DE3241350A1

DE3241350A1 - Vorrichtung zur umwandlung einer drehbewegung in eine linearbewegung

Info

Publication number: DE3241350A1
Application number: DE19823241350
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokyo Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1981-12-04
Filing date: 1982-11-09
Publication date: 1983-06-30
Also published as: IT1156124B; GB2114703B; DE3241350C2; IT8224426A0; GB2114703A; FR2517783B1; DE3249894C2; FR2517783A1; DE3249692C2; US4542661A

Description

3 2 A1 3 5 O

Die Erfindung bezieht sich auf eine"Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung - in eine Linearbewegung rait einer Schneckenwelle" mit einem äußeren Schraubengewinde, mit einer Kugelmutter mit einem inneren Schraubengewinde» die auf die Schneckenwelle aufgeschoben ist» und mit einer Vielzahl von Lagerkugeln, die rollend-zwischen-der Schneckenwelle und der Kugelmutter eingefügt sind und eine längsgerichtete Relativbewegung der Teile in Abhängigkeit von einer gegenseitigen Drehung hervorrufen«,

Eine derartige Vorrichtung kann eine bevorzugte Anwendung in einem Zwei-Geschwindigkeits-Vorschubmechanismus finden.

Die Kombination einer Schneckenwelle und einer Kugelmutter mit dazwischenliegenden Stahlkugeln hat weitgehende Verwendung für Vorschubbewegungen und andere Zwecke gefunden. Die Kugeln wandeln eine Gleitreibung in eine Rollreibung um und ermöglichen damit eine gleichförmige Hin- und Herbewegung entweder der Schneckenwelle oder der Kugelmutt.er bei einer in zwei Richtungen gerichteten Drehung des anderen oder des gleichen Teils. Bei den bekannten Konstruktionen weist die Schneckenwellen-Kugelmutter-Vorrichtung jedoch einen Nachteil auf, der sich aus der Bewegung der Kugeln ergibt. Das übliche Prinzip besteht darin, die Kugeln umlaufen zu "lassen, d. h." sie kehren von federn Ende der Kugelmutter zu deren anderem Ende über eine ■ rohrförmige Rückführungs.führung zurück,. nachdem sie beispielsweise eineinhalb bis drei Umdrehungen um"die Schneckenwelle ausgeführt haben. Dieses Umlaufen der

Kugeln führt zu einer erheblichen Geräuschentwicklung.

Ein weiterer Nachteil der bekannten Vorrichtungen besteht in einem Spiel zwischen der Schneckenwelle und der Kugelmutter aufgrund des Vorhandenseins von Axialspiel zwischen der Schneckenwelle und den Kugeln einerseits und zwischen der Kugelmutter und den Kugeln andererseits. Dieses Spiel ist eine allgemeine Ursache einer ungleichförmigen Abnutzung der sich relativ zueinander bewegenden Teile, einer Geräuschentwicklung und einer Verzögerung, mit der die Schneckenwelle oder die Kugelmutter ihre Axialbewegung bei einer Drehung des jeweils anderen Teils beginnt. Zur Beseitigung dieses Spiels ist es bekannt, die Kugelmutter in zwei Hälften zu unterteilen und ein Abstandsstück zwischen diesen Teilen anzuordnen. Beim Zusammenbau wird die Kugelmutteranordnung in Richtung entweder einer axialen Kompression oder Ausdehnung vorgespannt. Diese bekannte Lösung ist immer noch unbefriedigend, weil die Kugelmutter ausreichend massiv ausgebildet werden muß, um den Beanspruchungen standzuhalten, denen sie beim Zusammenbau ausgesetzt ist. Die Vorspannung der Kugelmutteranordnung selbst stellt ebenfalls ein Problem dar.

Bei bekannten Schneckenwellen-Kugelmutter-Anordnungen ergibt sich zusätzlich der Nachteil, daß Staub und andere Fremdkörper leicht in den die Kugeln aufnehmenden Raum zwischen der Schneckenwelle und der Kugelmutter von beiden Enden dieser Kugelmutter aus eindringen können. Die Ansammlung derartiger Fremdkörper auf den Gewindeoberflächen der Schneckenwelle und der Kugelmutter behindert ein glattes Rollen der Kugeln und damit eine gleichförmige

Relativbewegung der Schneckenwelle und der" Kugelmutter.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art finden typisch® Anwendungen in Vorschubmechanismen von Werkzeugmaschinen oder anderen Maschinenteilen. Bei - derartigen Anwendungen ist es in vielen Fällen erforderlich, die Kuge!mutterdrehbar an irgendeinem festen Teil zu befestigen. Hierbei war es üblich, zwischen der Kugelmutter und dem festen Teil ein-Wälzlager anzuordnen, das aus zwei konzentrischen Hingen und Wälzelementen besteht, die normalerweise durch zwischen den beiden konzentrischen Teilen angeordnete Kugeln gebildet werden» Die Verwendung derartiger getrennter Wälzlager erfordert zusätzlichen Einbauraum.

Weiterhin ist eine Vielzahl von Vorschubmechanismen für Schneidwerkzeuge, Arbeitstische oder Werkstücke selbst bei äußerst niedrigen Geschwindigkeiten und zur Zurückbewegung dieser Teile mit einer höheren Geschwindigkeit im Rücklaufhub bekannt. Zu diesem Zweck werden abgestufte Treibriemen mit oder ohne Zahnräder, ein veränderliches Untersetzungsgetriebe aufweisende Zahnradketten, Differentialgetriebe und/oder ein veränderliches Untersetzungsverhältnis aufweisende Reibantriebe verwendet» Diese bekannten Vorschubmechanismen weisen zumeist einen großen Raumbedarf und eine komplizierte Konstruktion auf, und sie sind nicht ohn© weiteres für den Vorschub eines gewünschten Bauteils in einer Weise geeignet, die für eine Eräzisionsbearbeitung erforderlich ist«,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfachem, raumsparendem Aufbau eine einwandfreie Umwandlung

einer Drehbewegung in eine Linearbewegung ermöglicht und die in einfacher Weise für die Verwendung in einem zwei Geschwindigkeiten ermöglichenden Vorschubmechanismus geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 bzw. 13 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen·

Erfindungs gemäß wird eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung mit einer Schneckenwelle, mit einer Kugelmutter und mit einer Vielzahl von Lagerkugeln geschaffen, die in Rolleingriff zwischen dem Gewinde der Schneckenwelle und der Kugelmutter stehen und eine relative Axialbewegung eines dieser Teile bei einer Drehung des anderen hervorrufen. Zumindest eine Windung des Innengewindes am Mittelbereich der Kugelmutter weist eine andere (größere oder kleinere) Breite auf als die anderen Windungen, so daß die Kugeln auf den gegenüberliegenden Seiten dieser eine andere Breite aufweisenden Windung in entgegengesetzten axialen !Richtungen der Schneckenwelle vorgespannt sind. Auf diese Weise wird ein Spiel und ein Totgang zwischen der Schneckenwelle und der Kugelmutter beseitigt. Weiterhin ist ein Käfig vorgesehen, der die vorgespannten Kugeln in vorher festgelegten Relativpositionen rollend festhält.

Wie dies bereits erwähnt wurde, werden die Kugeln in vorher festgelegten Eelativpositionen durch den Käfig festgehalten, der vorzugsweise die Form eines Rohres aufweist,

das mit Bohrungen versehen ist, die lose die Kugeln aufnehmen« Dieser Käfig ermöglicht den Fortfall der Kugelrückführführungen, die bei bekannten Vorrichtungen für den Umlauf"der Kugeln erforderlich waren- Hierdurch ergibt sich eine beträchtliche Verringerung des Betriebsgeräusches.

