DE3586178T2

DE3586178T2 - Kraftuebertragungssystem.

Info

Publication number: DE3586178T2
Application number: DE8585901734T
Authority: DE
Inventors: Edward Brackett
Original assignee: MAXAXAM CORP
Current assignee: MAXAXAM CORP
Priority date: 1984-03-13
Filing date: 1985-03-13
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2005-03-14
Also published as: JPS61501415A; AU573322B2; ATE76944T1; WO1985004228A1; EP0189421A4; AU4067885A; BR8505812A; EP0189421A1; EP0189421B1; CA1239038A; US4685346A; DE3586178D1

Description

Technisches Feld

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftübertragungssystem, und insbesondere ein solches System der Schneckenantriebsart, das eine Schnecke bzw. eine Schneckenschraube vom Umhüllungstypus und ein Walzenschneckenrad verwendet.

Stand der Technik

Herkömmliche Schneckengetriebeaggregate verwenden eine Schnecke bzw. eine Schneckenschraube sowie ein feststehendes, mit Zähnen versehenes Getrieberad. Obwohl derartige Schneckengetriebeaggregate für geringe Drehzahlen erfolgreiche Antriebsmechanismen darstellen, ist ihr Nutzeffekt aufgrund des reibenden und gleitenden Kontakts zwischen den feststehenden Zähnen des Getrieberads und dem Gewinde der Schnecke begrenzt.
Durch Ersetzen der feststehenden Zähne des Getrieberads des herkömmlichen Schneckengetriebeaggregats durch Walzen, kann die Reibung zwischen dem Getrieberad (auf das nachfolgend aufgrund des Ersatzes zutreffenderweise Bezug genommen wird als Walzenschneckenrad) und der Schnecke vermindert werden, wodurch die Leistungsfähigkeit des resultierenden Schneckenantriebssystems verbessert wird. Schneckenantriebssysteme, die eine Schnecke und ein Walzenschneckenrad verwenden, sind in der Vergangenheit vorgeschlagen worden. Derartige Systeme können in die folgenden drei Kategorien unterteilt werden.
Die erste Kategorie ist gekennzeichnet durch Walzenschneckenräder, die radial angeordnete Walzen verwenden (d. h., daß die Drehachse jeder Walze in einer Ebene liegt, die senkrecht zu der Drehachse des Schneckenrads liegt). Die Antriebssysteme, die in den US-A-626 515; 715 973; 747 463; 767 588 und 3 597 990 beschrieben sind, stellen Beispiele für diese erste Kategorie dar. Diese Schneckenantriebssysteme weisen eine begrenzte Kraftübertragungsfähigkeit und eine begrenzte Belastungskapazität auf, weil die radial angeordneten Walzen es schwer machen, die Art von Lager zu verwenden (d. h. Nadellager), die erforderlich ist, um eine große Kraft zu übertragen und große Lasten zu tragen. Weil die Walzen sich in das Schneckenrad hinein erstrecken müßten, um in Kombination mit Nadel lagern verwendbar zu sein, ist die Anzahl der Walzen, die verwendet werden könnte, ohne eine gegenseitige Beeinträchtigung zwischen ihren zugeordneten Lagern zu verursachen, begrenzt, wodurch die Kraftübertragungsfähigkeit und die Belastungskapazität begrenzt werden, selbst wenn derartige Lager verwendet werden würden.
Die zweite Kategorie ist gekennzeichnet durch Walzenschneckenräder, die einen Satz radial angeordneter Walzen und zwei oder mehr Sätze von in Winkeln angeordneten Walzen verwenden (d. h., die Drehachse jeder Walze bildet einen schiefen Winkel relativ zu einer Ebene, die senkrecht zu der Drehachse des Schneckenrads verläuft). Die Schneckenantriebssysteme, die in den US-A-908 049; 1 060 933 und 3 820 413 beschrieben sind, stellen Beispiele für diese Kategorie dar. Aufgrund ihrer Verwendung radial angeordneter Walzen, leiden diese Antriebssysteme an denselben Kraftübertragungs- und Belastungsbegrenzungen wie die vorstehend diskutierte erste Kategorie. Darüber hinaus leiden sie an einer weiteren Begrenzung insofern, als ihre Schneckenräder ausschließlich in Kombination mit zwei Schnecken derselben Hand bzw. derselben Steigung bzw. desselben Drehsinns verwendet werden können, die sich deshalb in entgegengesetzten Winkelrichtungen drehen würden. Deshalb wären die Schneckenantriebssysteme der zweiten Kategorie nicht geeignet für Anwendungen, welche zwei Schnecken erfordern, die sich in derselben Winkelrichtung drehen.
Die dritte Kategorie ist gekennzeichnet durch ein Schneckenrad, das ausschließlich winkelig angeordnete Walzen verwendet und eine Schnecke, die ein einziges doppelt geschnittenes Gewinde aufweist. Mehr im einzelnen ist das Schneckenrad mit zwei Sätzen von Walzen versehen, wobei die Walzen des einen Satzes volle Enden und die Walzen des anderen Satzes gestufte Enden aufweisen. Die Schnecke ist mit einem einzigen Gewinde versehen, das einen ersten schraubenförmigen Pfad aufweist, um die Walzen mit den vollen Enden aufzunehmen, sowie einen zweiten schraubenförmigen Pfad, der dazu ausgelegt ist, die Walzen mit den gestuften Enden aufzunehmen. Da sämtliche der Walzen lediglich in Halbgewinden ablaufen, sind die Kraftübertragungskapazität und die Belastungskapazität eines derartigen Schneckenantriebssystems begrenzt. Darüber hinaus läuft das Schneckenantriebssystem ausschließlich in einer Richtung mit voller Kapazität, weil, wenn die Drehrichtung der Schnecke umgekehrt wird, die Walzen mit den gestuften Enden außer Eingriff mit einer Gewindefläche gelangen und die Walzen mit den vollen Enden lediglich in Eingriff mit einer halben Gewindefläche gelangen. Ein Beispiel dieser dritten Kategorie ist in einem Artikel beschrieben, mit dem Titel "Worm drive's roller wheel boosts speed, efficiency" von E. J. Stefanides in "Design News", 10. Januar 1983, Ausgabe 39/1. November, Seiten 88 - 89.
Ein weiteres Beispiel eines Schneckenantriebs ist in der US-A 1 273 533 gezeigt. Das Schneckenrad weist zwei Sätze geneigter Walzen auf, die sich in Eingriff mit einer Schnecke befinden. In dieser Druckschrift findet sich keine Beschreibung, ob die Schnecke ein einziges Gewinde oder ein Doppelgewinde aufweist.
Weitere Beispiele von Schneckenantrieben sind in der GB-A-237 252 gezeigt. Eines dieser Beispiele weist ein Schneckenrad mit zwei Sätzen geneigter Walzen und eine Schnecke mit ausschließlich einer einzigen Schraubenrille auf, die in Eingriff mit den beiden Walzensätzen steht. In einem weiteren Beispiel dieser Druckschrift weist die Schraube unterschiedlich voneinander beabstandete Gewinde auf, um unterschiedliche Getriebeverhältnisse zu schaffen, das Schneckenrad steht jedoch zu einer vorgegebenen Zeit ausschließlich mit einem der Gewinde in Eingriff.
In einem weiteren Beispiel dieser Druckschrift weist das Schneckenrad zwei Sätze geneigter Walzen und eine Schnecke mit zwei Gewinden auf. Die Anordnung ist jedoch so getroffen, daß kein Kämmeingriff zwischen den beiden Walzensätzen auf der Schnecke gleichzeitig mit den beiden Gewinden auf der Schnecke zustandekommt.

