DE2721977C2

DE2721977C2 - Schraubspindeltrieb

Info

Publication number: DE2721977C2
Application number: DE2721977A
Authority: DE
Inventors: Oliver E. Minneapolis Minn. Saari
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1976-06-01
Filing date: 1977-05-14
Publication date: 1986-01-23
Also published as: CH606865A5; IT1084354B; CA1050062A; GB1581159A; US4048867A; BR7703253A; FR2353764A1; JPS52147271A; AU2514977A; NL7705805A; SE436921B; FR2353764B1; SE7706311L; AU504107B2; ZA772362B; DE2721977A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Schraubspindeltrieb mit einer ein durchgehendes Gewinde aufweisenden Gewindespindel, einem Mutternkörper, deren Bon- rung eine Reihe von Ringnuten aufweist, zwischen Mutternkörper und Gewindespindel angeordneten Rollen, die in gleichmäßigem Umfangsabstand angeordnet sind und die ringförmige Zähne aufweisen, deren axiale Teilung und deren Form der des Gewindes der Gewinde- spindel entspricht und die in rollendem Eingriff mit dem Gewinde der Gewindespindel und den Ringnuten des Mutternkörpers stehen, wobei die Anzahl der Ringnuten des Mutternkörpers gleich der Anzahl der mit diesen in Eingriff stehenden ringförmigen Zähnen der Rollen ist.

Ein derartiger Schraubspindeltrieb ist bekannt (DE-OS 19 62 872). Ein mittlerer, einen größeren Durchmesser aufweisender Abschnitt der Rollen steht mit der Gewindespindel in rollendem Eingriff. Die im Durchmesser kleineren Endabschnitte der Rollen sind mit den Ringnuten des Mutternkörpers in Eingriff. Auf diese Weise findet eine relativ hohe Flächenpressung zwischen den in Eingriff stehenden Teilen statt. Dies ist insbesondere bei der Übertragung sehr hoher Kräfte nachteilig. Nachteilig ist ferner, daß die Rollen auf Biegung belastet werden. Wegen unterschiedlichen Teilkreisdurchmessers vom größeren Abschnitt und kleineren Abschnitt der Rollen werden unterschiedlich große lineare Strecken an den Kontaktflächen der Rollen zurückgelegt. Es kommt mithin zu einem Schlupf an den Berührungsstellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

Schraubspindeltrieb der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß er bei nur geringen Reibungsverlusten große Kräfte übertragen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Muttemkörpern jeweils ein Satz Rollen zugeordnet ist, deren Zahl der Anzahl der Gewindegänge der mehrgängigen Gewindespindel entspricht, wobei dieselben ringförmigen Zähne der Rollen gleichzeitig in das Gewinde der Gewindespindel und die Ringnut des zugeordneten Mutternkörpers eingreifen und der Teilkreisdurchmesser eines Satzes der Rollen und der Ringnut des einen Mutternkörpers größer ist als der entsprechende Teilkreisdurchmesser des anderen Mutternkörpers und des zugeordneten Rollensatzes.

Ein Schraubspindeltrieb zur translatorischen Verstellung von zwei Körpern relativ zueinander ist an sich bekannt (CH-PS 4 25 360). Bei diesem Schraubspindeltrieb sind zwei Muttern auf unterschiedlichen Gewindeabschnitten mit entgegengesetzter Drehrichtung angeordnet Mit diesem Schraubspindeltrieb läßt sich nur eine relativ klein? Untsrsstzung erreichen, so daß nur verhältnismäßig kleine Kräfte mit nicht unerheblichen Reibungsverlusten übertragen werden. Es ist auch ein Schraubspindeltrieb bekannt, bei dem ein Mutternsegment mit Hilfe einer Gewindespindel verstellt wird, indem eine Reihe von Rollen mit der Gewindespindel und dem Muttemsegment sowie einem Gehäuse in Eingriff sind (DE-OS 2106 649). Die Rollen sind in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet und durch geeignete Führung gehindert, eine Relativbewegung zueinander auszuführen. Die Rollen vollführen bei ihrem Umlauf eine Axialbewegung und müssen daher während ihres Umlaufs im Gehäuse wieder zurückgestellt werden. Eine Übertragung eines derartigen Schraubspindeltriebs auf einen Schraubspindeltrieb mit zwei Mutternkörpern der zuletzt erwähnten bekannten Ausfuhrungsform ist nicht ohne weiteres möglich und verhältnismäßig aufwendig.

