-
Spindeltrieb
-
Die Erfindung betrifft einen Spindeltrieb, insbesondere für hydraulische
oder pneumatische Schwenkantriebe, bestehend aus einer mit einer Schrägverzahnung
(Steilgewinde) versehenen Spindel sowie mit einem diese umgebenden, mit ihr in formschlüssigem
Eingriff stehenden Druckkolben.
-
Bei den bekannten Spindeltrieben dieser Art ist der Druckkolben mit
einem der Spindelschrägverzahnung entsprechenden gegenläufigen Innengewinde veysehen,
wobei die Verzahnungen miteinander in Eingriff stehen, so daß der Spindel bei Axialverstellung
des Kolbens unter hydraulischem oder pneumatischem Druck eine von der Gewindesteigung
der ineinandergreifenden Verzaixiungen abhängige Drehbewegung erteilt wird. Schwenkantriebe
dieser Art finden halte in weiten Bereichen der Technik Anwendung, beispielsweise
als Türdffner in Fahrzeugen und Gebäuden, in Mischwerken, im Schiffsbau zur Umsteutrung
von Ruderanlagen sowie in vielen hydraulischen Steuerungsanlagen.
-
Die bekannten Spindeltriebe dieser Art haben eine Reihe erheblicher
Nachteile.
-
Der wesentliche gebrauchstechnische Nachteil ist das hohe Reibmoment
der;zum Zwecke der Umwandlung der Axialbewegung in eine Drehbwegung aufeinander
aufgleitenden Verzahnungen, das einerseits ein Anlaufen s Schwenkmotors mit Nullmoment
und andererseits eine Verwendung von Motoren mit Gewindegängen einer geringeren
Steigung ausschließt. Es bedarf daher vor Anlaufen des Schwenkmotors des Aufbaus
eines bestimmten Mindestdrucks zur Überwindung der systembedingten Reibung unter
entsprechender Vrzögerung des Anlaufens und es ist weiterhin entsprechend der B-egrenzung
der Sewindesteigung nach unten die erreichbare Wegeübersetzung Dreiweg : Hubweg
auf einen sehr niedrigen Wert begrenzt. Es liegt hier die Ursache dafür, daß derartige
Schwenkmotore
praktisch ausschließlich als doppelt verzahnte Motore hergewellt werdenywobei zusätzlich
der Kolben mit einer Außenverzahnung versehen ist, die mit einer entsprechend gegenläufigen
Verzahnung im Gehäuse iS eingriff steht. Auf diese Weise wird zusätzlich unter Addition
zu der Relativdrehung zwischen Kolben und Spindel eine Relativdrehung des KolbQ
gegeSUber dem Gehäuse bewirkt.
-
Eine weitere nachteilige Folge der Reibung ist außer selbstverständlich
den hierdurch bedingten Verlusten bei der Kraftübertragung der erhebliche als Ab*teb
und sogar Abspannung erkennbare Verschleiß, der auch durch Präzisionsschliff und
Oberflächenbearbeitung nicht ausgeschlossen werden kann und der u'nao größer ist,
je größere Kräfte über die Zahnflanken bzw. Gewindegänge übertragen werden mtnssen.
Abgesehen von dem durch die notwendige hohe Präzision der Bearbeitung verursachten
hohen Herstellungsaufwand wird hierdurch notwendigerweise der Anwendungsbereich
auf eine in Bezug auf die Kräfteübertragurten relativ geringe Zahl von Fällen beschränkt.
-
Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Spindeltriebes
für Schwenkmotore,der ohne Widerstandsmoment anläuft und darüberhinaus bei einem
größeren Wegeübersetzungsverhältnis die Übertragung wesentlich größerer Kräfte bei
geringem Verschleiß ermöglicht.
-
Die Erfindung besteht darin, daß an den Kolben ein die Spindel umgebender
Kugelkäfigring befestigt ist, dessen Kugeln einerseits in die Spindelaußenverzahnung
eingreifen und andererseits auf jeweils der Hälfte ihrer freien Umfangslinie mittels
jeweils eines Kugellagers gegen den Kolben abgestützt Durch die Erfindung ist ein
Spindeltrieb geschaffen, bei dem die Kraftübertagung ausschließlich mittels nur
der Rollreibung unterliegenden Teilen und damit praktisch-ohne systembedingt inneres
Widerstandsmoment erfolgt. Der Motor läuft infcigedessen ohne Zeitverzögerung und
ohne Kraftverluste an.
-
Infolge des Ent¢elles von Flächenreibun$ntfällt auch praktisch jeder
Verschweiß, wobei darüberhinaus wegen der Beseitiyung der inneren Reibungsvereluate
der Einsatz wesentlich flachergängiger Gewinde mit der Folge eines verbesserten
Wegeübersetzungsverhältnisses möglich ist.