Zusammenfassung der Erfindung

In Übereinstimmung mit der Erfindung wird ein Schneckenantriebssystem geschaffen, mit einem Schneckenrad und einer Schnecke, die um eine Radachse und eine Schneckenachse jeweils drehbar sind, wobei das Rad erste und zweite Sätze von Walzen umfaßt, die auf dem Rad zur Drehung um entsprechende Walzenachsen angebracht sind, wobei die Achsen der Walzen des ersten Satzes auf einem ersten kreisförmigen Konus liegen, der mit der Schneckenradachse ausgerichtet ist sowie tangential zu der Schneckenachse, und wobei die Achsen der Walzen des zweiten Satzes auf einem zweiten kreisförmigen Konus liegen, der symmetrisch zu dem ersten Konus relativ zu einer Mittenachse verläuft, die senkrecht zu der Schneckenradachse verläuft, wobei die Schnecke eine erste Schneckenrille und eine zweite Schneckenrille aufweist, wobei durch Drehung des Rades und der Schnecke zumindest einige der Walzen des ersten Satzes mit der ersten Rille kämmen, nicht jedoch mit der zweiten Rille, und wobei zumindest einige der Walzen des zweiten Satzes mit der zweiten Rille, nicht jedoch mit der ersten Rille kämmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen einen Kopf aufweisen, der eine Evolventen-Zahnform aufweist, und daß die ersten und zweiten Rillen jeweilige Flanken aufweisen, deren Flächen durch die Wege der Profile der Walzen der ersten und zweiten Sätze erzeugt werden, wenn das Rad und die Schnecke unter einem konstanten Drehzahlverhältnis gedreht werden.
Durch Vorsehen zweier Schneckenrillen auf der Schnecke, die mit zwei Sätzen von Walzen in Eingriff stehen, die unterschiedliche Orientierungen aufweisen, ist es möglich, daß die Flanken der Schneckenrillen abgestimmt sind und sich daran anpassen, um ein deutlich verbessertes Kämmen zu schaffen, im Vergleich zu der beispielsweise in der US-A-1 273 533 gezeigten Anordnung.