Der Eingriff der Rollen beider F oüensätze des erfindungsgemäßen Schraubspindeltriebs mit dem zugeordneten Mutternkörper und der Gewindespindel erfolgt über deren gesamte axiale Länge, so daß eine relativ kleine Flächenpressung erzielt wird, was entsprechend geringe Reibungsverluste bedingt. Es können daher außerordentlich hohe Kräfte mit relativ geringer Reibung übertragen werden. Da der Teilkreisdurchmesser der Ringnuten der Mutternkörper und der Zähne der Rollen unterschiedlich ist, wird die Relativverstellung bei translatorischer Bewegung beider Körper in gleicher Richtung erzielt. Da die Rollen automatisch in gleichem Umfangsabstand zueinander angeordnet bleiben, tragen zur Kraftübertragung sämtliche Rollen in gleichem Maße bei, so daß bei geringstmöglicher Reibung erhebliche Kräfte von der Spindel auf die Körper übertragen werden können und umgekehrt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt die Seitenansicht eines Schraubspindeltriebs nach der Erfindung.

Fig. 2 zeigt die Endansicht des Schraubspindeltriebs nach Fig. 1 nach der Linie 2-2.

Fig. 3 zeigt perspektivisch einen Schraubstock mit einem Schraubspindeltrieb nach den Fig. 1 und 2.

In den Figuren ist eine Schraubspindel 10 mit sechs Gewindegängen gezeigt. Das Gewinde hat einen Flankenwinkel von 90°. Die Spindel 10 hat ferner eine Länge, die für den gewünschten Betriebsbereich ausreicht. Sie weist ferner eine Kurbel 10a (Fig. 3) auf, um sie in

K /ti verseI/cη.

Hs sind ferner zwei backeniormige Mutternkörperll und 12 vorgesehen von identischer Form, jedoch von unterschiedlicher Größe. Der Mutternkörper 11 weist einen Außerkörper 11a und der Mutternkörper 12 weist einen Außenkörper 12 a auf. Der Mutternkörper 11 ist ferner mit sechs Rollen 13 versehen, und der Mutternkörper 12 ist mit sechs Rollen 14 versehen, wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich.

Fig. 3 zeigt eine einfache Konstruktion, in welcher Backen 126 und 116 einstückig mit den Außenkörpem 12a und 11a ausgebildet sind. In Fig. 3 ist eine ü-förmige Mulde 15 mittels Schrauben 17 fest an einem Arbeitstisch 16 befestigt Die inneren Seitenwände und der Boden der Mulde entsprechen den Seitenwand- und Bodenwandabmessungen der beiden Mutternkörper 11 und 12, so daß sie an einer Drehbewegung um ihre Achsen gehindert werden, jedoch axial in der Mulde gleiten können. Es ist daraufhinzuweisen, daß die Außenkörper 11a und 12a nicht als ein integraler einstückiger Körper ausgebildet zu sein brauchen, sondern in zwei oder mehr Teilen vorliegen können.

Jeder Außenkörper 11 α und 12a ist mit einer Durchgangsbohrung versehen. Die Bohrung durch den Außenkörper 11a ist mit einer Anzahl Ringnuten 18 ausgestattet, während die Bohrung des Außenkörpers 12 a mit einer Anzahl Ringnuten 19 ausgestattet ist Die Ringnuten 18 und 19 erstrecken sich über die gesamte Länge der jeweiligen Bohrungen, und die Nuten sind komplementär zum Gewinde der Spindel 10 ausgebildet und haben die gleiche axiale Teilung wie die Spindel 10. Der Teilkreisdurchmesser der Ringnuten 19 ist größer als der Teilkreisdurchmesser der Ringnuten 18.