Die Vorspannung der Kugeln-wird .in einfacher Weise da-durch erreicht, daß eine Windung des Innengewindes der Kugelmutter eine andere Breite als die übrigen Windungen aufweist« Durch diese Vorspannung beseitigen die Kugeln praktisch jedes Längsspiel zwischen der Schnecke und der Kugelmutter. Dieses Fehlen eines Längsspiels ist eine unbedingte Bedingung für ein schnelles Ansprechen der Schneckenwelle oder der Kugelmutter bei einer Drehung des jeweils anderen Teils, so daß das sich in l2±alrichtung bewegende Teil die Bewegungsrichtung unmittelbar bei einer Änderung der Drehrichtung des anderen Teils ändert. Die Vorspannung der Kugeln trägt auch sur Vergrößerung der Steifigkeit der gesamten Vorrichtung bei, so daß die hauptsächlichen sich bewegenden. Teile genau bezüglich einander im Betrieb angeordnet werden können. Eine ungleichförmige Abnutzung der Teile wird ebenso -vermieden, was zu einer längeren Betriebslebensdauer führt. Es ist verständlich, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung keine zusätzlichen Teile (zusätzlich zu den genannten Hauptteilen der Vorrichtung) benötigt, um die Kugeln vorzuspannen, so daß die Herstellung und der Zusammenbau der Vorrichtung wesentlich vereinfacht werden«

Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kugelmutter zwei rohrförmige Ansätze auf, die sich koaxial von

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den gegenüberliegenden Enden aus nach außen erstrecken und jeweils in einem nach innen gerichteten Kranz enden, der in Gleiteingriff mit dem Gewinde der Schneckenwelle steht. Die Kugelmutter-Verlängerungen weisen gewindefreie Innenoberflächen auf, di« für eine Rollberührung mit den Kugeln geeignet sind und damit eine Verlängerung des Hubes der Axialbewegung der Schneckenwelle gegenüber der Kugelmutter ermöglichen, ohne daß sich eine entsprechende Vergrößerung der axialen Abmessung der eigentlichen Kugelmutter ergibt. Die eigentliche Kugelmutter mit einer derart verringerten axialen Abmessung ergibt Vorteile, weil sie mit größerer Genauigkeit bearbeitet und mit Gewinde versehen werden kann. Die nach innen gerichteten Kränze an den außenliegenden Enden der Kugelmutter-Verlängerungen ergeben den zusätzlichen Vorteil einer Abdichtung der Enden gegen das Eindringen von Fremdkörpern, so daß eine gleichförmige Hollbewegung der Schneckenwelle und der Kugelmutter gegeneinander sichergestellt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Wälzlager vorgesehen, das einen Teil der Vorrichtung bildet und eine drehbare Befestigung der Kugelmutter an irgendeinem festen Bauteil bei der Anwendung der Vorrichtung ermöglicht. Das Wälzlager verwendet die Kugelmutter selbst als Lagerinnenring. Entsprechend kann der Außendurchmesser dieses Wälzlagers wesentlich geringer sein als dies der Fall ist, wenn ein vollständiges Wälzlager um die Kugelmutter herum angeordnet wird. Die Verringerung des Außendurchmessers des Wälzlagers ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Vorrichtung in einen sehr engen Raum eingebaut werden muß.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in einem Zwei-Geschwindigkeits-Vorschubmechanismus verwendet, der eine Schneckenwelle einschließt, die erste und zweite Gewindeteile mit unterschiedlicher Steigung und mit einem kerbverzahnten Abschnitt aufweist. Auf die ersten und zweiten Gewindeteile sind erste und zweite Kugelmuttern aufgesetzt, die jeweils _e±_ne entsprechende Gruppe von in Käfigen angeordneten Lagerkugeln aufweisen, die in der beschriebenen Weise vorgespannt sind. Die erste Kugelmutter ist über ein Wälzlager drehbar an irgendeinem stationären Teil befestigt und damit gegen eine längsgerichtete Bewegung festgelegt. Die zweite Kugelmutter ist andererseits mit einem vorzuschiebenden Bauteil gekoppelt und durch dieses an einer Drehung gehindert. Über dem kerzTrerzahnten Teil der Schneckenwelle ist eine Kugelhülse angeordnet, die eine Axialbewegung der Schneckenwelle ermöglicht, gegenüber dieser jedoch gegen eine Drehung festgelegt ist.

Wenn die Schneckenwelle über die Kugelhülse gedreht wird, bewegt sich die zweite Kugelmutter geradlinig zusammen mit dem zu verschiebenden Bauteil entlang der Schneckenwelle mit einer von zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die erste Kugelmutter gegen eine Drehung festgehalten wird oder mit der Kugelhülse für eine gemeinsame Drehung verbunden ist. Es sei angenommen, daß sich die Schneckenwelle in jedem Fall mit der gleichen Drehzahl dreht. Die Geschwindigkeit der Axialbewegung der zweiten Kugelmutter entspricht dem Unterschied zwischen den Steigungen der ersten und zweiten Gewindeteile auf der Schneckenwelle,

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wenn die erste Kugelmutter gegen eine Drehung festgehalten wird, während diese Geschwindigkeit lediglich der Steigung des zweiten Gewindeteils entspricht, wenn die erste Kugelmutter mit der Kugelhülse für eine gemeinsame Drehung gekoppelt ist.

Dieser Vorschubmechanismus kann selbstverständlich alle vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen der Vorrichtung oder auch die einfachste Ausführungsform hiervon aufweisen. Vorzugsweise sind die Kugeln der Kugelhülse ebenfalls vorgespannt, um ein Spiel zwischen der Kugelhülse und dem kerbverzahnten Teil der Schneckenwelle in jeder Drehrichtung zu beseitigen. Diese Tatsache führt zusammen mit der Beseitigung des Axialspiels zwischen der Schneckenwelle und den beiden Kugelmuttern dazu, daß der Vorschubmechanismus sehr exakt anspricht und eine langlebige Konstruktion aufweist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Axialschnitt gezeigte Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung mit zwei Vorschubgeschwindigkeiten, wobei diese Ausführungsform im wesentlichen zwei Vorrichtungen vom Schnecken- und Kugelmuttertyp aufweist,

Fig. 2 einen vergrößerten bruchstückhaften Axialschnitt durch eine der Umwandlungsvorrichtungen der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen weiter vergrößerten bruchstückhaften Axialschnitt durch Jede der Vorrichtungen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung nach Fig. 1, wobei diese Darstellung die Art und Weise zeigt, mit der Jede Lagerkugel in liolleingriff mit der Schnecke und einem der nicht mit Gewinde versehenen Ansätze der Kugelmutter steht,.."-.