Kurze Beschreibung der Zeichungen

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird diese nunmehr beispielhaft mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäß aufgebauten Schneckenantriebssystems, wobei ein Teil des Schnekkenantriebssystems weggebrochen ist, um die Betrachtung und Beschreibung zu vereinfachen;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer Schnecke, die durch das in Fig. 1 gezeigte Schneckenantriebssystem verwendet wird;
Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Querschnitts einer anderen Schnecke, die durch das in Fig. 1 gezeigte Schneckenantriebssystem verwendet wird;
Fig. 4 eine Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 1 in der Richtung der Pfeile gesehen von einem Schneckenrad, das durch das in Fig. 1 gezeigte Schneckenantriebssystem verwendet wird;
Fig. 5 eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in Fig. 1 in der Richtung der Pfeile gesehen von dem Schnekkenrad, das durch das in Fig. 1 gezeigte Schneckenantriebssystem verwendet wird;
Fig. 6 eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI in Fig. 5, in der Richtung der Pfeile gesehen von dem in Fig. 5 gezeigten Schneckenrad;
Fig. 7 eine Kantenansicht des in den Fig. 1 und 4 - 6 gezeigten Schneckenrads;
Fig. 8 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Schneckenrads, das zur Verwendung in dem Schneckenantriebssystem der Fig. 1 - 7 ausgelegt ist, wobei der Querschnitt entlang einer Ebene genommen ist, die parallel zur Drehachse des Schneckenrads verläuft und diese Drehachse einschließt;
Fig. 9 eine Seitenansicht eines Segments des in Fig. 8 gezeigten Schneckenrads;
Fig. 10 eine Seitenansicht eines weiteren Segments des in Fig. 8 gezeigten Schneckenrads;
Fig. 11 eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Schnekkenrad der Fig. 8 - 10 ohne auf das Schneckenrad wirkende Drehmomentbelastung eine Antispiel- bzw. Antitotgangsfunktion durchführt;
Fig. 12 eine schematische Ansicht, die zeigt, wie das Schnekkenrad der Fig. 8 - 10 mit auf das Schneckenrad wirkender Drehmomentbelastung eine Antispiel- bzw. Antitotgangsfunktion durchführt.

