DE2833827A1

DE2833827A1 - Umlaufkugel-schraubmechanismus

Info

Publication number: DE2833827A1
Application number: DE19782833827
Authority: DE
Inventors: Roy Terence Sharp
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1977-08-04
Filing date: 1978-08-02
Publication date: 1979-02-15
Also published as: GB2002086B; IT1097914B; US4226137A; IT7826433A0; GB2002086A; FR2399585B1; FR2399585A1

Description

■Lucas- JLH.dus.tries Limited
Great King Street

28. JuIi 1978

Hellauf kug el - S ehr aubme chani si-ms

Die 3rxindun_;·; betrifft einen Umlaufkugel~Schraubraechanismun, "bei dem eine Gewindespindel durcli eine welle gebildet ist, die eine außenliejende Schraubennut hat, und "bei den eine kutter durch eine Hülse gebildet ist, die die Welle .umschließt und eine innenliegende Schraubennut hat, die nit der Hut der Welle eine schraubenförmige Laufbahn bildet,in der Kugeln laufen, die ein Zusammenwirken zwischen der Mutter und der Spindel "bewirken, wobei die Kugeln von einem Ende der Laufbahn zum anderen während einer relativen .Drehung der Mutter und der Spindel laufen und von dem anderen Ende zum einen Ende der Laufbahn mittels einer Kugelrücklaufbahn zurückgeführt werden.

Bei einem Mechanismus der beschriebenen Art ist es bekannt, daß die Rücklaufbahn durch einen Einsatz gebildet wird, der eine !Tut oder einen Kanal hat, die oaex der sich aisäal zur Mutter erstreckt und der Kugeln von einer Stelle am Ende eines Schraubengangs- der Laufbahn aufnimmt und sie zum Beginn des Schraubengangs zurückführt. Damit die Rücklaufbahn die Laufbahn nicht stört, ist der Rücklauf auf einen Schraubengang beschränkt, d. h. die Kugeln arbeiten über einen einzigen-Schraubengang der Laufbahn. In der Praxis ist die Laufbahn einer solchen Anordnung, auf

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weniger als einen vollständigen Schraubengang reduziert, weil ein gekrümmter einlauf und Auslauf an den lind en der Rücklaufbahn vorhanden sein muß, wo der .Rücklaufweg in die Laufbahn übergeht. Eine aöLche Anordnung ist für Kechenismen annehmbar, die eine schraubenförmige laufbahn mit flachem Steigungswinkel haben, wenn die üahn jedoch auf etwa die Hälfte eines Schraubengangs durch die gekrümmten Einlauf- und Auslaufbereiche der anderenfalls a:cialon Rücklauf baiin beschränlcb ist, bietet eine solche kurze Laufbahn keine angemessene Abstützung zwischen der Kutter undder Spindel, und selbst wenn, wie schon vorgeschlagen worden ist, zwei oder mehr getrennte Bahnen und Rüclclaufbalmen benutzt werden, sind die zwei oder mehr Bahnen in axialen Abstand angeordnet und sorgen zwar für eine'höhere Abstützung, die aber inner noch nicht für viele Anwendungsbereiche ausreicht. 3s ist vorgeschlagen worden, dieses Problem dadurch zu-lösen, ö.s3 die Kugeln zu einem vorgeschalteten Schraubengang zurücligeführt werden, indem einüberspringen von einem oder mehreren zwischenliegenden Schraub eingängen vorgesehen wird, go daß die Länge der Laufbahn erhöht wird. Diese Lösung des Problems erfordert eine Rücklaufbahn, mittels der Kugeln in der sich axial erstreckenden Rücklaufbahn die Laufbahn überqueren, ohne die Kugeln in der schraubenförmigen Laufbahn zu stören; das selbst bringt wieder Probiene mit sich, etainsofern, als der Gesamt durchmesser der I-Iutter in Vergleich zu der Anordnung mit dem eingängigen Rücklauf groß sein nuß. Die Tvanddicke der Kutter muß ausreichend sein, um einen RücJcLaufkanal aufziinehmen, der über die Laufbahn führen kann, ohne die Laufbahn zu schneiden, wa.s eine erhebliche Iiaterialmenge in der Mutter bedingt. Alternativ wird der effektive Außendurchmesser der Iiutter über ein Außenrohr oder über Außenrohre vergrößert, längs dessen oder derer die Kugeln laufen, wobei das Rohr oder die Rohre einen Seil der RücÜaufbahn bilden. Der Erfindung liegt die Aufgabe

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zugrunde, einen Umlaufkugel-Schraubmechanismus zu schaffen, der eine laufbahn von mehr als einem Schraubengang hat imd bei dem das vorstehend genannte Problem der Mutterdiraension auf ein Minimum reduziert wird.