Fig. 4- eine teilweise im Axialschnitt gezeigte Ansicht durch die Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung nach Fig. 2, wobei zusätzlich eine zweireihige Kugellagerring auf der Kugelmutter angeordnet ist,

Fig. 5 eine der Fig. 4· ähnliche Ansicht, die jedoch eine abgeänderte Ausführungsform der Kugellagerung zeigt,

Fig. 6 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, die Jedoch eine weitere abgeänderte Ausführungsform der Kugellagerung zeigt,

Fig. 7 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Ausführungsform des mit Kerbverzahnung versehenen Abschnittes der Schnecke in dem Vorschubmechanismus nach Fig. 1, wobei die Kugellagerhülse erkennbar ist, die darauf befestigt ist,

Fig. 8 eine teilweise im Axialschnitt gezeigte Ansicht durch die Kugellagerhülse nach Fig. 7,

Fig. 9 einen Axialschnitt einer Ausführungsform eines vollständigen Vorschubmechanismus mit zwei Geschwindigkeiten, wobei dieser Vorschubmechanismus alle grundlegenden Bauteile der Ausführungsform nach Fig. 1 aufweist,

Fig. 10 einen bruchstückhaften Schnitt durch den Vorschubgeschwindigkeits-Auswahlmechanismus des Vorschubmechanismus nach Fig. 9, wobei der Auswahlmechanismus in einer Stellung gezeigt ist, in der der Vorschubmechanismus auf eine andere Geschwindigkeit eingestellt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Ausführungsform eines Vorschubmechanismus zum geradlinigen Vorschieben eines gewünschten Bauteils (beispielsweise eines Werkstückes oder eines hierauf einwirkenden Werkzeuges) mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit und zur Zurückbewegung des Bauteils bei einem Rücklaufhub mit wesentlich höherer Geschwindigkeit beschrieben. Der Zwei-Geschwindigkeits-Vorschubmechanismus weist zwei Vorrichtungen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung auf, die mit den Bezugsziffern 10 und 12 in Fig. 1 bezeichnet sind und Jeweils den Grundgedanken der Erfindung verkörpern. Diese doppelte Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung umfaßt gemäß Fig. 1 allgemein folgende Teile:

1. eine Schneckenwelle 14 mit ersten "und zweiten mit einem äußeren Schraubengewinde versehenen Abschnitten 16 bzw. 16' und einem geradlinigen mit einer Kerbverzahnung versehenen Abschnitt 18;

2. erste und zweite Kugelmuttem 20 bzw. 20',die die ersten und zweiten Gewindeabschnitte 16 bzw. 16' der Schneckenwelle 14 umgeben;

3. erste und zweite Gruppen 22 bzw. 22' von Lagerkugeln, die zwischen der Schneckenwelle 14 und der ersten bzw. zweiten Kugelmutter 20 bzw» 20' eingefügt sind;

4. erste und zweite Käfige 24 bzw. 24' für die jeweiligen Gruppen von Lagerkugeln 22 bzw. 22';

5· ein zweireihiges Kugellager 26 auf der ersten Kugelmutter 20.

Die erste Vorrichtung 10 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung weist, abgesehen von dem Kugellager 26, die gleiche Konstruktion auf wie die zweite Vorrichtung 12, wobei der einzige Unterschied in der Steigung der Gewindeabschnitte 16 und 16' und der Form der Kugelmuttern 20 und 20' besteht. Der erste Gewindeabschnitt 16 weist eine größere Steigung auf als der zweite Gewindeabschnitt 16'. Die erste Kugelmutter 20 weist eine äußere Form auf, die zur Aufnahme des Kugellagers 26 ausgebildet ist. Weil die beiden Vorrichtungen 1C und 12 in jeder anderen Hinsicht identisch sind, wird lediglich die erste Vorrichtung 10 ausführlich anhand der Fig. 2 und 3 erläutert, wobei es verständlich ist, daß diese

Erläuterung genau so auf die zweite Vorrichtung 12 zutrifft. Die verschiedenen Teile dieser zweiten Vorrichtung werden dadurch bezeichnet, daß die entsprechenden Bezugsziffern der ersten Vorrichtung 10 unter Anhängung eines Striches (') verwendet werden·

Pig. 2 sseigt verschiedene Teile der Vorrichtung 10 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung ausführlicher. Es ist aus dieser Zeichnung zu erkennen, daß die Lagerkugeln 22 in Holleingriff mit der schraubenförmigen Nut 28 in dem Gewindeabschnitt 16 der Schneckenwelle 14· und in der schraubenförmigen Nut 30 stehen, die in die Innenoberfläche der Kugelmutter 20 eingeschnitten ist. Die Lagerkugeln rollen in diesen Nuten und bewirken eine reibungslose Umsetzung der Drehbewegung der Schnekkenwelle 14 in die relative Axialbewegung der Kugelmutter 20 (oder umgekehrt).

Die Lagerkugeln 20 müssen zur Beseitigung eines Spiels oder eines Totganges zwischen der Schneckenwelle 14· und der Kugelmutter 20 vorgespannt werden. Zu diesem Zweck ist die Breite.W zumindest einer Windung des Innengewindes am Mittelpunkt der Kugelmutter 20 hinsichtlich ihrer axialen Abmessung anders gewählt als die Breite V irgendeiner anderen Windung des Gewindes auf den gegenüberliegenden Seiten. Bei der dargestellten Ausführungsform ist W größer als W'. Entsprechend sind die beiden Gruppen von Lagerkugeln auf den gegenüberliegenden Seiten der eine größere Breite aufweisenden Gewindewindung allgemein in entgegengesetzten axialen Richtungen der Schneckenwelle von einander fort vorgespannt.

Alternativ kann die Breite W der Gewindewindung am Mittelpunkt der Kugelmutter 20 kleiner gemacht werden als die Breite V irgendeiner anderen Windung. In diesem Fall werden die beiden Gruppen von Lagerkugeln auf den gegenüberliegenden Seiten in Richtung aufeinander zu entlang der Schneckenwelle vorgespannt. Alles, was erforderlich ist, um diese Vorspannung und die Beseitigung des Spiels zu erreichen, ist ein Vorspannen einiger und der anderen der Lagerkugeln in entgegengesetzten Axialrichtungen der Schneckenwelle.

Sowohl die Fig. 1 als auch die Fig. 2 zeigen, daß die Kugelmutter 20 zwei rohrförmige Ansätze 32 aufweist, die sich konzentrisch von den gegenüberliegenden axialen Enden aus erstrecken. Jede rohrförmige Verlängerung 32 endet in einem nach innen gerichteten kreisringförmigen Kranz 3²H der in Gleiteingriff mit dem Gewinde der Schneckenwelle 14 steht. Die Verlängerungen 32 sind starr bei 36 mit der eigentlichen Kugelmutter 20 gekoppelt.

Wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist der radiale Abstand h1 zwischen der nicht mit Gewinde versehenen Innenoberfläche jeder Verlängerung 32 und den Scheitelpunkten des Gewindes der Schneckenwelle 14 gleich dem radialen Abstand h2 zwischen dem Gewindefuß oder Boden des Gewindes der Kugelmutter 20 und den Spitzen des Gewindes der Schneckenwelle. Dies bedeutet, daß die Innenoberflächen der Verlängerungen 32 sich in genau dem gleichen Abstand von der Achse X-X der Schneckenwelle 14 befinden wie die Gewindefüße oder der Boden des Gewindes auf der Innenoberfläche der Kugelmutter 20. Entsprechend können bei einer längsgerichteten Relativbewegung der

Schneckenwelle 14 gegenüber der Kugelmutter 20 die Lagerkugeln 22 gleichförmig aus der Nut 30 in der eigentlichen Kugelmutter herausrollen und in Berührung mit der Innenoberfläche jeder Verlängerung 32 gelangen, wobei ebenso eine gleichförmige Zurückbewegung in die Nut 30 möglich ist. Es ist zu erkennen, daß die Lagerkugeln in der vorstehend beschriebenen Weise vorgespannt sind, während sie sich zwischen der Schneckenwelle 14 und der eigentlichen Kugelmutter 20 befinden, während sie nicht vorgespannt sind, wenn sie aus dieser herausrollen. Die Verlängerungen 32 sind so berechnet, daß sie einen gleichförmigen Übergang der Kugeln zwischen den vorgespannten und nichtvorgespannten Bereichen ermöglichen.