Beste Art und Weise, die Erfindung auszuführen

In den Fig. 1 - 7 ist ein Schneckenantriebssystem 10 gezeigt, das ein Schneckenrad 12 und zwei Schnecken 14, 16 vom Umhüllungstypus umfaßt. Das Schneckenrad 12 ist an einer Drehwelle 17 derart befestigt, daß das Schneckenrad 12 sich gemeinschaftlich mit der Welle 17 um eine Mittenlängsachse 18 der Welle 17 dreht.
Die Schnecke 14 ist an einer Drehwelle 19 derart befestigt, daß sich die Schnecke 14 gemeinschaftlich mit der Welle 19 um eine Mittenlängsachse 20 der Welle 19 dreht. Die Schnecke 16 ist an einer Drehwelle 21 derart befestigt, daß sich die Schnecke 16 gemeinschaftlich mit der Welle 21 um eine Mittenlängsachse 22 der Welle 21 dreht. Die Schneckenradwelle 17 und die Schneckenwellen 19, 21 sind derart angeordnet, daß die Kraftübertragung von der Schneckenradwelle 17 zu den Schneckenwellen 19, 21 bei einer 90º-Drehung stattfindet.
Das Wellenrad 12 weist eine Außenumfangsfläche 23 auf, die mit einer Ringkerbe 24 versehen ist, die derart bemessen und geformt ist, daß für die Schnecken 14, 16 ein Freiraum verbleibt. Die Kerbe 24 bildet zwei ebene, winkelig gegenüberliegende Oberflächen 26, 28.
Die Oberfläche 26 umfaßt eine Anzahl von Bohrungen 30, von denen jede lotrecht zu der Oberfläche 26 verläuft und einen Abschnitt 32 großen Durchmessers und einen Abschnitt 34 kleinen Durchmessers umfaßt. Der Abschnitt 32 großen Durchmessers nimmt eine Walzenstiftanordnung 36 auf, die einen Walzenstift 38, ein Drucklager 40, ein Paar radialer Nadellager 42, 44 und einen Rückhaltering 46 umfaßt. Die radialen Nadellager 42, 44 sind druckeingepaßt oder anderweitig eingesetzt in den Abschnitt 32 großen Durchmessers der Bohrung 30, im Walzeneingriff mit dem Walzenstift 38. Die radialen Nadellager 42, 44 wirken mit dem Drucklager 40 zusammen, um es dem Walzenstift 38 zu erlauben, sich in dem Abschnitt 32 großen Durchmessers der Bohrung 30 um eine Drehachse 47 zu drehen. Der Rückhaltering 46, der in einer (nicht dargestellten) ringförmigen Nut in dem Walzenstift 38 aufgenommen ist, steht in Eingriff mit dem radialen Nadellager 44, um den Walzenstift 38 in dem Abschnitt 32 großen Durchmessers der Bohrung 30 zu halten. Selbstverständlich können andere Techniken eingesetzt werden, um den Walzenstift 38 in dem Abschnitt 32 großen Durchmessers der Bohrung 30 zu halten. Der Walzenstift 38 weist einen Kopf 48 auf, der eine Evolventen- Zahnform aufweist. Eine Scheibenfeder 50 vorbestimmter Druckkraft ist zwischen dem Drucklager 40 und dem Walzenstift 38 angeordnet. Der Abschnitt 34 kleinen Durchmessers der Bohrung 30 ist so vorgesehen, daß die Walzenstiftanordnung 36 aus dem Abschnitt 32 großen Durchmessers der Bohrung 30 herausgestoßen werden kann, durch Einsetzen eines geeigneten Werkzeugs durch den Abschnitt 34 kleinen Durchmessers.
Die Oberfläche 28 umfaßt eine Anzahl von Bohrungen 52, von denen jede lotrecht zu der Oberfläche 28 verläuft und einen Abschnitt 54 großen Durchmessers und einen Abschnitt 56 kleinen Durchmessers umfaßt. Der Abschnitt 54 großen Durchmessers nimmt eine Walzenstiftanordnung 58 auf, umfassend einen Walzenstift 60, ein Drucklager 62, ein Paar radialer Nadellager 64, 66 und einen Rückhaltering 68. Die radialen Nadellager 64, 66 sind preßeingepaßt oder anderweitig eingesetzt in den Abschnitt 54 großen Durchmessers der Bohrung 52 im Walzeneingriff mit dem Walzenstift 60. Die radialen Nadellager 64, 66 wirken mit dem Drucklager 62 zusammen, um es dem Walzenstift 60 zu erlauben, sich in dem Abschnitt 54 großen Durchmessers der Bohrung 52 um eine Drehachse 69 frei zu drehen. Der Rückhaltering 68, der in einer (nicht dargestellten) ringförmigen Nut in dem Walzenstift 60 aufgenommen ist, steht im Eingriff mit dem radialen Nadellager 66, um den Walzenstift 60 in dem Abschnitt 54 großen Durchmessers der Bohrung 52 zu halten. Selbstverständlich können andere Techniken eingesetzt werden, um den Walzenstift 60 in der Bohrung 52 zu halten. Der Walzenstift 60 weist einen Kopf 70 auf, der eine Evolventen-Zahnform aufweist. Eine Scheibenfeder 72 vorbestimmter Druckkraft ist zwischen dem Drucklager 62 und dem Walzenstift 60 angeordnet. Der Abschnitt 56 kleinen Durchmessers der Bohrung 52 ist so vorgesehen, daß die Walzenstiftanordnung 58 aus dem Abschnitt 54 großen Durchmessers der Bohrung 52 herausgestoßen werden kann, durch Einsetzen eines geeigneten Werkzeugs durch den Abschnitt 56 kleinen Durchmessers.
Die Walzenstifte 38, 60 sind unter einem Winkel (α) von 30 relativ zu einer Ebene (P) angeordnet, die senkrecht zu der Achse 18 der Welle 17 verläuft. Der Winkel (α) ist so ausgewählt, daß für eine Montage der Walzenstiftanordnungen 36, 58 ein reichlicher Raum verbleibt, während ein geeigneter Eingriff der Walzenstifte 38, 60 mit den Schnecken 14, 16 zugelassen ist. Es versteht sich, daß der Winkel (α) in Abhängigkeit von der Abmessung und/oder Anzahl der Walzenstiftanordnungen 36, 58 verändert werden kann. Die Walzenstiftanordnungen 36, 58 sind ferner derart angeordnet, daß die Achsen 47, 69 der Walzenstifte 38, 60 die Achsen 20, 22 der Schnecken 14, 16 lediglich an Punkten durchsetzen, die zwischen den Schnecken l4, 16 liegen. Dadurch folgen die Walzenstifte 38, 60 Pfaden, die relativ zu den Achsen 20, 22 der Schnecken 14, 16 parabolisch verlaufen. Darüber hinaus sind dieWalzenstifte 38 in Beziehung zu den Walzenstiften 60 versetzt angeordnet, d. h., daß jeder der Walzenstifte 38 zwischen einem benachbarten Paar von Walzenstiften 60 angeordnet ist (siehe Fig. 1 und 7). Die Anordnung der Walzenstifte 38 relativ zu den Walzenstiften 16 ist bestimmt durch den Steigungswinkel der Schnecken 14, 16.
