DE3720275A1 - Schneckentrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Schneckentrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei den bekannten Schneckentrieben dieser Art sind die Getriebewelle mit einem Gewinde und das Getrieberad mit einer in dem Gewinde kämmenden Verzahnung versehen. Der wesentliche Nachteil der bekannten Schnecken­ triebe besteht darin, daß die Kraftübertragung zwischen der Getriebewelle und dem Getrieberad unter Gleitreibung zwischen den Gewinde und der Ver­ zahnung erfolgt, was erhebliche Reibungsverluste verursacht. Der Wirkungs­ grad der bekannten Schneckentriebe beträgt daher auch lediglich maximal 60%. Die sich im Gefolge der hohen Reibungsverluste weiterhin ergebenden Nachteile bestehen darin, daß die Getriebe einerseits nur als geschmierte und darüberhinaus andererseits als langsamlaufende Getriebe mit einer Drehzahl der Welle bis zu maximal 300 U/Min eingesetzt werden können, wobei die Kraftübertragung nur in eine Richtung, nämlich von der Getrie­ bewelle auf das Getrieberad möglich ist. Ein umgekehrter Betrieb, d.h. der Einsatz des Getreiberades als Krafteingang und der Getriebewelle als Kraftausgang ist nicht möglich. Darüberhinaus bewirkt die große Reibung ungeachtet der Schmierung einen großen Verschleiß der Verzahnung bezw. der Gewindeflanken und damit das Entstehen von Drehspiel innerhalb verhältnis­ mäßig kurzer Zeit, das nicht ausgeglichen werden kann und damit einerseits eine relativ kurze Standzeit bedingt und die Schneckentriebe für den Ein­ satz in Steuerungen unbrauchbar macht.

Es sind weiterhin Spindeltriebe aus einer Gewindespindel und einer die Gewindespindel umfassenden Stellbüchse bekannt, mit deren Hilfe eine Linearverstellung von Maschinenelemente, möglich ist und bei denen die Kraftübertragung zwischen der Spindel und der Büchse mittels jeweils hälf­ tig in der Spindel bezw. der Büchse geführter Kugeln erfolgt, wobei der geschlossene Kugelumlauf zwischen dem Kugelauslauf und dem Kugeleinlauf über einen in der Büchse ausgebildeten Rücklaufkanal gebildet ist. Diese bekannte Einrichtung ist lediglich zum Einsatz als Spindeltrieb für linare Verstellungen, d.h. für solche Kraftübertragungen geeignet, bei denen eine drehende Bewegung der mit einem durchgehenden Gewinde versehenen Gewinde­ spindel in eine lineare Bewegung - der Büchse und damit gegebenenfalls eines weiteren Stellelementes - umgewandelt werden soll. Sie ermöglicht nicht die Übertragung einer Drehbewegung in eine andere - über- oder untersetzte - Drehbewegung.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Schneckentrie­ bes mit dessen Hilfe im Vergleich zu den bekannten Schneckentrieben bei wesentlich verbessertem Wirkungsgrad eine Über- bezw. Untersetzung von Drehkräften möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Schneckentriebes erfolgt die Kraftübertragung zwischen der Getriebewelle und dem Getrieberad (durch Kugeln) unter rollender Reibung und damit unter wesentlich verringerten Reibungsverlusten, so daß mit den erfindungsgemäßen Getrieben Wirkungs­ grade von über 90% erreicht werden, aufgrund dessen sowohl eine Über­ setzung als auch eine Untersetzung von Drehkräften mit im Vergleich zu den bekannten Schneckentrieben wesentlich verbessertem Wirkungsgrad möglich ist. Die erfindungsgemäßen Getriebe können infolge ihrer geringen Rei­ bungsverluste und der bei entsprechender Auslegung geringen Selbsthemmung als ungeschmierte schnell-laufende Getriebe eingesetzt werden, wobei eine Kraftübertragung in beiden Richtungen möglich ist. Ein weiterer wesentli­ cher Vorteil ist auch darin zu sehen, daß die Getriebe als Regelgetriebe eingesetzt werden können, wobei die im Dauerbetrieb unvermeidbaren Ausar­ beitungen der Kugellaufbahnen durch einfachen Austausch der Kugeln gegen einen Kugelsatz mit entsprechend der eingetretenen Ausarbeitung größerem Durchmesser ausgeglichen werden können. Aufgrund der Führung der Kugeln in langlochförmigen Einzelaufnahmen werden einerseits die aus der Geometrie des Schneckentriebes resultierenden, auf die Kugeln wirkenden Druck- und Scherkräfte vermieden. Ebenso bedarf es nicht der bei den bekannten Anord­ nungen üblichen Kugelumführung, wodurch der Schneckentrieb konstruktiv und funktionell wesentlich vereinfacht ist.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile ergeben sich aus der nachste­ henden Beschreibung, in der die Erfindung anhand der beiliegenden Zeich­ nung beispielsweise erläutert ist. Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Schneckentrieb