Fig. 3 zeigt, daß jede Lagerkugel 22 im nicht-vorgespannten Bereich in Rollberührung mit der Innenoberfläche einer Verlängerung 32 der Kugeltnutter an einem Punkt P1 und mit den gegenüberliegenden Flanken des Gewindes an der Schneckenwelle 14 an den Punkten P2 und P3 steht. Dadurch, daß die Lagerkugeln an drei Punkten eindeutig gehalt ert sind, können sie gleichförmig abrollen, ohne daß sie durch die Nut 20 der Kugelmutter geführt werden. Es ist zu erkennen, daß die beiden Kugelmutter-Verlängerungen 32 zur Verlängerung des Hubes der relativen Längsbewegung der Schneckenwelle 14 und der Kugelmutter 20 dienen, ohne daß eine entsprechende Vergrößerung der axialen Abmessung der eigentlichen, mit Innengewinde versehenen Kugelmutter erforderlich ist. Die an den Enden angeordneten Kränze 34 der Kugelmutter-Verlängerungen erfüllen die zusätzliche Punktion der Verhinderung eines Eintretens von Verunreinigungen in die Kugelmutter.

Der Käfig 24 nach den Fig. 1, 2 und 3 weist die Form eines Rohres mit einem Innendurchmesser auf, der etwas größer als der Außendurchmesser des Gewindeabschnittes der Schneckenwelle 14 ist, während der Außendurchmesser dieses Rohres etwas geringer als der Innendurchmesser der mit Innengewinde versehenen Kugelmutter 20 ist. In dem rohrförmigen Käfig 24 ist eine Vielzahl von Bohrungen 38 ausgebildet, die die jeweiligen Lagerkugeln 22 mit Spiel aufnehmen, so daß die Lagerkugeln in vorher festgelegten Relativpositionen (wie dies auch in Fig. 6 gezeigt ist) festgehalten werden.

Im folgenden werden die Relativbewegungen der Schneckenwelle 14, der Kugelmutter 20 und des Käfigs 24 beschrieben. Es sei angenommen, daß die Kugelmutter 20 gegen eine Drehung und gegen eine längsgerichtete Bewegung festgelegt ist. Wenn dann die Schneckenwelle 14 in irgendeiner Richtung gedreht wird, so bewegt sich der Käfig 24 in Axialrichtung zusammen mit der Schneckenwelle. Es sei andererseits angenommen, daß die Schneckenwelle 14 lediglich gegen eine Axialbewegung festgelegt wird und daß die Kugelmutter 20 lediglich gegen eine Drehung festgelegt ist. Dann, führt die Drehung der Schneckenwelle 14 zu einer Axialbewegung des Käfigs 24 zusammen mit der Kugelmutter. Dies heißt mit anderen Worten, daß sich der Käfig 24 in Längsrichtung entweder mit der Schneckenwelle 14 oder der Kugelmutter 20 in Abhängigkeit davon bewegt, welches Teil sich tatsächlich gegenüber dem anderen bewegt.

Dabei ergeben bei der längsgerichteten Bewegung des Käfigs 24 zusammen mit der Schneckenwelle 14 gegenüber der

feststehenden Kugelmutter 20 die Kränze 34 der Kugelmutter-Verlängerungen 32 Begrenzungen für den Hub der Schneckenwelle. In Fig. 1 bezeichnet der Buchstabe L die Strecke zwischen einem Ende des Käfigs 24 und der Innenoberfläche eines entsprechenden Kranzes 34 der Kugelmutter-Verlängerungen. Die Summe dieser beiden Strecken L ist der mögliche Gesamthub der Linearbewegung der Schneckenwelle 14 gegenüber der Kugelmutter 20, wenn die letztere festgelegt ist.

Die beiden so weit beschriebenen Vorrichtungen 10 und 12 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung sind im wesentlichen identisch, wobei nur die beiden Ausnahmen bestehen, die weiter oben beschrieben wurden. Im folgenden wird eine Beschreibung des Lagers 26 gegeben, das lediglich auf der ersten Vorrichtung 10 ausgebildet ist. In den Zeichnungen ist dieses Lager als Lager vom zweireihigen Kugellagertyp dargestellt, wobei das Lager 26 typischerweise die erste Kugelmutter 20 als Teil des inneren Ringes verwendet. Anhand der Fig. 4 ist zu erkennen, daß das zweireihige Kugellager 26 zusätzlich folgende Teile aufweist:

1. einen Außenlagerring 40 zusammen mit einem Befestigungsflansch 42;

2. zwei Reihen von Lagerkugeln 44;

3. ein inneres Ringsegment 46, das mit der Kugelmutter 20 zusammenwirkt, um den Lagerinnenring zu bilden;

4. eine doppelte Haltemutter 48 zum Festhalten des Lagerinnenring-Segmentes 46 an seinem Platz auf der

Kugelmutter 20.

Der Lageraußenring 40 weist eine kreisringförmige lippe 50 auf, die nach innen vorspringt. Auf den gegenüberliegenden Seiten dieser Rippe sind zwei Laufbahnen 52 ausgebildet, die allgemein winkelförmig voneinander fort gerichtet sind und die jeweiligen Lagerkugelreihen 44 aufnehmen. Die Kugelmutter 20 weist eine Laufbahn 54- für eine Reihe von Kugeln 44 auf, während das Lagerinnenring-Segment 46 eine Laufbahn 56 für die andere Reihe von Kugeln aufweist. Es ist zu erkennen, daß die inneren Laufbahnen 5>4- und 56 allgemein aufgrund ihres Querschnittes in Richtung auf die jeweiligen äußeren Laufbahnen 52 gerichtet sind. Die Lagerkugeln 44 sind zwischen diesen äußeren Laufbahnen 52 und den inneren Laufbahnen 54 und 56 festgehalten. Käfige 58 halten in üblicher Weise die Lagerkugeln in entsprechenden Winkelabständen fest.

Das Lagerinnenring-Segment 46 ist auf einen einen verringerten Durchmesser aufweisenden Abschnitt 60 der Kugelmutter 20 aufgeschoben. Dieser einen verringerten Durchmesser aufweisende Abschnitt weist bei 62 ein Außengewinde auf, um die zwei Haltemuttern 48 in Anlage gegen das Lagerinnenring-Segment 46 zu halten. Die Haltemutter 48 dient dazu, das Lagerinnenring-Segment 46 nach rechts gemäß Pig. 4 zu drücken. Das auf diese Weise in Axialrichtung durch die Haltemutter 48 vorgespannte Lagerinnenring-Segment 46 wirkt mit der Kugelmutter 20 und dem Lageraußenring 40 zusammen, um die beiden Reihen von Lagerkugeln 44 gegeneinander vorzuspannen. Es ist zu erkennen, daß ein einfaches Drehen der Doppelhaltemutter 48 auf der Kugelmutter 20 eine "Vorbelastung der Lagerkugeln 44 zur

Beseitigung irgendeines Spiels ermöglicht.

Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines zweireihigen Kugellagers 26a. Die Form der Kugelmutter 20a der ersten Vorrichtung ist geringfügig modifiziert, so daß diese als Lagerinnenring des Lagers 26a dient. Die Kugelmutter 20a weist eine kreisringförmige Eippe 64· auf, die von ihrem Mittelteil aus nach außen vorspringt. Auf den gegenüberliegenden Seiten der Rippe sind zwei Laufbahnen 54a iind 56a für die beiden Reihen von Lagerkugeln 44 mit Käfigen 58a ausgebildet, wobei die beiden Laufbahnen allgemein im Querschnitt voneinander fort winkelförmig angeordnet sind.

Der Lageraußenring 40a des Lagers 26a ist in drei Segmente unterteilt: (1) ein linkes Segment 66 mit einer Laufbahn 52a; (2) ein Mittelsegment 68, das über die Rippe 64- der Kugelmutter aufgesetzt ist; und (3) ein rechtes Segment 70 mit einer weiteren Laufbahn 52a und mit einem Befestigungsflansch 42a. Die beiden äußeren Laufbahnen 52a sind selbstverständlich hinsichtlich ihres Querschnittes in Richtung auf die jeweiligen inneren Laufbahnen 54-a und 56a gerichtet, um die Lagerkugeln 44 für einen Rolleingriff zwischen diesen Laufbahnen festzuhalten. Das mittlere Segment 68 des Lageraußenringes 40a weist eine geeignete Stärke auf, damit, wenn die drei Außenlagerring-Segmente 66, 68 und 70 zusammen an ihren Platz gebracht werden, sie mit der Kugelmutter oder dem Lagerinnenring 20a zusammenwirken, um die beiden Reihen von Lagerkugeln 44 gegeneinander vorzuspannen.

In Fig. 6 ist eine weitere abgeänderte Ausführungsform

des zweireihigen Kugellagers 26b gezeigt.- Die Kugelmutter 20b der ersten Vorrichtung 10 weist eine kreisringförmige Ausnehmung 72 im mittleren Bereich auf. In den gegenüberliegenden Seitenwanden der Kugelmutter 20b, die die kreisringförmige Ausnehmung 72 begrenzen, sind zwei Laufbahnen 54b und 56b für die beiden Reihen von Kugeln 44 mit Käfigen 58b ausgebildet. Die Laufbahnen 54b und 56b sind im Querschnitt allgemein in Richtung aufeinander abgewinkelt.

Wie im Fall des Lagers 26a nach Fig. 5 ist der Lageraußenring 40b des Lagers 20b in drei Segmente unterteilt. Diese Segmente sind (1) ein linkes Segment 74 mit einer Laufbahn 52b und einem Befestigungsflansch 42b, (2) ein mittleres Segment 76 aus zwei oder mehreren Abschnitten, die über der Bodenoberfläche der kreisringförmigen Ausnehmung 72 in der Kugelmutter 20b befestigt sind, und (3) ein rechtes Segment 78 mit einer weiteren Lauf bahn 52b. Die beiden äußeren Laufbahnen 52b sind hinsichtlich ihres Querschnittes allgemein in Richtung auf die jeweiligen inneren Laufbahnen 54-b und 56b gerichtet.

Beim Zusammenbau dieses Lagers 26b können die beiden

äußeren Segmente 74· und 78 des Lageraußenringes 40b zuerst auf dem Lagerinnenring oder der Kugelmutter 20b über die geweiligen Reihen von in Käfigen angeordneten Lagerkugeln 44 befestigt werden. Dann wird das mittlere Segment 76 mit Preßsitz zwischen den äußeren Ringsegmenten 74 und 78 eingepaßt, so daß diese die beiden Reihen von Lagerkugeln 44 zusammen mit der Kugelmutter 20b voneinander fort vorspannen. Diese Ausführungsform ergibt den Vorteil der Möglichkeit einer Feineinstellung der

Lagervorspannung.

Es wurde anhand der Pig. 1 erwähnt, daß die Schneckenwelle 14 einen geradlinig kerbverzahnten Abschnitt 18 an einem Ende, angrenzend an den ersten Gewindeabschnitt 16, aufweist, wobei zwischen diesen Abschnitten ein glatter Abschnitt 80 liegt. (Ein weiterer glatter Abschnitt 82 ist zwischen den ersten und zweiten Gewindeabschnitten und 16' der Schneckenwelle vorgesehen.) Auf diesem kerbverzahnten Abschnitt der Schneckenwelle ist eine Kugelhülse 84 befestigt, die ausführlich in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist und eine relative Axialbewegung der in Rollberührung hiermit stehenden Schneckenwelle ermöglicht, wobei diese Schneckenwelle gegenüber der Kugelhülse 84 in Drehrichtung in jeder Richtung festgelegt ist. Bei der Verwendung der beiden Vorrichtungen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung gemäß Fig. 1 als Zwei-Geschwindigkeits-Vorschubmechanismus wird die Schneckenwelle 14 durch die Kugelhülse 84 in Drehung versetzt.

Eine Betrachtung der Fig. 7 zeigt, daß der kerbverzahnte Abschnitt,18 der Schneckenwelle 14 einen allgemein dreieckigen Querschnitt mit drei geradlinigen Keilzähnen 86 an den Scheitelpunkten des Dreieckes aufweist. Auf diesem kerbverzahnten Abschnitt ist eine eigentliche Kugelhülse 88 mit einem Befestigungsflansch 90 gemäß Fig. 8 befestigt, wobei diese Teile die Kugelhülse 84 bilden. Auf der Innenoberfläche der eigentlichen Hülse 88 sind drei vergleichsweise tiefe Führungsnuten 92 und drei flachere Führungsnuten 94 ausgebildet, die sich in Längsrichtung der Hülse erstrecken und in Umfangsrichtung einander

abwechseln. Jede Führungsnut 92 nimmt zwei Reihen von keinem Drehmoment ausgesetzten Kugeln 96 auf, die nicht an der Drehmomentübertragung von der Hülse 88 auf die Schneckenwelle 14 beteiligt sind. Jede Führungsnut 94 nimmt andererseits zwei Reihen von ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96' auf, die zur Übertragung eines Drehmomentes von der Hülse 88 auf die Schneckenwelle dienen. Die Führungsnuten 94 weisen gemäß Fig. 7 einen derartigen Querschnitt auf, daß sie als Laufbahnen für die ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96' dienen.

Die jeweiligen Winkelpositionen des kerbverzahnten Schneckenwellenabschnittes 18 und der Hülse 88 sind der Art, daß die drei geradlinigen Keilzähne 86 des ersteren Abschnittes mit den Führungsnuten 94 des letzteren Teils ausgerichtet sind. Jeder Keilzahn 86 weist konkave gegenüberliegende Seiten auf, die als Laufbahnen für die längsgerichtete Rollbewegung der entsprechenden beiden Reihen von ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96' dienen. Die Bezugsziffer 98 bezeichnet Kugelkäfige oder Führungen mit Nuten 100 und 102 für die axiale Rollbewegung und den Umlauf der kein Drehmoment übertragenden Kugeln 96 und der ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96'.