3rfindungsgemäß weist bei einem Hechanismus der vorstehend genannten Art die Rücklaufbahn eine Hut auf, die sich um die Innenwand der Hülse und/oder um die Außenfläche der Welle koaxial zur Laufbahn und zwischen Schraubengängen der laufbahn kreuzungslos mit der Laufbahn erstreckt, wobei die Micklaufbahn im wesentlichen U-fÖrmige Bereiche an beiden Enden zum jeweiligen Umleiten von Kugeln aus der Laufbahn aund zum Zurückleiten von Kugeln zur Laufbahn aufweist.

!Mach einem Merkmal der Erfindung erstreckt sich die !Tut schraubenförmig parallel zur Laufbahn.

Zweckmäßigerweise ist die schraubenförmige Hut in der Innenwand der Hülse gebildet und hat eine Tiefe, die größer als der Kugeldurchmesser ist.

ITach einem anderen Merkmal der Erfindung ist die Nut einzig in die Mutter eingeformt und erstreckt sich nicht parallel zur Laufbahn, wobei die Länge der Nut damit unter anderem durch den Winkel bestimmt ist, der zwischen der Nut und der Laufbahn eingeschlossen ist.

Zweckmäßigerweise sind der zwischen äex Nut und der Laufbahn eingeschlossene Winkel und die Länge der Hut derart, daß die Lage des Einlaufendes der Nut an dem Schraubengang der Laufbahn liegt, in den die Kugeln zurückgeleitet werden, und daß das Rücklaufende der Nut an dem Schraubengang der Laufbahn liegt, von dem Kugeln abgeleitet werden, der-

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art, daß ü-förmige Endbereiche der Rücklaufbahn mit maxL-rnalem Krümmungsradius entstehen.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein schematischer Seilschnitt, der einen Umlaufkugel-

Schraubmechanismus zeigt,
Fig. 2 ein Querschnitt der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, in dem der Einlauf und Auslauf von Kugeln relativ

zur laufbahn dargestellt ist,
Fig. 3 ein schematisches Schaubild eines Teils des in Fig. 1

und 2 gezeigten Mechanismus, und Fig. 4 eine Abwicklung einer abgewandelten Ausführung des in Fig. 1 bis 3 gezeigten Mechanismus.

G-emäß Fig. 1 bis 3 v/eist der Umlaufkugel-Schrai bmechanismus eine Mutter 11 tmd eine Spindel 12 auf. Die Mutter 11 ist durch eine zylindrische Metallhülse 13 kreisrunden Querschnitts gebildet, die an einem axialen Ende einen einstükkigen, sich radial nach außen erstreckenden peripheren Flansch 13a aufweist. Die Spindel 12 hat die Form einer massiven Metallwelle mit einer sich schraubenförmig erstreckenden !Tut 14» die in ihre Außenfläche eingeschnitten ist. Die Hut 14 hat einen halbrunden Querschnitt. Eine zweite sich schraubenförmig erstreckende Hut 15 ebenfalls mit halbrundem Querschnitt ist in die Innenwand der Hülse 13 eingeformt. Der Radius der halbrunden Hut 14 ist gleich demjenigen der Hut 15, und die Hüten 14, 15 haben den gleichen schraubenförmigen Steigungswinkel. Wenn also die Hülse 13 die ΐ/elle 12 umschließt und die Hüten 14, 15 fluchten, bilden die Hüten 14, 15 einen schraubenförmigen Kanal mit einem im wesentlichen kreisrunden Querschnitt.

Anderthalb Schraubengänge des schraubenförmigen Kanals, der

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durch die Ehrten 14, 15 gebildet ist, enthalten Stahlkugel!! 16 und bilden die Laufbahn des Hechanismus. Die Kugeln 16 befinden sich im engen lauf sitz in den Nuten 14, 15, und es versteht sich, daß die Kugeln 16 ein Zusammenwirken zwischen der Mutter 11 und der Spindel 12 beiwkren, so daß eine relative Drehung der Mutter 11 und der Spindel 12 von einer relativen axialen Bewegung begleitet \dLrd. Wie bei allen Kugeln-Schraubmecheiiismen erfolgt bei einer relativen Drehung der Mutter und der Spindel ein ΐ/eiterwandern der Kugeln längs der Laufbahn, und deshalb muß eine Rücklaufbahn vorgesehen sein, um die Kugeln vom Ende der Laufbahn zurück zum Beginn der Laufbahn zurückzuleiten.