Die Schnecke 14 weist eine Stundenglasgestalt auf. Mehr im einzelnen umfaßt die Schnecke 14 zwei zylindrische, einander gegenüberliegende Enden 74, 76 und einen parabolischen Mittenabschnitt 78. Darüber hinaus umfaßt die Schnecke 14 zwei Uhrenglasschraubengewinde T¹, T² derselben Hand bzw. Steigung. Das Schneckengewinde T¹ weist ein Paar von Schneckengewindeoberflächen 80, 81 auf, die um die Schnecke 14 herum, entlang eines schraubenförmigen Pfads verlaufen, der an den Pfad angepaßt ist, der durch jeden der Walzenstifte 38 erzeugt wird, wenn das Schneckenrad 12 und die Schnecke 14 gleichzeitig drehangetrieben werden. Das Schneckengewinde T² weist ein Paar Gewindeoberflächen 82, 83 auf, die um die Schnecke 14 herum, entlang eines schraubenförmigen Pfads verlaufen, der an den Pfad angepaßt ist, der durch jeden der Walzenstifte 60 erzeugt wird, wenn das Schnekkenrad 12 und die Schnecke 14 gleichzeitig drehangetrieben werden. Aufgrund der Stundenglasgestalt der Schnecke 14 befinden sich wenigstens zwei der Walzenstifte 38 stets in Eingriff mit dem Schneckengewinde T¹, während wenigstens zwei der Walzenstifte 60 sich gleichzeitig in Eingriff mit dem Schneckengewinde T² befinden. Beide Schneckengewinde T¹, T² weisen eine Teilung von 12:1 auf, wodurch das Schneckenrad 12 während jeweils zwölf Umdrehungen des Schneckenrads 14 sich jeweils einmal dreht. Die Schnecke 14 kann hergestellt werden in Übereinstimmung mit einem einzigartigen Verfahren und einer dementsprechenden Vorrichtung, das bzw. die beschrieben und dargestellt sind in der WO-A-85/04127, die gleichzeitig mit vorliegender Anmeldung eingereicht worden ist, welche gleichzeitig anhängige Anmeldung durch den Berechtigten der vorliegenden Anmeldung geeignet und betitelt ist mit "APPARATUS AND METHOD FOR MACHINING AN ENVELOPING-TYPE WORM SCREW".
Die Schnecke 16 weist eine Stundenglasgestalt auf. Mehr im einzelnen umfaßt die Schnecke 16 zwei zylindrische, einander gegenüberliegende Enden 84, 86 und einen parabolischen Mittenabschnitt 88. Darüber hinaus umfaßt die Schnecke 16 vier Stundenglas-Schneckengewinde T&sub2;, T&sub2;, T&sub3;, T&sub4;, welche dieselbe Hand bzw. Steigung aufweisen, die jedoch entgegengesetzt verläuft zu derjenigen der Schneckengewinde T¹, T² der Schnecke 14. Das Schnekkengewinde T&sub1; weist ein Paar von Schneckengewindeoberflächen 89, 90 auf, die um die Schnecke 16 entlang eines schraubenförmigen Pfads herum verlaufen, der angepaßt ist an den Pfad, der durch jeden der Walzenstifte 38 erzeugt wird, wenn das Schneckenrad 12 und die Schnecke 16 gleichzeitig drehangetrieben werden. Das Schneckengewinde T&sub2; weist ein Paar von Schneckengewindeoberflächen 91, 92 auf, die um die Schnecke 16 herum entlang eines schraubenförmigen Pfads verlaufen, der an den Pfad angepaßt ist, der durch jeden der Walzenstifte 60 erzeugt wird, wenn das Schneckenrad 12 und die Schnecke 16 gleichzeitig drehangetrieben werden. Das Schneckengewinde T&sub3; weist ein Paar von Schneckengewindeoberflächen 93, 94 auf, die um die Schnecke 16 herum entlang eines schraubenförmigen Pfads verlaufen, der an den Pfad angepaßt ist, der durch jeden der Walzenstifte 38 erzeugt wird, wenn das Schneckenrad 12 und die Schnecke 16 gleichzeitig drehangetrieben werden. Das Schneckengewinde T&sub4; weist ein Paar von Schneckengewindeoberflächen 95, 96 auf, die um die Schnecke 16 herum entlang eines schraubenförmigen Pfads verlaufen, der übereinstimmt mit dem Pfad, der durch jeden der Walzenstifte 60 erzeugt wird, wenn das Schneckenrad 12 und die Schnecke 16 gleichzeitig drehangetrieben werden. Aufgrund der Stundenglasgestalt der Schnecke 16 befindet sich wenigstens einer der Walzenstifte 38 in Eingriff mit dem Schneckengewinde T&sub1;, während der andere der Walzenstifte 38 sich gleichzeitig in Eingriff mit dem Schneckengewinde T&sub3; befindet. In ähnlicher Weise befindet sich zumindest einer der Walzenstifte 60 in Eingriff mit dem Schnekkengewinde T&sub2;, während wenigstens ein anderer der Walzenstifte 60 sich gleichzeitig in Eingriff befindet mit dem Schneckengewinde T&sub4;. Dadurch befinden sich wenigstens vier der Walzenstifte 38, 60 gleichzeitig in Eingriff mit der Schnecke 16, zu jedem Zeitpunkt. Die Schneckengewinde T&sub1;, T&sub2;, T&sub3;, T&sub4; weisen eine Teilung von 6:1 auf, wodurch das Schneckenrad 12 sich einmal während jeweils sechs Umdrehungen der Schnecke 16 dreht. Da die Schneckengewinde T&sub1;, T&sub2;, T&sub3;, T&sub4; der Schnecke 16 eine andere Hand oder Steigung aufweisen als die Schneckengewinde T¹, T² der Schnecke 14, drehen sich die Schneckenwellen 19, 21 in derselben Winkelrichtung. Durch Einstellen der Schneckengewinde T&sub1;, T&sub2;, T&sub3;, T&sub4; und der Schneckengewinde T¹, T² auf dieselbe Hand bzw. dieselbe Steigung, können die Schneckenwellen 19, 21 dazu veranlaßt werden, sich in eine entgegengesetzte Richtung zu drehen. Ebenso wie die Schnecke 14, kann die Schnecke 16 in Übereinstimmung mit dem einzigartigen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung hergestellt werden, das bzw. die in der oben genannten, gleichzeitig anhängenden Patentanmeldung beschrieben und dargestellt ist bzw. sind.
Das Schneckenantriebssystem 10 eignet sich für viele einzigartige Anwendungen. Beispielsweise kann es als ein Drehzahlerhöhungsmittel und/oder -erniedrigungsmittel verwendet werden.
Bei Verwendung als Drehzahlerhöhungsmittel würden die Schneckenwellen 17 als eine Eingangswelle und die Schneckenwellen 19, 21 als Ausgangs- bzw. Abtriebswellen verwendet werden. Auf der Grundlage der Schnecken, welche die vorstehend spezifizierten Verhältnisse aufweisen, wäre die Drehzahl des Schneckenschafts 19 zwölfmal so groß wie die Drehzahl der Schneckenradwelle 17, während die Drehzahl der Schneckenwelle 21 sechsmal so groß wäre wie die Drehzahl der Schneckenwelle 17.
Bei Verwendung als Drehzahlherabsetzungsmittel würde die Schneckenwelle 19 als eine Eingangswelle verwendet, während die Schneckenwelle 17 und die Schneckenwelle 21 als Ausgangs- bzw. Abtriebswellen verwendet werden würden. Wenn die Schnecken 14, 16 die vorstehend spezifizierten Verhältnisse aufweisen, wäre die Drehzahl der Schneckenwelle 17 zwölfmal kleiner als die Drehzahl der Schneckenwelle 19, während die Drehzahl der Schneckenwelle 21 zweimal kleiner wäre als die Drehzahl der Schneckenwelle 19.
Bei Verwendung als Drehzahlerhöhungsmittel und -verminderungsmittel, würde die Schneckenwelle 21 als eine Eingangswelle verwendet, während die Schneckenwelle 17 und die Schneckenwelle 19 als Ausgangs- bzw. Abtriebswellen verwendet werden würden. Wenn die Schnecken 14, 16 die vorstehend spezifizierten Verhältnisse aufweisen, wäre die Drehzahl der Schneckenwelle 17 zwölfmal kleiner als die Drehzahl der Schneckenwelle 21, während die Drehzahl der Schneckenwelle 19 doppelt so groß wäre wie die Drehzahl der Schneckenwelle 21.