Jede der Rollen 13 und 14 ist mit einer Anzahl von Ringzähnen versehen, die in der Anzahl gleich der entsprechenden Anzahl der Ringnuten 18 und 19 sind. Die Ringzähne jeder Roile 13 und 14 haben die gieiche axiale Teilung wie die Spindel 10 und eine Form, die im wesentlichen zur Form des Gewindes der Spindel 10 paßt. Der TeHkreisdurchmesser der Ringzähne der RoI-len 14 ist größer als der Teilkreisdurchmesser der Ringzüline der Rollen 13.

Heim Zusammenbau werden die Rollen 13 und 14 jeweils in den Außenkörpem 11a und 12a gelagert, wobei sich die Ringzähne der Rollen in Walzberührung mit den Ringnuten der Außenkörper befinden. Die Rollen in jedem Außenkörper 11a und 12 a sind ferner in gleichmäßigen Umfangsabständen gelagert, und die Spindel 10 wird dann durch die Mutternkörperll und 12 hindurchgeschraubt, so daß die Ringzähne der Rollen so sich mit dem Gewinde der Spindel 10 in Wälzberührung befinden.

In der in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsform ist jede Rolle 13 und 14 an jedem Ende mit kleinen Stummelwellen versehen. Diese Stummelwellen können zweckmäßig in Verbindung mit Ausrichtringen verwendet werden, um die Rollen vor dem Einsetzen der Spindel 10 zu halten und auszurichten. Ferner können gegebenenfalls derartige Ausrichtringe in den Mutternkörpern belassen werden. Ferner können an jedem Ende der Mutternkörperll und 12 Schmutzdichtungen vorgesehen werden.

Wenn der Schraurtspindcltricb zusammengebaut ist, k;inn die Spindel 10 gedreht werden. Dann bewegen sich die backenlörmigcn Mutternkörper 11 und 12 axial zum Schraubenkörper 10 in der einen oder anderen Richtung, je nach der Drehrichtung der Spindel 10. Die Rollen bewegen sich auf einem Kreis und übertragen Kräfte hei einer liisl leinen Abwälzung /wi.srlien dem Gewinde der Spindel 10 und den Ringnuten 18 und 19. In jedem Mutternkörper 11 und 12 findet über die gleiche Länge eine Wälzberührung statt.

Da sich die Rollen 13 und 14 auf einer Kreisbahn bewegen und sich in einer Planetenbewegung abrollen, ist die wirksame Steigung jedes Mutternkörpers 11 und 12 gleich dem Verhältnis von linearer Ausgangsbewegung zur winkelförmigen Eingangsbewegung; dieses Verhältnis ist kleiner als die Steigung der Spindel 10. Die folgende Formel kann zur Errechnung der wirksamen Steigung benutzt werden:

In dieser Formel bedeuten:

U = wirksame Steigung der Mutternkörper
L ■» taäächliche Steigung der Gewindespindel
D = Wälzteilkreisdurchmesser ,:>r Ringnuten des Muttemkörpers oder mittlerer Durchmesser des Zahneingriffs zwischen den Rollen und den Ringnuten der Mutternkörper und
S = Teilkreisdurchmesser der Schraubenspindel oder mittlerer Durchmesser des Zahn- und Gewindeeingriffs zwischen den Rollen und der Spindel.