Es ist aus der vorstehenden Beschreibung zu erkennen, daß bei einer Drehung der Hülse 88 in irgendeiner Richtung die ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96' das Drehmoment auf den kerbverzahnten Schneckenwellenabschnitt 18 übertragen, so daß sieh die Schneckenwelle 14 gleichzeitig dreht. Die ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96' sind vorgespannt, um ein Spiel zwischen der Schneckenwelle 14 und der Hülse 88 in jeder Drehrichtung zu

beseitigen. Auf diese Weise ist eine wirkungsvolle Drehmomentübertragung von der Hülse auf die Schneckenwelle möglich. Sowohl die kein Drehmoment übertragenden Kugeln 96 als auch die ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96' ermöglichen die relative Axialbewegung der Schneckenwelle 14 und der Hülse 88 mit Rollreibung. Es sei daher erwähnt, daß die Kugeln 96 und 96' den gleichen Durchmesser aufweisen können und aus dem gleichen Material bestehen können; sie sind lediglich aufgrund der unterschiedlichen Punktionen, die sie erfüllen, unterschiedlich bezeichnet.

Fig. 9 zeigt die zwei Vorrichtungen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung gemäß Fig. 1 in einer Anwendung für einen Zwei-Geschwindigkeits-Vorschubmechanismus. Es wird angenommen, daß das linke Ende der Schneckenwelle 14 in geeigneten, nicht gezeigten Lagereinrichtungen sowohl für eine Drehung als auch für eine Längsbewegung gelagert ist. Der kerbverzahnte rechte Endteil 18 der Schneckenwelle ist in der beschriebenen Weise in einer Kugelhülse 84 angeordnet und über dieser mit Antriebseinrichtungen gekoppelt, die als Handgriff 104 dargestellt sind. Dieser Handgriff ist an einer mit einem Kranz versehenen, eine Mittelbohrung aufweisenden Scheibe 106 befestigt, die bei 108 mit der eigentlichen Hülse 88 verkeilt ist. Ein Drehen des Handgriffes 104 führt damit zu einer Drehung der Schneckenwelle 14 um deren Achse. Die Schneckenwelle ist selbstverständlich in Längsrichtung gegenüber der Kugelhülse 84 beweglich.

Die Kugelmutter 20' der zweiten Vorrichtung 12 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung ist

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bei 110 mit einem gewünschten vorzuschiebenden Bauteil verschraubt, beispielsweise mit einem Arbeitstisch 112. Durch diese Befestigung an dem Arbeitstisch ist die Kugelmutter 2O¹ gegen eine Drehung festgelegt, kann sich jedoch mit diesem Arbeitstisch in Axialrichtung bewegen.

Die Kugelmutter 20 der ersten Vorrichtung 10 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung ist andererseits über das zweireihige Kugellager 26 mit irgendeinem stationären Teil 114, beispielsweise einem Rahmen oder einem Gehäuse gekoppelt, d. h. der Lageraußenring des Lagers ist mit dem Befestigungsflansch 42 an dem stationären Teil 114 über versenkte Schrauben 116 befestigt. Entsprechend kann die Kugelmutter 20 keine Axialbewegung gegenüber dem stationären Teil 114 ausführen. Die Bezugsziffer 118 bezeichnet allgemein einen Geschwindigkeitswählmechanismus, der eine selektive Verriegelung der Kugelmutter 20 gegen eine Drehung gegenüber dem stationären Teil 114 ermöglicht und die Kugelmutter 20 mit der Kugelhülse 84 für eine gemeinsame Drehung verbindet. Der Geschwindigkeitswählmechanismus 118 weist folgende Teile auf:

1. eine Hülse 120, die die Schneckenwelle 14 konzentrisch mit Spiel umgibt und deren rechtes Ende bei 122 mit dem Flansch 90 der eigentlichen Hülse 88 verschraubt ist;

2. einen Flansch 124, der bei 126 mit der Kugelmutter· 20 verschraubt ist und gleitend zwischen dem Befestigungsflansch 42 des Lageraußenringes 40 und einem

Flansch 128 am linken Ende der Hülse 120 eingefügt ist;

3. einen ersten Verriegelungsstift 130» der sich verschiebbar durch das stationäre Teil 114 und den Flansch 42 des Lageraußenringes erstreckt und in eine und aus einer Bohrung 132 heraus verschiebbar ist, die durch den Flansch 124 der Kugelmutter ausgebildet ist;

4. einen zweiten Verriegelungsstift 134, der sich verschiebbar durch den Flansch 128 der Hülse 120 erstreckt und ebenfalls in die Bohrung 132 des Flansches 124 der Kugelmutter hinein und aus dieser heraus beweglich ist.

Bei der Position des Geschwindigkeitswählmechanismus 118 nach Fig. 9 steht der erste Verriegelungsstift 130 mit der Bohrung 132 in dem Flansch 124 in Eingriff und ist in diese Stellung durch eine Druckfeder 136 vorgespannt, die in einem Gehäuse 138 angeordnet ist. Entsprechend ist die Kugelmutter 20 gegen eine Drehung gegenüber dem stationären Teil 114 festgelegt. Die Hülse 120 ist dann mit der Kugelhülse 84 und damit mit der Schneckenwelle 14 drehbar, wobei die Hülse 120 in Gleitberührung mit dem Flansch 124 der Kugelmutter steht. In Fig. 10 ist gezeigt, wie der zweite Verriegelungsstift 134 gegen die Vorspannung der Druckfeder 136 niedergedrückt ist. Der erste Verriegelungsstift 13O ist dann aus der Bohrung in dem Flansch 124 der Kugelmutter herausgezogen, und statt dessen steht der zweite Verriegelungsstift 134 in dieser Bohrung 132 in Eingriff. Nunmehr ist die

Kugelmutter 20 mit der Hülse 120 für eine gemeinsame Drehung mit der Kugelhülse 84· -und der Schneckenwelle 14- gekoppelt.

Im folgenden wird die Betriebsweise des Zwei-Geschwindigkeits-Vorschubmechanismus nach Fig. 9 erläutert. Bei dieser Beschreibung sei angenommen, daß einerseits der erste Gewindeabschnitt 16 der Schneckenwelle eine größere Steigung aufweist als der zweite Gewindeabschnitt 16' und daß andererseits die Gewinde dieser beiden Schneckenwellenabschnitte 16 und 16' beide rechtsgängig sind.

Es sei zunächst angenommen, daß sich der Geschwindigkeit swählm echani smus 118 in der Stellung nach Fig. 9 befindet, in der die Kugelmutter 20 der ersten Vorrichtung 10 gegen eine Drehung (sowie gegen eine Axialbewegung) verriegelt ist. Wenn die Bedienungsperson den Handgriff 104· im Uhrzeigersinn dreht, wird das Drehmoment auf die Schneckenwelle 14 über die Kugelhülse 84- übertragen, wodurch eine Drehung der Schneckenwelle in der gleichen Sichtung hervorgerufen wird. Obwohl sich die Hülse 120 ebenfalls mit der Kugelhülse 84 dreht, gleitet ihr Plansch 128 lediglich über den Flansch 124 der Kugelhülse, so daß die Kugelmutter 20 der ersten Vorrichtung 10 stationär bleibt. Entsprechend führt die Drehung der Schneckenwelle 14- im Uhrzeigersinn zu einer Axialbewegung dieser Schneckenwelle nach links gemäß Fig. 9 gegenüber der festen Kugelmutter 20.

Die Kugelmutter 20' der zweiten Vorrichtung 12 ist andererseits gegen eine Drehung festgelegt, sie kann sich jedoch in Axialrichtuäg mit dem Arbeitstisch 112 bewegen.

