konstruktion dnr Erfindung ist rinn aus zwei gleichen Hälften beistehende Gohäusu go geteilt, daß die Trenn flächo dnr beiden GuhäusehLilf ten durch din Achsn der Wollt: und din Mitten der iJälzflächün verläuft. Dio beiden Gehäuschälften sind so mit gleich nunqcbildut und untcrninnndor austauschbar,

Cin Ausführungsboispiel der L'rfindunn ist in der Zeichnung dnrge— stellt und i.iird im folgenden näher bu:;chrinbnn. La zeigt

Fig. 1 dir :jchinintjunn .:iiiischon hlulle und Rollring anhand eines Schnitte;:;

Fig. 2 die Ausbildung der bchmiogung hervorgerufen durch den Steigungswinkel

Fig. 3 Schubgeschwindigkeiten in der idälzflächo Fig. 4 die Lage dor Rollringr; im Gehäuse im Schnitt Fig. 5 eine Seitenansicht gemäß Fig. 4

Fig. G einen Schnitt durch die Kammern der Fedcrslemente im Gehäuse.

Fig. 1 zeigt einen Rollring 1o, dessen Achse die der Welle 11 um den Winkel ß (Fig. 2) verschwenkt ist. üio Innendurchmesser der Welle, des Rollringes und die Form seiner Lauffläche sind hierbei so gewählt, daß sie die Wello 11 nicht in einem Punkt sondern auf einem Dogen von Punkt 13 bis 14 berührt. Hierdurch ist die Laga der Welle zum Ring auch gegen Querkräfte stabilisiert. Die Anpreßdrücke werden auch in einem größeren Ringbereich über die Wälzkörper dos Lagers auf den äußeren Ring dos Rollringes 1o übertragen. Die Rollringe sind somit also höher belastbar. Theoretisch könnte dia Lauffläche des Roll— ringes und sein Durchmesser so ausgeführt werden, daß die Anschmie— gung 13, 14 zwischen Ring 1o und Wolle 11 fast 18o boträgt. Dieser Idoalfall kann deshalb nicht realisiert worden, weil die Geschwindigkeit in dor Abwälzfläche in jedem Punkt verschieden groß ist. In der Mitte der Wälzflächo hat sie z.O, ihr Maximum; um 9o dazu versetzt gleich Null, naturgemäß können zwei Körper aufeinander aber nur oinwnndfrni abwälzen, wenn dii; sich berührenden Punkte die gleichen Geschwindigkeiten aufweisen. Ist das nicht der Fall, so treten neben Abwälzen zusätzlich noch Gleitreibung auf, die umso größer ist, je QrOQ(JT die Gi.vjchwindinkuitGuntnrschiedf} r;ind. erfahrungsgemäß sollen diese Abweichungnn von dnr mit.tlcron jilälzqoscliwindigkeit ca. + f> %

nr mittloron Walzgu

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nicht übersteigen·

Für die Vorschubgeschwindigkeit wird bekanntlich bei Rollringgotrieben die mathematische Beziehung : Wo = K · tg Q angegeben, in welcher der Faktor K die konstanten Größen Drehzahl und Durchmesser der üJelle enthält. Q ist der IJinkol zwischen Ring- und Uollenachse.

Liegt oin LJälzpunkt η auf dem Bogen 13, 14 um den Winkel (/(Fig. 3) von der Mitte der Idälzfläche entfernt, so ist die Uchubgeschwindigkeit Un im Punkt η Un = K · tg 0 · cos .^. Für dio zulässige Abweichung von ca« — ü % ergibt sich für coapf der aJurt uon 1 - 2 · 0,06 = ο,θθ und damit für den grüßten zulässigen liiinkol f/= 28,2 oder aber für die Gesamtlänge der üJälzflache 2 · 28,2 - 56,4 °. Daraus ergibt sich, daß die Anschmiegung zwischen Ring 1o und Welle 11 wohl möglichst groß

ο sein soll, jedoch einen Bogen uon ca. 6o nicht überschreiten darf, ωοηη in der Berührungsfläche keine größeren Geschwindigkeiten als - 6 % der mittleren Uälzgeschwindigkeit auftreten soll.