Nachstehend ein Beispiel:

S = 22,2 mm

L = 18,7 mm

Dy = 44,45 mm

D₂ = 42,863 mm

Es ist:

In diesen Formeln bedeuten:

L₃ = effektive Steigung bezüglich des Mutternkörpers 12

L₁ = effektive Steigung bezüglich des Mutternkörpers 11

Dann ist bei eingesetzten Werten:

12,5 mm
= 12,3 mm

Aus dem obigen ist ersichtlich, daß die Ringnuten 19 des Mutternkörpers 12 einen Teilkreisdurchmesser haben, welcher um ca. 1,58 mm (= D₃ - S₂) größer ist als der Teilkreisdurchmesser der Ringnuten 18 des Mutternkörpersll. Infolge dieses Größenunterschiedes und natürlich demzufolge größeren Durchmessers der Rollen 14 weist der Mutternkörper 12 eine effektive Steigung auf, die um 0,15 mm größer ist als diejenige des Mutternkörpers 11. Es ist somit ersichtlich, daß beim Drehen der Spindel 10 sich beide Mutternkörperll und 12 axial in dieselbe Richtung bewegen, und zwar bei

jeder Umdrehung der Spindel 10 um die Entfernungen, die durch die Formeln fur L₃ und L₂ angegeben sind. Ferner bewegen sich die Mutternkörper 11 und 12 bei jeder Umdrehung der Spindel 10 um eine Entfernung von 0,15 mm zusammen oder auseinander, je nach 5 Drehrichtung der Spindel 10. Bei weiterer Ausführung des spezifischen Beispiels kann die Kraftgleichung wie folgt beschrieben werden:

F₁-Ipi- /■= F₀- L₁ ίο

worin:

F₁ = die am Ende eines Hebelarms senkrecht zur

Achse der Spindel 10 und senkrecht zum 15 Hebelarm auf die Spindel 10 aufgebrachte Kraft,

r = lunge des Hebelarms an er Spindel 10. F₀ = Druck- oder Streckkraft zwischen den Mut-

ternkörpern 11 und 12 und 20

L₁ = Li - L₂, wobei L₃ und L₂ angegeben sind.

Dann ist bei den folgenden gegebenen spezifischen Weiten:

25

F₁ = 4,54 kg
τ = 300,4 mm
Li = 0,16 mm

und mit eingesetzten Werten: 30

F₀ = 62,83 t.

Aus dem obigen ist ersichtlich, daß die Kraftverstärkung bei dem gegebenen Beispiel 12566,4 zu 1 beträgt. 35

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

40

45

50

55

60

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Claims

Patentansprüche:

1. Schraubspindeltrieb mit einer ein durchgehendes Gewinde aufweisenden Gewindespindel, einem s Mutternkörper, deren Bohrung eine Reihe von Ringnuten aufweist, zwischen Mutternkörper und Gewindespindel angeordneten Rollen, die in gleichmäßigem Umfangsabstand angeordnet sind und die ringförmige Zähne aufweisen, deren axiale Teilung und deren Form der des Gewindes der Gewindespindel entspricht und die in rollendem Eingriff mit dem Gewinde der Gewindespindel und den Ringnutsn des Mutternkörpers stehen, wobei die Anzahl der Ringnuten des Mutternkörpers gleich der is Anzahl der mit diesen in Eingriff stehenden ringförmigen Zähnen der Rollen ist, dadurch gekenn ζ e i c h η e t, daß zwei Mutternkörpern {11,12) jeweils ein Satz (13,14) Rollen zugeordnet ist, deren Zahl der Anzahl der Gewindegänge der mehrgSagigen Gewindespindel (10) entspricht, wobei dieselben ringförmigen Zähne der Rollen (13,14) gleichzeitig in das Gewinde der Gewindespindel und die Ringnut (19) des zugeordneten Mutternkörpers (11, 12) eingreifen und der Teilkreisdurchmesser eines Satzes (14) der Rollen und der Ringnut des einen Mutternkörpers (12) größer ist als der entsprechende Teilkreisdurchmesser des anderen Mutternkörpers (11) und des zugeordneten Rollensatzes (13).

2. Schrai!> >spindeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flankenwinkel des Gewindes der Gewindespindel (lfc/ 90° beträgt.