-
Für einen Großteil der Anwendungsfälle bedarf es aus diesem Grunde
nicht mehr des Einsatzes von doppelt verzahrlten Schwenkmotoren, es genügt vielmehr
der
Einsatz von einfachverzahnten Schwenkmotoren zur trzielung desselben Drehverstellweges,
bezogen auf den Kolbenhubweg. Eine Verringerung der übertragenen Kraft ist hiermit
nicht verbunden, da die Kugeln des Kugelkäfigringes teils über die Käfigringfläche,
im wesentlichen jedoch über die sie haltenden Ringlagsr, d.h. in jeder der beiden
Drehrichtungen auf dem gesamten beaufschlagttn Querschnitt tragen. Hierbei wird
dem Umstand, daß sich die Kugeln bei ihrer Rollbewegung auf den einander gegenüberliegenden
Kugelhälften in einander entgegengesetzter linearer Richtung bewegen, ebenfalls
durch die beiden die Kugeln unabhängig voneinander stützenden Kugellager Rechnung
getragen dadurch, daß sich deren Innenringe mit einander entgegengesetzter Drehrichtung
in ihren äußeren Lagerschalen drehen.Darüberhinaus erlaubt der erfindungsgemäße
Schwenkmotor ein absolut schlupffreies Einstellen und gewährleistet damit eine genauere
Begrenzung des voreingestellten Drehweges nach beiden Seiten und ist einfacher und
billiger herstellbar, da die Notwendigkeit des Einfräsens und Präzisionsschleifens
eines Gewindeganges in jeder Kraftübertragungsanordnung entfällt. Auch die noch
erforderliche einzige Schrägverzahnung erlaubt eine Herstellung bzw. Bearbeitung
innerhalb weiterer Toleranzen.
-
Für den Fall, daß ein große Wegeübersetzungsverhältnis und/oder die
Übertragung großer Kräfte erforderlich ist, kann zwischen Kolben und Gehäuse eine
entsprechende Kratübertragugsanordnun vorgesehen sein derart, daß am Gehäuse ein
den Kolben umgebender Kugelkäfigring befestigt ist, dessen Kugeln einerseits in
eine Außenschrägverzahnung des Kolbens eingreifen, und andererseits auf jeweils
der llalfte ihrer freien Umfangslinie mittels je eines Kugellagers gegen das Gehäuse
abgestützt sind. Mit einem derart ausgebildeten Schwenkmotor kann im Vergleich zu
bekannten Schwerlkmotoren im übrigen gleicher Ausbildung, d.h. gleicher Steilheit
der Schrägverzahnung bei absolut widerstandsfreiem Anlauf ein Vielfaches der bisher
übertragbaren Kräfte übertragen werden bzw. entsprechend bei Zugrundelegung gleicher
Kraftübertragung und gleichen Kolbenhubes die Gewindesteigung derart verringert
werden, daß an der Spindel ein Vielfaches des bisher erreicllbaren Drehwegs erzielt
wird.
-
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht.
-
In der Zeichnung sind mit 1 das Gehäuse, mit 2 der Kolben und mit
3 die Spindel eines Hydro-Schwenkmotors bezeichnet, die mittels Lagern 4 ineinander
drehend
gcführt sind. Die Spindel 3 ist mit einer Schrci(Jvcrzallnung in lorm von Steilgewindegängen
5 versehen.
-
Am Kolben 2 ist ein die Spindel 3 umgebender Kugclring 6 mit Kugeln
7 befestigt, die einerseits mit etwa 3/8 ihrer Dicke in die Gewindegänge 5 der Schrägverzahnung
eingreifen und auf der anderen Seite gegen den Kolben 2 auf jeweils der Hälfte ihres
freien Umfangs mittels je eines Kugelringlagers 8a/8b bzw. 9a/9b abgestützt sind.
Die Außenschalen der Kugellager sind radial gepreßt im Kolben gehalten, während
die die Kugeln 7 jeweils auf einer Viertelkreislinieumgreifenden Innenrirge8b, 9b
mit gel-ingem Spiel gegen den Kolben 2 umlaufen.
-
Ein in dieser Weise mit einer einzigen Kugelverzahnung als Kraftübertragung
ausgerüsteter Schwenkmotor genügt bereits infolge seiner größeren Variicrbarkeit
in Bezug auf Kraftübertragung und Schwcnkwirikel einem wesentlichen Teil der Anwendungsfälle,
in welchem Falle eine Axialführung des Kolbens 2 im Gehäuse 1 vorzusehen ist. Hierbei
wird bei Einleitung von hydrauliccher Kraft über den Anschluß 10 in die Kammer 11
der Kolben nach rechts verstellt, wobei die Kraft zum wesentlictlen Teil über das
Kugellager Ba, Bb, zum geringen leil auch über den Kätiring 6 in die Kugel 7 und
von dort über die Gewindegänge 5 in die infolgedessen in Drehung versetzte Spindel
3 übertragen wird. Hierbei rollen die Kugeln in den Gewindegängen ab, wobei die
einander entgegengerichteten Linearbewegungen der Kugeloberflächen auf der Druckseite
und der druckabgewandten Seite infolge der jeweils hälftigen Stützung der Kugel
in unabhängigen Kugellagern dadurch reibungsfrei ausgeglichen werden, daß die Innenschalen
8b, 9b unter der Wirkung dieser Kugeldrehung in einander entgegengesetzter Richtung
auf den sie haltenden Außenringen t3a, 9a drehen.
-
Für den Fall der Übertragung großer Kräfte und/oder zur Erzielung
großer Drehwinkel kann in der in der Zeichnung wiedergegebenen Weise eine weitere
Kugelverzahnung an Stelle einer Linearführung des Kolbens vorgesehen sein. In diesem
Falle ist in einer entsprechenden Weise am Gehäuse 1 ein den Kolben 2 umgebender
Käfigring 12 mit Kugeln 13 vorgesehen, die in die Gewindegängc 4 einer äußeren KolbenschrägFverzahnung
eingreifen und im übrigen gegen das Gehäuse 1 auf jeweils der Hälfte ihrer freien
Umfangslinie mittels je eines Kugellagers 15a/ 15b bzw. 16a/16b abgestützt sind.
Die Anordnung insoweit arbeitet in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben
unter entsprec hender Addition des relativen Drehwinkels zwischen Gehäuse und Kolben
zu dem relativen Drehwinkel zwischen Kolben und Spindel.