Bei der Drehung der Schneckenwelle 14 im Uhrzeigersinn bewegt sich die Kugelmutter 20' nach rechts gegenüber der Schneckenwelle. Unter der Annahme, daß die Steigung des ersten Gewindeabschnittes 16 der Schneckenwelle 10 mm beträgt, während die Steigung des zweiten Gewindeabschnittes 16' 9 »m beträgt, bewegt sich die Schneckenwelle 14 nach links gegenüber der festen Kugelmutter 20 mit einer Geschwindigkeit von 10 mm pro Umdrehung, während sich die Kugelmutter 20' gegenüber der Schneckenwelle nach rechts mit einer Geschwindigkeit von 9 mm pro Umdrehung dieser Schneckenwelle bewegt. Entsprechend bewegt sich die Kugelmutter 20' zusammen mit dem Arbeitstisch 112 gegenüber dem stationären Teil 114 nach links mit einer Geschwindigkeit von lediglich 1 mm pro Umdrehung der Schneckenwelle 14.

Am Ende des nach links gerichteten Hubes mit niedriger Geschwindigkeit kann der Arbeitstisch 112 in die anfängliche rechte Position mit wesentlich höherer Geschwindigkeit bewegt werden. Für diese schnelle Rückführbewegung kann der zweite Verriegelungsstift 134 gegen die Vorspannung der Druckfeder 136 in die in Fig. 10 gezeigte Position gedrückt werden. Der Handgriff 104 kann dann wie vorher im Uhrzeigersinn gedreht werden. Das Drehmoment wird nicht nur auf die Schneckenwelle 14 übertragen, sondern auch über die Hülse 120 und den Flansch 124 auf die Kugelmutter 20 der ersten Vorrichtung 10. Weil sich die Schneckenwelle 14 und die Kugelmutter 20 in der gleichen Richtung und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit drehen, ergibt sich keine Relativdrehung und damit auch keine relative Axialbewegung zwischen diesen Teilen.

Die im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung der Schneckenwelle 14 bewirkt, daß sich die Kugelmutter 20' der zweiten Vorrichtung 12 zusammen mit dem Arbeitstisch 112 nach rechts bewegt. Die Schneckenwelle 14 ist nun in Längsrichtung stationär, so daß die Geschwindigkeit der nach rechts gerichteten Bewegung der Kugelmutter 20' lediglich von der Steigung des zweiten Gewindeabschnittes 16' (ab*- gesehen von der Drehgeschwindigkeit der Schneckenwelle) abhängt. Im vorliegenden Fall bewegt sich der Arbeitstisch 112 bei seinem nach rechts gerichteten Eücklaufhub mit einer Geschwindigkeit von 9 mm pro Umdrehung der Schneckenwelle.

Obwohl dies bereits erwähnt wurde, sei nochmals darauf hingewiesen, daß der hier beschriebene Zwei-Geschwindigkeits-Vorschubmechanismus aus dem Grunde ausgewählt wurde, daß ein Beispiel für eine typische Anwendung einer Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung vom Schnecken- und Zugelmutter-Typ gegeben werden konnte. Es sind selbstverständlich vielfältige Anwendungen dieser Vorrichtungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Leerseite

Claims

Patentanwälte :*:;"" -': C3:i ρ \Mn-g* Curt Wallach

Europäische Patentvertreter "V '''■' "^ WJ'VJf?^ 6 ü nther Koch European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: Nov. 9, 1982

HIROSHITERAMACHI unser Zeichen: 1? 563 V/Hu

Pat ent an'sprüche

( Λ m) Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung,, mit einer Schnecke mit einem äußeren Schraubengewinde, mit einer Kugelmutter mit einem inneren Schraubengewinde, die hülsenförmig auf die Schnecke aufgesetzt ist, und mit einer Yielzahl τοη Lagerkugeln„ die rollend zwischen der Schnecke -und der Kugelmutter angeordnet sind und eine Relativbewegung in Längsrichtung mit der Drehung eines Teils gegenüber dem anderen hervorrufen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Windung des Innengewindes (30) im Mittelteil der Kugelmutter (20) eine von den. anderen Windungen des Innengewindes (30) abweichende Breite aufweist, so daß die Lagerkugeln (22) auf entgegengesetzten Seiten der eine andere Breite aufweisenden Windung des Gewindes in entgegengesetzten Axialrichtungen der Schnecke (14) und der Kugelmutter (20) vorgespannt sind und ein Spiel zwischen diesen beiden Teilen beseitigen, und daß ein Käfig (24) vorgesehen ist, in dem die Lagerkugeln (22) an vorher festgelegten Relativpositionen rollend festgehalten sind.
2. Vorrichtung nach .Anspruch 1, dadurch

α « ο

gekennzeichnet , daß der Käfig (24) die Form eines Rohres aufweist, in dem eine Vielzahl von Bohrungen (38) ausgebildet ist, die Jeweils lose eine Lagerkugel (22) aufnehmen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kugelmutter (20) zwei rohrförmige Verlängerungen (32) aufweist, die sich koaxial von den gegenüberliegenden axialen Enden der Kugelmutter (20) aus erstrecken.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß die beiden Verlängerungen (32) der Kugelmutter (20) ebene Innenoberflächen aufweisen, die für eine Punktberührung mit den Lagerkugeln (22) ausgebildet sind.
5· Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß jede Verlängerung (32) der Kugelmutter (20) einen kreisringförmigen Kranz (34) aufweist, der sich von dem von der Kugelmutter (20) entfernten Ende aus nach innen erstreckt, und daß Jeder Kranz (34) in Gleitberührung mit dem Gewinde der Schnecke (14) steht, um das Einvon Fremdkörpern zu verhindern.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Wälzlager (26), dessen Lagerinnenring durch die Kugelmutter (20 gebildet ist, wobei das Wälzlager weiterhin

einen Lageraußenring (40) um die * Kugelmutter (20) herum und eine Vielzahl von Wälzelementen (44) aufweist, die zwischen der Kugelmutter (20) und dem Lageraußenring (40) angeordnet sind»
7· Vorrichtung nach inspruch 6, dadurch gekennzeichnet ,. daß die Wälzelemente (44) in zwei Reihen angeordnet sind, daß auf der Kugelmutter (20) eine Laufbahn (54) für eine Reihe von Wälzelementen (44·) ausgebildet ist«, daß das Wälzlager (26) weiterhin ein Lagerinnenring-Segment (46) aufweist, das eng über die Kugelmutter (20) aufgepaßt ist und an dem ein© Laufbahn (56) für die andere Reihe von Wälzelementen (44) ausgebildet ist, und daß Halteeinrichtungen (48) zum Festhalten des Lagerinnenring-Segmentes (46) in einer Position auf der Kugelmutter (20) vorgesehen sind, wobei die Halteeinrichtungen (48) das Lagerinnenring-Segment in einer derartigen axialen Richtung der Kugelmutter (20) vorspannen, daß das Lagerinnenring-Segment mit der Kugelmutter (20) und dem Lageraußenring (40) zusammenwirkt und die beiden Reihen von Wälzelementen (44·) gegeneinander vorspannt·
8. Vorrichtung nach Inspruch 6, ■ d a d u r c _h g e kennzeichnet , daß die Walzelemente (44) in zwei Reihen angeordnet sind und daß der Lageraußenring (40a) durch eine Anzahl von Segmenten (66, 68, 70) gebildet ist, die mit der Kugelmutter (20a) zusammenwirken und die beiden Reihen von Walzelementen (44) gegeneinander vorspannen»
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Wälzelemente (44) in zwei leihen angeordnet sind und daß der Lageraußenring (4Ob) eine Anzahl von Segmenten (74·» 76, 78) aufweist, die mit der Kugelmutter (2Ob) zusammenwirken und die beiden Reihen von Wälzelementen (44) voneinander fort vorspannen.
10. Doppelanordnung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung unter Verwendung von Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schneckenwelle (14) mit zumindest zwei ein äußeres Schraubengewinde aufweisenden Teilen (16, 16') vorgesehen ist, wobei die Gewinde der beiden Gewindeteile (16, 16') eine unterschiedliche Steigung aufweisen, daß eine mit einem inneren Schraubengewinde versehene Kugelmutter (20, 20') auf jedem Gewindeteil (16, 16') der Schneckenwelle (14) aufgesetzt ist, daß jeweilige Gruppen von Lagerkugeln (22) in Rolleingriff zwischen jedem Gewindeteil (16, 16') der Schneckenwelle (14) und der entsprechenden Kugelmutter (20, 20') stehen, daß zumindest eine Windung des Gewindes im mittleren Bereich jeder Kugelmutter (20) eine andere Breite als die anderen Windungen aufweist, so daß die Lagerkugeln auf den gegenüberliegenden Seiten der eine andere Breite aufweisenden Windung des Gewindes in jeder Gruppe in entgegengesetzten Axialrichtungen der Schneckenwelle und der Kugelmutter vorgespannt sind, um ein Spiel zwischen diesen Teilen zu beseitigen, und daß ein Käfig (24) für jede Gruppe von