Um für eine Rücklaufbahn zu sorgen, ist die Hülse 11 mit einer zweiten sich schraubenförmig erstreckenden Hut 17 versehen. Der Boden der Nut 17 hat halbrunden Querschnitt und einen Radius, der etwas größer als der Radius der Kugeln 16 ist, um mit diesen einen engen Laufsitz zu bilden. Die '.Tiefe der Nut 17 ist jedoch etwas größer als der Durchmesser der Kugeln, so daß die Kugeln ganz in der Hut 17 aufgenommen A«rerden können. Der Steigungswinkel der schraubenförmigen Hut 17 ist gleich dem Steigungswinkel der schraubenförmigen Nut 15, und die schraubenförmige Nut 17 erstreckt sich in gleicher Richtung wie die schraubenförmige Nut 15» ist jedoch im axialen Abstand dazu angeordnet, so daß die Schraubengänge der Nut 17 parallel und im gleichen Abstand zu den Schraubengängen der Nut 15 liegen. Die Nuten 15, 17 bilden damit zwei kaoaxiale Schraubenformen gleichen Steigungswinkels, die im axialen Abstand zueinander um die Hälfte ihrer axialen Nut-Nut-Abmessung angeordnet sind.

Wie zu erkennen ist,kceuzen sich die Nuten 15, 17 nicht, und damit stört die Rücldaufbahn, die zum Teil von der Nut 17 gebildet ist, die Laufbahn nicht, die von den Nuten 14, 15 gebildet ist. Damit die Kugeln 16 vom Ende der Laufbahn auf-

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genommen werden und die Kugeln in die Rücklaufbahn eingeleitet werden, die von der Hut 17 gebildet ist, ist eine erste Schale 18 vorgesehen. Um die Kugeln von der Rücklaufbahn in gleicher Weise in die Laufbahn zurückzuleiten, ist außerdem eine zweite gleiche Schale 19 vorgesehen,-Die Schalen 18, 19 sind aus Metall- oder Kunststoffblöcken gebildet und sind in ovale Löcher in der Hülse 13 eingesetzt. Jede der Schalen weist eine Hut mit einem halbrunden G-rund auf, und jede Hut folgt einer U-förmigen Bahn. Die Lage jeder der Schaben 18, 19 ist derart, daß ein Ende der I¹JUt in jeder Schale mit der Laufbahn fluchtet und das andere Ende der Hut in jeder Schale mit der Hut 17 fluchtet, die die Rücklaufbahn bildet. Die Schale 18 unterscheidet sich von der Schale 19 insofern, als sie eine Partie 18a aufweist, die sich radial der Hülse gegenüber nach innen erstreckt, um ein Widerlager in der Hut 15 der Hülse zu bilden. Das Widerlager dient zum Umleiten von Kugeln, die sich der Schale nähern, längs der Laufbahn, so daß sie in die Nut der Schale einlaufen und der Hut um 180° (eine U-Wendung) folgen und die Kugeln in die Nut 17 eingeleitet werden. Es versteht sich, daß bei Fehlen des Widerlagers 18a die Kugeln 16 nicht in die Schale laufen wurden, sondern längs der !Tuten 15, 14 weiterlaufen wurden, um im Effekt die Laufbahn zu verlängern, bis die Kugeln zum Ende der Hülse 13 gelangen, woraufhin sie lediglich aus der Nut 14 fallen. Wie vorstehend erwähnt, stoßen Kugeln, die längs der Laufbahn wandern, am Widerlager 18a an und werden von diesem Widerlager 18a in die Hut der Schale 18 umgeleitet. Die Hut in der Schale vergrößert sich in der liefe vom Punkt am Widerlager 18a, bei dem die Tiefe gleich der Tiefe der Hut 15 ist, zum gegenüberliegenden Ende der Hut inder Schale, wo deren Tiefe gleich derjenigen der Hut 17 ist. An einem Ende geht also die ""ut in der Schale in die Hut 15 der Hülse über, und an ihrem anderen Ende nach einer 180 Wendung geht fixe Hut in der Schale 18 in die Hut 17 über.

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Die Kugeln 16 gelangen damit in die ,Rücklaufbahn mittels der Schale 18 -und bewegen sich dann längs der Schale 19, in der sie erneut um 180° durch die U-förmige Hut der Schale 19 umgeleitet werden und aus der Schale 19 auslaufen und in die laufbahn zurückgelangen, die von den Muten 15, 14 gebildet ist* Es verstellt sich also, daß die Kugeln, wie bei herkömmlichen Kugel-Schraubmechanismen, in einem geschlossenen Kreis laufen, der durch die Laufbahn und die Rücklaufbahn gebildet ist, wobei die Laufbahn unddie Rücklaufbahn, vollständig von den Kugeln 16 gefüllt sind.