Bei dem bevorzugten Betrieb des Schneckenantriebssystems 10 wird die gesamte Drehmomentenlast gleichmäßig zwischen den Walzenstiften 38, 60 verteilt, die sich in Eingriff mit den Schnecken 14, 16 befinden. Die resultierende Kraft, die auf jeden der derart sich in Eingriff befindenden Walzenstifte angelegt wird, weist eine radiale Komponente sowie eine axiale oder Druckkomponente auf. Um die axiale oder Drucklast gleichmäßig auf sämtliche der sich im Eingriff befindlichen Walzenstifte zu verteilen, sollten die Walzenstifte 38, 60 von einem theoretischen Standpunkt her, nach außen von dem Schneckenrad 12 um dieselbe Strecke vorstehen. Es ist jedoch schwierig, das Schneckenantriebssystem 10 derart herzustellen, daß sämtliche der Walzenstifte 38, 60 von dem Schneckenrad 12 um dieselbe Strecke nach außen vorstehen. Die Scheibenfedern 50, 72, welche durch die Walzenstiftanordnungen 36, 58 verwendet werden, sind dazu ausgelegt, sicherzustellen, daß die axiale oder Drucklast gleichmäßig verteilt wird zwischen sämtlichen der sich im Eingriff befindlichen Walzenstifte, selbst dann, wenn einer oder mehrere der Walzenstifte 38, 60 von dem Schneckenrad 12 stärker vorstehen als die anderen Walzenstifte.
Beispielsweise soll angenommen werden, daß die gesamte Drehmomentenlast auf das Schneckenantriebssystem 10 924"-Pfunde (105 Nm) beträgt, und daß insgesamt sechs Walzenstifte sich im Eingriff befinden, was in einer radialen Last auf jeden der sich im Eingriff befindlichen Walzenstifte von 154"-Pfunden (17,4 Nm) resultiert und einer axialen oder Drucklast von 9"-Pfunden (1 Nm) auf jeden der sich im Eingriff befindlichen Walzenstifte. Indem die Scheibenfedern 50, 72 derart ausgelegt werden, daß jede eine Druckkraft von 9"-Pfunden (1 Nm) aufweist, wenn, aus welchem Grund auch immer, die axiale oder Drucklast auf jeden der sich im Eingriff befindlichen Walzenstifte 9"-Pfunde (1 Nm) übersteigt, wird die Scheibenfeder, die mit jedem derartigen Walzenstift zusammenwirkt, automatisch entspannt, bis die axiale oder Drucklast gleichmäßig auf sämtliche der sich im Eingriff befindlichen Walzenstifte verteilt ist. Zusätzlich zum Ausführen einer derartigen Lastverteilungsfunktion, lassen die Scheiben 50, 72 eine praktische Herstellungstoleranz zu und sorgen darüber hinaus für eine Stoßabsorption.
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform des Schneckenantriebssystems der Fig. 1 - 7 ist in den Fig. 8 - 12 dargestellt. Die unterschiedlichen Elemente, die in den Fig. 8 - 12 dargestellt sind, und den Elementen entsprechen, die vorstehend mit Bezug auf die Fig. 1 - 7 beschrieben worden sind, sind mit denselben, um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen. Die Ausführungsform der Fig. 8 - 12 arbeitet in derselben Weise wie die Ausführungsform der Fig. 1 - 7, sofern keine gegenteilige Aussage getroffen wird.
Wie in den Fig. 8 - 12 gezeigt, umfaßt ein Schneckenantriebssystem 110 ein Schneckenrad 112, das ein erstes Segment 111 und ein zweites Segment 113 aufweist. Das erste Segment 111 trägt Walzenstiftanordnungen 136, von denen jede einen Walzenstift 138 umfaßt. Das zweite Segment 113 trägt Walzenstiftanordnungen 158, von denen jede einen Walzenstift 160 umfaßt.
Das erste Segment 111 ist durch einen Keil 115 fest an eine Welle 117 zur gemeinsamen Drehung mit dieser angeschlossen. Eine Innenfläche 123 des ersten Segments 111 ist mit einem Ansatz 125 versehen. Das zweite Segment 113 ist drehbar auf der Welle 117 angebracht und weist eine Innenfläche 127 auf, die mit einem gekrümmten Schlitz 129 versehen ist, der derart bemessen und geformt ist, daß er den Vorsprung 125 derart aufzunehmen vermag, daß der Vorsprung 125 benachbart zu einem Ende 131 des Schlitzes 129 zu liegen kommt. Eine Schraubenfeder 133 oder eine ähnliche Vorrichtung ist in dem Schlitz 129 zwischen einem gegenüberliegenden Ende 135 des Schlitzes 129 und dem Vorsprung 125 angeordnet. Die Schraubenfeder 133 drängt den Vorsprung 125 konstant gegen das Ende 131 des Schlitzes 129, wodurch das erste Segment 111 dazu gezwungen wird, in einer Winkelrichtung sich um die Welle 117 zu drehen, und das zweite Segment 113 wird dazu gezwungen, sich in einer entgegengesetzten Winkelrichtung um die Welle 117 zu drehen. Dadurch drängt die Schraubenfeder 133 die Walzenstifte 138, die durch das erste Segment 111 getragen sind, gegen eine Führungsoberfläche ihres zugeordneten Schneckengewindes auf einer Schnecke 137 und drängt gleichzeitig die Walzenstifte 160, die durch das zweite Segment 113 getragen sind, gegen eine Führungsoberfläche ihres zugeordneten Schneckengewindes auf der Schnecke 137, wodurch die gesamte Drehmomentenlast durch die Walzenstifte 160 des zweiten Segments 113 getragen wird (siehe Fig. 11). Da die sich im Eingriff befindlichen Walzenstifte 138 des ersten Segments 111 gegen die Führungsoberfläche ihres zugehörigen Schneckengewindes und die sich im Eingriff befindlichen Walzenstifte 160 auf dem zweiten Segment 113 gegen die Führungsoberfläche ihres zugeordneten Schneckengewindes gedrängt werden, wird jedes Drehspiel zwischen dem Schnekkenrad 112 und der Schnecke 137 ausgeschaltet, wodurch sichergestellt wird, daß die Drehung der Schneckenradwelle 117 in der zugehörigen Drehung der Schnecke 137 resultiert und umgekehrt.
Solange die gesamte Drehmomentenlast geringer ist als die Druckkraft der Schraubenfeder 133, fahren die sich im Eingriff befindlichen Walzen des zweiten Segments 113 fort, die gesamte Drehmomentenlast zu tragen bzw. aufzunehmen. Sobald die Drehmomentenlast den Druck der Schraubenfeder 133 übertrifft, wird die Schraubenf eder 133 zusammengedrückt, um es den sich in Eingriff befindlichen Walzenstiften 138 des ersten Segments 111 zu erlauben, die Führungsoberfläche ihres zugeordneten Schneckengewindes zu kontaktieren, wodurch die gesamte Drehmomentenlast gleichmäßig aufgeteilt wird zwischen den sich in Eingriff befindlichen Walzenstiften 138 des ersten Segments 111 und den sich in Eingriff befindlichen Walzenstiften 160 des zweiten Segments 113 (siehe Fig. 12). Durch Auslegen der Schraubenfeder 133 derart, daß ihr Druck so groß ist, wie die Hälfte der gesamten Drehmomentenlast, würden die sich in Eingriff befindlichen Walzenstifte 160 des zweiten Segments 113 niemals mehr als die Hälfte der gesamten Drehmomentenlast tragen.