» He«

Lagerkugeln (22) vorgesehen ist und -diese Lagerkugeln in vorher festgelegten- Relativpositionen rollend festhalt.
11. Doppelanordnung nach' Anspruch 1O₉ g.e -k "e η η.—- - "

zeichnet d u r- c h ein Wälzlager (26)" auf einer der Kugelmuttem (2O)V wobei diese eine» Kugelmutter (20) als Lagerinnenring des Wälzlagers."wirkt·
12. Doppelanordnung nach Anspruch 10 oder 11, d a> durch gekennzeichnet,,' daß die Schneckenwelle (14) einen geradlinigen "kerbverzahnten Abschnitt (18) aufweist«,

13· Vorschubmechanismus zur Vorwärts- und Rückwärtsbewegung eines Bauteils mit zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten unter Verwendung einer Vorrichtung oder einer Doppelanordnung nach einem der Ansprüche bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß eine Schneckenwelle (14·) mit ersten und zweiten ein äußeres Schraubengewinde aufweisenden. Teilen (16, 16') land einem geradlinig kerbverzahnten Teil (18) vorgesehen ist, wobei die Gewinde der beiden Gewindeteile (16, 16") unterschiedliche Steigungen aufweisen, daß erste und zweite ein inneres Schraubengewinde aufweisende Kugelmuttern (20, 20') auf die ersten und zweiten Gewindeteile (16, 16') der Schneckenwelle (14) aufgeschoben sind, daß" die zweite Kugelmutter (20') mit dem zu verschiebenden Bauteil (112) derart gekoppelt, ist, daß" es gegen eine Drehung gegenüber einem stationären Teil festgelegt, ist, daß

zwei Gruppen von Lagerkugeln (22, 22') in Rolleingriff zwischen den ersten und zweiten Gewindeteilen (16, 16* ) der Schneckenwelle (14·) und den ersten und zweiten Kugelmuttern (20, 20') angeordnet sind, daß zumindest eine Windung des Gewindes am mittleren Bereich jeder Kugelmutter eine andere Breite als die anderen Windungen aufweist, so daß die Lagerkugeln auf den gegenüberliegenden Seiten der eine unterschiedliche Breite aufweisenden Windung des Gewindes in jeder Gruppe in entgegengesetzten Axialrichtungen der Schneckenwelle (14) und der Kugelmuttern (20, 20') vorgespannt sind und ein Spiel beseitigen, daß ein Käfig (24, 24') vorgesehen ist, der jede Gruppe von Lagerkugeln (22, 22') rollend an vorher festgelegten Relativpositionen hält, daß ein Wälzlager (26) zur drehbaren Lagerung der ersten Kugelmutter (20) auf dem stationären Teil vorgesehen ist, wobei die erste Kugelmutter (20) gegen eine Axialbewegung gegenüber dem stationären Teil festgelegt ist, daß eine Kugelhülse (84) auf dem geradlinig kerbverzahnten Teil (18) der Schneckenwelle (14) für eine Drehung mit dieser aufgesetzt ist, wobei eine gegenseitige Axialbewegung möglich ist, daß Antriebseinrichtungen (104, 106) auf die Kugelhülse (84) einwirken und eine Drehung der Schneckenwelle (14) hervorrufen, daß Geschwindigkeitswähleinrichtungen (118) vorgesehen sind, die selektiv die erste Kugelmutter (20) gegen eine Drehung relativ zum stationären Teil verriegeln oder die erste Kugelmutter (20) mit der Kugelhülse (84) für eine gemeinsame Drehung verbinden, und daß, wenn die erste Kugelmutter (20) gegen eine Drehung gegenüber dem stationären Teil verriegelt ist, die

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Drehung der Schneckenwelle ("14) zu einer axialen Bewegung der zweiten, Kugelmutter (20!) mit einer "Ge- - schwindigkeit gegenüber dem stationären Teil fuhrt, die der Differenz zwischen den Steigungen der ersten und zweiten Gewindeteile (16, 16^!) der Schneckenwelle (14) entspricht,, während,: wenn die erste Kugelnratter (20) mit der Kugelhülse (84) für eine gemeinsame- Drehung mit dieser verbunden ist, die Drehung, der Schneckenwelle zu einer AxiaTbewegung der zweiten Kugelmutter (20') mit einer anderen Geschwindigkeit führt, die der Steigung des zweiten-Gewindeteils (16') der Schneckenwelle entspricht«

14· Vorschubmechanismus nach Anspruch 13? dad u r c h g e ken η ζ e i c h η e t"■-,- daß die Geschwindigkeitswähleinrichtung (118) eine konzentrisch die Schneckenwelle (14) umgebende und starr mit einem Ende mit der Kugelhülse (84) für eine gemeinsame Drehung mit dieser verbundene Hülse (120), die einen Flansch (128) an dem anderen Ende aufweist, umfaßt, einen starr an der ersten Kugelmutter (20) ausgebildeten Flansch (124) sowie einen ersten Verriegelungsstift· (130)» <ä®r sich verschiebbar durch den stationären Teil erstreckt und in eine Bohrung (132) durch den Flansch (124) an der ersten Kugelmutter (20) und aus dieser Bohrung heraus verschiebbar ist, daß elastische Einrichtungen (136) den ersten Verriegelungsstift (150) in die Bohrung (132) in dem Flansch (124) vorspannen, um die erste Kugelmutter (20) gegen eine Drehung gegenüber dem stationären Teil festzuhalten, und dal ein zweiter Verriegelungsstift (134) sich -

verschiebbar durch den Flansch (128) an der Hülse (120) erstreckt und ebenfalls in die Bohrung (132) in dem Plansch (124) hinein und aus dieser heraus verschiebbar ist, wobei der zweite Verriegelungsstift (134) in die Bohrung (132) gegen die Kraft der elastischen Einrichtungen (136) hineindrückbar ist und eine gemeinsame Drehung der ersten Kugelmutter (20) mit der Kugelhülse (84) ermöglicht.

15· Vorschubmechanismus nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet , daß die erste Kugelmutter (20) als Lagerinnenring des Wälzlagers (26) dient.