¥ie vorstehend erwähnt, macht im Ausführungsbeispiel, das in den Zeichnungen dargestellt ist, die Laufbahn anderthalb Schraubengänge der schraubenförmigen Hüten 14, 15 aus. Der Q}eil der Rücklaufbahn, der von der Ifut 17 gebildet ist, beträgt damit ein Halb eines Schraubengangs der schraubenförmigen Ifut 17, und die Schalen 18, 19 sind damit beide axial der Hülse 13 gegenüber im Abstand angeordnet und befindet sich auch peripher der Hülse gegenüber im Abstand. Ss versteht sich jedoch, daß gegebenenfalls die Laufbahn mehr als anderthalb Schraubengänge ausmachen kann oder auch weniger als anderthalb Schraubengänge bilden kann. Es versteht sich, daß, vorausgesetzt, daß die Hülse eine ausreichende axiale Länge hat, damit die Laufbahn so lang sein kann, wie gewünscht, und zwar innerhalb der bekannten tharetisehen Frenzen eines Kugel-Schraubmechanismus, und daß die Rücklaufbahn eine entsprechende Länge hat, scheiieiden oder kreuzen sich die Laufbahn und die Rücklaufbahn an keiner Stelle auf G-rund der Tatsache, daß die Hut 17 eine Schraubenform hat, die parallel zur Laufbahn liegt.

Es versteht sich, daß aus Gründen der Einfachheit der spanabhebenden Herstellung der Hüten 15 "und 17 in der Hülse diese sich über die volle Länge der Hülse erstrecken, ob-

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gleich die vollen Längen der Hüten weder in der Rücklaufbahn noch in der Laufbahn benutzt werden. Wie bei herkömmlichen Kugel-Schraubmechanismen kann die Mutter sowohl axial als auch im Winkel arretiert sein, und die Welle kann gedreht werden, um eine axiale Bewegung der Welle zu bewirken. Alternativ kann die Welle im Winkel arretiert sein, nnd die Mutter kann gedreht werden, um eine axiale Bewegung der Welle zti bewirken. Als weitere Alternative kann die Kutter natürlich axial durch Drehung der Welle oder durch Drehung der Mutter relativ zur Welle bewegt werden.

Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel, das in den Zeichnungen dargestellt ist, ist die Rücklaufbahn durch eine Hut 17 in der Mutter gebildet, die von der Hülse 13 gebildet ist. Es versteht sich jedoch, daß die Rücklaufbahn auch, durch zwei Hüten gebildet sein kann_s von denen eine sich in der Hülse und die andere in der Welle 12 befindet, wobei die Hut in der Welle 12 parallel zur Hut 14· liegt ₀ Bei einer solchen Anordnung ist es erforderlich, für einen angemessenen Spielraum szu sorgen, damit die Kugeln sich längs der Rücklaufbahn bewegen können, und natürlich müssen die Schalen 18, 19 so angeordnet sein, daß sie Kugeln über die Erhöhung leiten, die die Laufbahn von der Rücklaufbahn trennt.

Als v/eitere Abwandlung kann sich die Hut, die die Rücklaufbahn bildet, allein in der Welle 12 befinden, und zwar parallel zur Hut 14. Bei einer solchen Anordnung werden die Schalen 18, 19 entsprechend abgewandelt, um die Kugeln über die Erhöhung zu heben, die sich zwischen den Hüten befindet, und um die Kugeln in die und aus der tieferen Hut in der Welle 12 zu leiten, die die Rücklaufbahn bildet.

Im vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt die Rücklaufbahn parallel zur Laufbahn, und folglich kann die Laufbahn so lang wie erforderlich sein, ohne daß sich die