Bei dem bekannten Rollringgetriebe ist jeder Rollring in einem Cchaυso golagert, welches wiederum in einem Gesamtgehäuse geschützt untergebracht ist und schwenkbar gelagert ist. Es nimmt gleichzeitig alle Kräfte auf, die durch die Anpreßdrücko zwischen Rollringen und UeHe entstehen« Dagegen brauchen die Rollringe gemäß der Erfindung nicht schwenkbar ausgebildet sein, da der Steigungswinkel ß konstant sein muß. Die oinzelnen Ringgehäuse entfallen und die Rollringe sind im Gesamtgchäuso direkt golagert. Dabei ist die Teilung des Gehäuses — sie ist notwendig um die Ringe einbauen zu können - so gewählt, daß beide Gehäusehälften vollständig gleich ausgebildet sind. Durch diese vorteilhafte Maßnahme wird die Fertigung wesentlich vereinfacht, da z.n. jode Walzmuttor dann nur noch aus zwei Arton von Einzelteilen besteht, nämlich aus Hollringon und Gehäusehälften·

Fig. 4 veranschaulicht anhand eines Schnittes durch das Gehäuse 16 (Fig. 5) din Lage dor Hell ringe 1o in eino der Gehäusehälften 16, die in diesem Beispiel mit vier Stück annogeben sind. Die Anpreß— krufte zwischen dun Roll ringen und der Wolle werden durch elastische Elomonte z.U. Federn odor ähnliche Uforkstoffo erzougt.

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S-

Fig. 6 zeigt wie dier.c elastir.chun Llomentc; anqcordnet sind, und zuiar für die beiden mittloren Rollringo guinäß Fig. 4. Um c;i. 45 versetzt zur Teilungsebene 15 (Fig. 5) sind vier Aussparungen vorhanden, in welchen Druckfedern 22 angeordnet sind. Diese raumsparende Anordnung erlaubt das größtmögliche Federvolumen unterzubringen, da die Ecken der Gehäuse 1fi ohnohin vorhanden sind; für die Federn 22 also kein zusätzlicher Raum erforderlich ist. Die Komponente 19 aus beiden Foderdrückon 2o und 21 drückt den Rollring 1o gegen dio üJellu 11.

Hei üJälzmuttorn mit z.U. drei Rollringun (vgl. I)T - PS 1 21o f)47) wird der mittlere Rollring auf diese liieise gegen die Welle gepreßt und die Reaktionskraft je zur Hälfte von den äußeren Rollringen aufgenommen und auf das Gehäuse übertragen.

Bei der erfindungsgemäOen Einrichtung mit vier Rollringon ujerdon die beiden inneren Rollringo 1o entsprechend Fig. 4 und 6 gegen die üJello 11 gedrückt und die Reaktionskräfto von den beiden äußeren Rollringen 1o'(Fig. 4) aufgenommen. Die Anpreßkräfte sind dann bei allen Rollringen gleich und die Ausnutzung der zulässigan Rollringbelastung optimal. Mit vier Rollringen kann dadurch z.H. die doppelte Schubkraft gegenüber solchen mit drei Rollringen erreicht werden.

Es ist aber notwendig, daß in beiden Fällen sowohl mit drei als auch mit vier Rollringen diese so angeordnet werdon, daß sie im Gehäuse um geringe Strecken auf die Uelle hin vorschoben worden können, seitlich aber gut geführt bleiben. Dieser Bedingung kommen auch die unter 45 angeordneten Druckfedern 22 (Fig. 6) entgegen. Sie ändert auch nichts an dnr Gleichartigkeit dor beiden Gnhäusehälfton 16, 16'. Dadurch wird aber auch erreicht, daß mit denselben Bauteilen, je nach Zusammenbau, Uälzmuttorn für linke oder rechte Steigung entstehen. Um eine andere Dreh- bzw. Schubrichtung zu erhalten, brauchen nur die Federn 22 in Fig. b aus den oberon Kammarn in die unteren ausgewechselt werden.