Fig. 2 einen Schnitt nach X-X durch Fig. 1

Der in der Zeichnung wiedergegebene Schneckentrieb besteht aus einer als Ganzes mit 1 bezeichneten Getriebewelle sowie einem mit der Getriebe­ welle in formschlüssigem Eingriff stehenden Getrieberad 3. Das Getrieberad 3 ist auf seinem Umfang mit einer umlaufenden Kehlung 4 versehen, in der rundumlaufend parallele schräge Kugelführungsnuten 5 angeordnet sind. Die in die Umfangskehlung des Getrieberades 3 eingreifende Getriebewelle 1 weist eine dem Krümmungsradius des Getrieberades 3 entsprechende Umfangs­ kehlung 6 auf, in der die Kugeln 8 in einer - der gedachten Kugellauflinie entsprechenden - schneckenförmigen Linie um die Umfangskehlung herum ein­ zeln in Kugelaufnahmen 10, 11 gehalten sind. Hierbei besitzt die in der radialen Mttelebene X-X der Umfangskehlung 6 der Getriebewelle 1 gele­ gene Kugelaufnahme 10 eine der Kugelform entsprechende kreisrunde Form, während die von der Mittelebene X-X nach außen versetzt gelegenen Kugel­ aufnahmen 11 die Form eines Langloches besitzen, das eine Winkellage zu der schneckenförmigen Linie angeordnet ist. Die langlochförmigen Kugelauf­ nahmen 11 können zentriert auf der berechneten schneckenförmigen Kugel- Lauflinie liegen, sie sind jedoch vorteilhaft derart in die Getriebewelle eingebracht, daß sie mit ihrer auf der Seite der Mittelebene X-X gelege­ nen Hälfte in der berechneten schneckenförmigen Lauflinie und mit der von der Mittelebene abgewendeten Hälfte außerhälb der berechneten schnecken­ förmigen Lauflinie liegen. Auf diese Weise vermögen die Kugeln auf ihrem Führungsweg in den Umfangsnuten des Getrieberades 3 der aufgrund der kon­ struktiven Gegebenheiten - Einzelführung der Kugeln in der Getriebewelle in Verbindung mit der Schräglage der Kugelführungsnuten im Getrieberad einerseits und der zueinander gegensinnigen Wölbung des Getreiberades und der Spindel an ihrer Kontaktfläche - zwangsläufig eintretenden Auslenkung ohne weiteres zu folgen, ohne daß Zwangssituationen oder Verluste bei der Kugelführung und Kraftübertragung auftreten. Die Winkellage der langloch­ förmigen Kugelaufnahmen 11 zur schneckenförmigen Kugellauflinie und ihre Länge kann grundsätzlich beliebig gewählt werden, aus produktionstech­ nischen Gründen besitzen sie jedoch zweckmäßig eine sich senkrecht auf die Mittelebene X-X zu erstreckende Lage, wobei ihre Länge in Abhängigkeit von der eine sich proportional zum Abstand von der Mittelebene X-X ver­ größernden Kugelauslenkung zu bestimmen ist.

Die Getriebewelle ist als Hohlwelle aus Lagerflanschen 15 und einer konvex eingebauchten Hülse 16 ausgebildet, in der die Kugelaufnahmen 10, 11 in Form hinterschnittener Durchbrechungen angeordnet sind, wobei im Inneren der Hülse 16 ein als Widerlagerrollfläche für die Kugeln dienender Hülsenkern 17, 18 angeordnet ist. Diese Ausführungsform ermöglicht eine besonders einfache Herstellung der Getriebewelle insofern, als es ledig­ lich der Anfertigung der - in größerer Dicke herstellbaren Hülse und der Einbringung der Durchbrechungen bedarf bei außerordentlich einfacher Her­ stellbarkeit des Kernes. Es kann die Getriebewelle in einer anderen Aus­ führungsform jedoch auch mit Ausnehmungen einer etwa dem halben Kugel­ durchmesser entsprechenden Tiefe versehen und mit einer der Halterung der Kugeln in der Ausnehmung dienenden Überfanghülse versehen sein.