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!laufbahn und die RücklaufTdahn schneiden. Es versteht sich jedoch, daß die Rücklaufbahn nicht parallel zur Laufbahn verlaufen im.iß. Der Winkel, der zwischen der Laufbahn und der Rücklaufbahn eingeschlossen wird, bestimmt natürlich die maximale Länge der Laufbahn, weil dieser Winkel die Punkte "bestimmt, an denen sich die Laufbahn und die Rücklaufbahn kreuzen würden* I¹Ig* 4 zeigt eine Anordnung, bei der die Nut 15, die einen leil der Laufbahn bildet, χταά die Nut 17, die die Rücklaufbahn bildet, unter einem Winkel zueinander angeordnet sind, der optimalen Platz an den Enden der Nut der Rücklaufbahn bietet, um die Schalen 18, 19 aufzunehmen, wobei die Länge der Laufbahn etwa anderthalb Schraubengänge ausmachte· Die Optimierung des Platzes für die Schalen ermöglicht die "Verwendung von Schalen, die den größtmöglichen Krümmungsradius haben, und das ist insofern vorteilhaft, als je größer der ^Krümmungsradius der 180°-Wendung, die die Kugeln durchlaufen, desto glatter und wirkungsvoller ist der Mechanismus. Es versteht sich, daß dann, wenn die Laufbahn und die Rücklaufbahn nicht parallel verlaufen, die ¹¹¹Ut der Rücklaufbahn allein in der Mutter oder in der Hülse des Mechanismus vorgesehen ist. Bei einem Mechanismus mit einem maximalen Arbeitshub mit einer Länge, die weniger als die maximale axialeLänge der Laufbahn für eine bestimmte Neigung der Rücklaufbahn zur Laufbahn beträgt, ist es möglich, die Nut für die Rücklaufbahn in der Hülse und/oder in der Welle vorzusehen, eine aäLche Anordnung ist jedoch in der Praxis unwahrscheinlich.

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Claims

COHATJSZ & FLORACK

PATBNTAN WALTSBÜRO

SCHUMANNSTR. 97 . D-4OOO DÜSSELDORF ^- U O O Q Δ

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PATENTANWÄLTE:
Dipl.-Ing. W. COHAUSZ · Dipl.-Ing. R. KNAUF · Dr.-Ing., Dipl.-Wirtsch.-Ing. A. GERBER ■ Dipl.-Ing. H. B. COHAUSZ

Lucas Industries limited

Gfreat Kin,;· Street

G-3-3irnin--;ham 28. Juli 1978

Ansprüche

My TJnlatiflcagel-Sclaraubiaechanismus, bei dem eine G-ewinde-,spindel dtirch eine V/elle gebildet ist, die eine außenliegende Schraubennut hat, und bei dem eine Mutter durch eine Hülse gebildet ist, die die Welle umschließt und eine imaenliegende Schraubennut hat, die mit der !Tut der .velle eine schraubenförmige Laufbahn bildet, in der Kugeln laufen, die ein Zusammenwirken zwischen der Mutter und der Spindel bewirken, wobei die Kugeln von einem Ende der Laufbahn zum anderen während einer relativen Drehung der Kutter und der Spindel laufen und von dem anderen Ende zum einen Ende der Laufbahn mittels einer Kugelrücklaufbahn zurückgeführt werden, dadurch gekennz e ic h η e t , daß die Kugelrücklaufbahn (17) eine sich ur.i die Innenwand der Hülse (11) und/oder die Außenfläche der './eile (12) erstreckende Hut aufweist, die koaxial zur Laufbahn (14, 15) liegt und sich zwischen Schraubengängen der Laufbahn (14, 15) ohne Kreuzung mit der Laufbahn befindet, wobei die Rücklaufbahn (17) im wesentlichen U-förmige Bereiche (18, 19) an den beiden Enden zum jeweiligen Leiten von Kugeln (16) aus der Laufbahn (14, 15) bzw. in die Laufbahn (14, 15) auf v/eist.

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2. Mechanismus nacii iiispruch 1, dadurch g e ken η. zeichnet , daß die !Tut (17) sich, schraubenförmig parallel zur Laufbahn (14, 15) erstreckt.
3 ο Mechanisms nach Anspruch 2, da d u r c h ^ e kennzeichnet , daß die sch raubenförmi -;e Hut (17) in der Innenwand der Hülse (11) gebildet ist und eine Siefe hat, die größer als der Durchmesser der Kugeln (16) ist.
4. Mechanismus na,ch Anspruch 1, dadurch .gekennzeichnet , daß die !Tut (17) allein in der Mutter (11) gebildet ist und sich nicht parallel ziir Lauf bahn (14, 15) erstreckt.
5. Mechanismus nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der zwischen der Hut(17) und der Laufbahn (14, 15) eingeschlossene Winkel und die Län^e der Mut (17) derart sind, daß das Einlaufende der liut (17) sich an den Schraub eng ang der Laiifbahn (14, 15) befindet, in den die Kugeln (16) zurückgeleitet werden, und daß das Rücklaufende- der Hut (17) sich an dem Schraubenganrj der laufbahn (14, 15) befindet, aus dein die Kugeln (16) abgeleitet werden, derart, daß U-förmige Endbereiche (18, 19) der Rücklaufbahn mit einem maximalen Kärü mungsradius gebildet werden.

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