Industrielle Anwendbarkeit

Die vorliegende Erfindung läßt sich nutzbringend in der Maschinenindustrie für Kraftübertragungszwecke einsetzen.

Claims

1. Schneckenantriebssystem mit einem Schneckenrad (12) und einer Schnecke (14), die um eine Radachse (18) und eine Schneckenachse (20, 21) jeweils drehbar ist, wobei das Rad erste (38) und zweite (60) Sätze von Walzen umfaßt, die auf dem Rad zur Drehung um entsprechende Walzenachsen (47, 69) angebracht sind, wobei die Achsen der Walzen des ersten Satzes auf einem ersten kreisförmigen Konus (18, α) liegen, der mit der Schneckenradachse ausgerichtet ist sowie tangential zu der Schneckenachse (20, 22), und wobei die Achsen der Walzen des zweiten Satzes auf einem zweiten kreisförmigen Konus (18, α) liegen, der symmetrisch zu dem ersten Konus relativ zu einer Mittenachse (P) verläuft, die senkrecht zu der Schnekkenradachse (18) verläuft, wobei die Schnecke eine erste Schneckenrille (T1) und eine zweite Schneckenrille (T2) aufweist, wobei durch Drehung des Rades und der Schnecke zumindest einige der Walzen des ersten Satzes mit der ersten Rille kämmen, nicht jedoch mit der zweiten Rille, und wobei zumindest einige der Walzen des zweiten Satzes mit der zweiten Rille, nicht jedoch mit der ersten Rille kämmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (38, 60) einen Kopf (48, 70) aufweisen, der eine Evolventen-Zahnform aufweist, und daß die ersten und zweiten Rillen jeweilige Flanken (82, 83) aufweisen, deren Flächen durch die Wege der Profile der Walzen der ersten und zweiten Sätze erzeugt werden, wenn das Rad und die Schnecke unter einem konstanten Drehzahlverhältnis gedreht werden.

2. Schneckenantriebssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen auf dem Rad durch Befestigungseinrichtungen angebracht sind, die Antireibungslager (42, 44, 64, 66) umfassen, die den Walzen zugeordnet sind, wobei die Lager (42, 44) den Walzen (38) des ersten Satzes zugeordnet sind, der auf der einen Seite der Mittenebene (P) angeordnet ist, wobei die Lager (64, 66) den Walzen (60) des zweiten Satzes zugeordnet sind, der auf der gegenüberliegenden Seite der Mittenebene (P) angeordnet ist.

3. Schneckenantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Schneckenrad (12) keine anderen im Eingriff mit der Schnecke stehenden Walzen angeordnet sind als die ersten und zweiten Sätze der Walzen.

4. Schneckenantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (38) des ersten Walzensatzes mit Bezug auf die Walzen (60) des zweiten Walzensatzes versetzt angeordnet sind.

5. Schneckenantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen auf dem Rad durch ein Befestigungsmittel angebracht sind, das dazu ausgelegt ist, eine Bewegung der Walzen entlang ihrer Walzenachsen relativ zu dem Schneckenrad zwischen einer voll ausgefahrenen Stellung und einer zurückgezogenen Stellung zuzulassen, wobei das Befestigungsmittel Drängmittel (32, 54) zum Drängen jeder der Walzen in seine voll ausgefahrene Stellung durch Ausüben einer vorbestimmten Kraft in der Richtung entlang seiner Walzenachse entsprechend einem vorbestimmten Prozentsatz der Gesamtbelastung des Schneckenrads umfaßt, so daß jede Walze, die eine Last trägt, welche den vorbestimmten Prozentsatz der Gesamtlast auf das Schnekkenrad übertrifft, selbsttätig aus seiner voll ausgefahrenen Stellung in seine zurückgezogene Stellung ausweicht.

6. Schneckenantriebssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drängmittel eine Mehrzahl Scheibenfedern (32, 54), eine für jede der Walzen, umfassen.

7. Schneckenantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schnecke (16) vorgesehen ist, die eine erste Schneckenrille (T¹) aufweist, die im abgestimmten Eingriff mit dem ersten Satz von Walzen (38) auf dem Schneckenrad steht, sowie eine zweite Schneckenrille (T²), die in abgestimmtem Eingriff mit dem zweiten Satz von Walzen (60) auf dem Schneckenrad steht, wobei die zweite Schneckenrille der zweiten Schnecke getrennt und unterschiedlich zu der ersten Schneckenrille der zweiten Schnecke ausgebildet ist.

8. Schneckenantriebssystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Schneckenrillen der zweiten Schnecke (16) jeweilige Flanken aufweisen, die abgestimmt sind auf und übereinstimmend jeweils mit den Wegen der Profile der Walzen der ersten und zweiten Sätze, wenn das Rad und die Schnecke unter konstantem Drehzahlverhältnis angetrieben werden.

9. Schneckenantriebssystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Schneckengewinde (T¹, T²) der ersten Schnecke (14) dieselbe Hand oder Steigung aufweisen, und daß die ersten und zweiten Schneckenrillen (T¹, T²) der zweiten Schnecke (16) eine Steigung oder Hand entgegengesetzt zu derjenigen der ersten und zweiten Schneckenrille der ersten Schnecke aufweisen, wobei die erste Schneckenrille und die zweite Schneckenrille an gegenüberliegenden Seiten der Schneckenraddrehachsen (18) angeordnet sind, wodurch die ersten und zweiten Schneckenrillen bei Drehung des Schneckenrades in dieselbe Winkelrichtung drehen.

10. Schneckenantriebssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (12) keine anderen in Eingriff mit den Schnecken stehende Walzen aufweist als die ersten und zweiten Sätze der Walzen.

11. Schneckenantriebssystem nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad (12) und die erste Schnecke (14) zwischen sich einen ersten vorbestimmten Abstand und das Schneckenrad (12) und die zweite Schnecke zwischen sich einen zweiten vorbestimmten Abstand aufweisen, wobei der zweite vorbestimmte Abstand sich von dem ersten vorbestimmten Abstand unterscheidet, wodurch das Schneckenantriebssystem als Drehzahlerhöher und/oder Drehzahlherabsetzer verwendbar ist.

12. Schneckenantriebssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Schneckenrad ein erstes Segment (111) umfaßt, das den ersten Satz von Walzen (138) trägt sowie ein zweites Segment (113), das den zweiten Satz von Walzen (160) trägt, wobei die Segmente relativ zueinander um die Schneckenradachse drehbar sind, wobei das System außerdem Drehvorspanneinrichtungen (133) zum Vorspannen der Segmente in entgegengesetzte Winkelrichtungen relativ zueinander um die Schneckenradachse umfassen, wodurch die Walzen des ersten Satzes von Walzen konstant gegen eine Flanke einer Seite der ersten Schneckenrille der ersten Schnecke und die Walzen des zweiten Satzes von Walzen konstant gegen eine Flanke an einer gegenüberliegenden Seite der zweiten Schneckenrille der ersten Schnecke gedrängt werden, wodurch das Spiel bzw. der Totgang zwischen dem Schneckenrad und der ersten Schnecke eliminiert wird.

13. Schneckenantriebssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dar die Drehvorspanneinrichtung eine Feder (133) umfaßt, die zwischen den Segmenten angeschlossen ist.