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Uoi ullcn Rollringun wechseln dann auch die Uülzflächnn von ninnr auf die gegenüberliegende Seite der Wolle 11, wodurch die Uedingung für die Änderung der Steigungsrichtung - links oder rechts - erfüllt ist. Diese Festlegung kann einmalig bni dor Montage erfolgen, ülälzmuttorn können aber auch so ;iuügo^führt uordon, daß die Kraftrichtung der Federn 2? auch im Hutricbozustand umgeschaltet worden kann. Dadurch sind z.B. ohne Änderung der UJellendrehrichtung hin- und hergehende Bewegungen der idälzmuttcr ausführbar.

Auch die Schrauben 2.Ί und '.'h Fig. b und Gnuindelocher zur Befestigung von Maschinenteilen können so angeordnet werden, daG beide Gehäuseteile 16, 16'gleich bleiben, Besonders hervorzuheben bei dieser erfindungsgemäßen Ausführung iat, daü durch die bessere Anschmiegung 13, 14 (Fig. 1+2) der Rollringo 1o, 1o', und durch die Verwendung won 4 statt 3 Rollringen bei den bekannten Getriebeausführungon etwa die 4-facho Schubkraft erreicht wird.

Als weiterer Vorteil sei noch darauf hingewiesen, daG die Schubkraft gemäß der Einrichtung mit vier Rollringcn bogronzt ist unrl rinß die Uclic in den Rollringen zu rutschen beginnt, wenn zu große üowegungs— widerstände auftreten, die bei gewöhnlichen Gewindespindcln eventuell zu Schäden führen können.

LJa der spezifische Flächendruck in den Uälzflächen gering ist, treten beim gelegentlichen " Durchrutschen " an den UJälzkörpern keine Beschädigungen auf und es künnen für die Wellen ungehärteter, handelsüblicher Kundstahl verwendet werden. Trotzdom ist der Wirkungsgrad hoch, da in den Wälzpunktcn nur verlustarmes Abwälzen auftritt. Während bei normalen Gewinden dio Selbstsperrung schon bei Steigungen von ca. 1o beginnt, liegt or bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß der Erfindung bei 2 bis 3 . Für don praktischen Gebrauch wird dor Steigungswinkel ß abor UO gewählt, duß die Steigung oin ganzzahliger Bruchteil vom Innendurchmesser ist, so z.B. 9 ° für Steigung o,5 Innendurchmesser u.s.w. Die Fedcrpakutc 27 können druckcinstellbar ausgeführt werden. Dadurch ist t-inn Anpassung dnr gosamton Schubkraft an den techn. Prozeß, für wolchen die hlälzmuttrr verwendet wordon soll, möglich (z.B. Über— l.intüchutz).

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Claims

2/Ü9006 Pfitf-'ntansprücho

1) J Wälzmutter zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Vorschubbewegung zur Erzielung größerer Schubkräfte und Stabilisierung dor relativen Laqc zwischen IdolIo und Uälzkörpern mit in einem Winkel zueinandor stohendon ringförmigen liiälzkörpurn, wobei
mehrere derartige in einem gemeinsamen Gehäuse gelagerte Rollringe mit ihrer Innenfläche in kraftschlüssigem Eingriff mit der Außenfläche oinor Uollo stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierung (13, 14) zwischen Rollrinn (io) und Welle (11) so grofl als möglich, jedoch nicht größer als üo gewählt wird.

2) Uälzmutter zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Vorschubbewegung mit Mitteln zur konstruktiven Ausbildung des aus zwei gleichen Hälften bostehonden Gehäuses, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennfläche (15) der beiden Gehäusehälften (16, 16')
durch die Achse der Wolle (11) und die Mitten der lüälzflachen
(13, 14) «erläuft.

3) Wälzmutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Gehäusehälften (16, 16') gleich und austauschbar sind.

4) Uälzmutter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für joden Rollring (io) jo zwei Druckfedern (22) vorgesehen sind, die in den Ecken der Gehäusehälfton (16, 1ö') angeordnet sind.

5) bJälzmuttcr nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch qokonnzeichnet, daß ihre Vorschubrichtung wahlueiso durch Andrücken der Rollringo (1o) mittels dor Druckfedern (22) auf die U/ello (11) von der einen odor der gngcnüberliegonden Seito dos Wollendurchmessors einstellbar ist«

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