Die Lagerflansche 15 sind mit einer Ausdrehung 19 zum Aufschieben der Hülse 16 versehen und mittels einer an der Hülsenkante sowie der entspre­ chenden Gegenfläche der Lagerflansche vorgesehenen Stirnverzahnungen 20 miteinander verbunden sind, wobei der Hülsenkern aus zwei in einer Quer­ ebene geteilten, durch Steckverbindung zu einer Einheit verbundenen Teilen 17, 18 besteht, die jeweils mit einem Lagerzapfen 21 versehen und mittels Kugellagern 22 in den Lagerflanschen 15 frei drehbar gelagert sind. Es sind schließlich die Lagerflansche 15, die Hülse 16 sowie der Kern 17, 18 mittels eines unter Vermittlung von Kugellagern 25 auf die Lagerflansche 15 wirkenden Spanngehäuses 26 zu einer Einheit verbunden.

Zur Herstellung der Steckverbindung zwischen den Kernteilen ist das eine Teil 17 mit einer Axialbohrung und das andere Teil 18 mit einem ent­ sprechenden Steckstift 27 versehen.

Claims (10)

1. Schneckentrieb, bestehend aus einer Getriebewelle sowie einem mit der Getriebewelle in formschlüssigem Eingriff stehenden Getrieberad, da­ durch gekennzeichnet, daß das Getrieberad (3) eine Umfangskehlung (4) mit parallel schräg ansteigenden Kugelführungsnuten (5) und die in die Um­ fangskehlung des Getrieberades (3) eingreifende Getriebewelle (1) eine dem Krümmungsradius des Getrieberades (3) entsprechende Umfangskehlung (6) aufweist, in der die Kugeln (8) in einer schneckenförmigen Linie um die Umfangskehlung herum einzeln in Kugelaufnahmen (10, 11) gehalten sind, von denen die in der radialen Mittelebene (X) der Umfangskehlung (6) der Ge­ triebewelle (1) gelegene Kugelaufnahme (10) eine der Kugelform entspre­ chende (kreisrunde) Form besitzt, während die von der Mittelebene (X) nach außen versetzt gelegenen Kugelaufnahmen (11) die Form eines Langloches be­ sitzen, das eine Winkellage zu der schneckenförmigen Linie angeordnet ist.

2. Schneckentrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langlochförmigen Kugelaufnahmen (11) mit ihrer auf der Seite der Mittel­ ebene (X) gelegenen Hälfte in der berechneten schneckenförmigen Lauflinie liegen und mit der von der Mittelebene abgewendeten Hälfte außerhalb der berechneten schneckenförmigen Lauflinie liegen.

3. Schneckentrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die langlochförmigen Kugelaufnahmen (11) eine sich senkrecht auf die Mit­ telebene (X) zu erstreckende Lage besitzen.

4. Schneckentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die langlochförmigen Kugelaufnahmen (11) eine sich pro­ portional zum Abstand von der Mittelebene (X) vergrößernde Auslenklänge besitzen.

5. Schneckentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Getriebewelle als Hohlwelle aus Lagerflanschen (15) und einer konvex eingebauchten Hülse (16) ausgebildet ist, in der die Kugel­ aufnahmen (10, 11) in Form hinterschnittener Durchbrechungen angeordnet sind, wobei im Inneren der Hülse (16) ein als Widerlagerrollfläche für die Kugeln dienender Hülsenkern (17, 18) angeordnet ist.

6. Schneckentrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, deß die Lagerflansche (15) mit einer Ausdrehung (19) zum Aufschieben der Hülse (16) versehen und mittels einer an der Hülsenkante sowie der entsprechen­ den Gegenfläche der Lagerflansche vorgesehenen Stirnverzahnungen (20) mit­ einander verbunden sind.

7. Schneckentrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hülsenkern aus zwei in einer Querebene geteilten, durch Steckverbindung zu einer Einheit verbundenen Teilen (17, 18) besteht, die jeweils mit einem Lagerzapfen (21) versehen und mittels Kugellagern (22) in den Lagerflan­ schen (15) frei drehbar gelagert sind.

8. Schneckentrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lagerflansche (15), die Hülse (16) sowie der Kern (17, 18) mittels eines unter Vermittlung von Kugellagern (25) auf die Lager­ flansche (15) wirkenden Spanngehäuses (26) zu einer Einheit verbunden sind.

9. Schneckentrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung der Steckverbindung das eine der Kernteile (17) mit mindestens einer Axialbohrung und das andere Teil (18) mit entsprechenden Steckstif­ ten (27) versehen sind.

10. Schneckentrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Getriebewelle mit Ausnehmungen einer etwa dem halben Kugeldurchmesser entsprechenden Tiefe versehen und mit einer der Halterung der Kugeln in der Ausnehmung dienenden Überfanghülse versehen ist.