DE3924917A1 - Kugelspindel-mutter-uebertragungsmechanismus - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragung durch einen Mechanismus bestehend aus Kugelspindel und Mutter, mit ein- oder mehrgängigen Gewindeschnecken, die die Drehbewegung in Übertragungsbewegung und umgekehrt umwandelt, ist für die Ver­ stellung einiger beweglicher Maschinenteile vom Schlitten- oder drehbaren Tischtyp mit verschiedenen liniaren oder dreh­ baren Vorschubsgeschwindigkeiten, bestimmt ist.

Es sind Übertragungen durch Mechanismen bestehend aus Kugel­ spindel und Mutter mit ein- oder mehrgängigen Gewindeschnecken bekannt, in denen die Kugeln vom Rollweg zwischen Spindel und Mutter übernommen werden, anschließend auf diesem mit Hilfe einiger im Mutterkörperaußen befestigten Röhre abgelegt sind.

Diese Lösungen haben den Nachteil, daß der Kugelumlauf durch das Mutterkörperaußen erfolgt, was zur Erhöhung der Hauptab­ messung für dieselbe dynamische Leistung beiträgt.

Desgleichen ist eine Übertragung durch Kugelspindel und Mutter mit ein- oder mehrgängigen Gewindeschnecken bekannt, die für den Umlauf auf der Stirnseite der Mutter befestigten Flanschen verwendet, der Umlauf der Kugel erfolgt in den Nuten auf der Stirnfläche dieser, diese ist in Berührung mit der Gewinde­ schnecke der Spindel und mit den Längsbohrungen in der Mutter, die Übernahme der Kugel erfolgt mit Hilfe einiger auf der Stirnseite der Nutenmutter befestigten Keilen. Derartige Lö­ sungen mit Flanschen und Stirnkeilen haben den Nachteil, daß sie nicht geräuscharm sind, andererseits besitzen sie Schwan­ kungen (relativ große) beim Reibungsmoment, was den Wirkungs­ grad der Übertragung negativ beeinflussen.

Zweck der Erfindung ist die Erhöhung des Wirkungsgrades einer Übertragung durch einen Mechanismus bestehend aus Kugelspindel und Mutter mit ein- oder mehrgängigen Gewindeschnecken, in einer Konstruktion mit relativ kleinen Abmessungen für diesel­ be dynamische Leistung.

Das Problem was die Erfindung löst bezieht sich auf die Reali­ sierung einer Übertragung durch einen Mechanismus bestehend aus Kugelspindel und Mutter mit ein- oder mehrgängigen Gewin­ deschnecken, was den Umlauf der Kugel ohne Aussetzungen sichert, so daß in die Mutter eine große Zahl von Kugeln eingeführt werden können.

Vorliegende Erfindung beseitigt die oben erwähnten Nachteile dadurch, daß die Mutter auf beiden Seiten einige Aussparungen besitzt, derer Krümmung ist von einem Radius derartig be­ stimmt, daß die Kugel auf dem Rollweg der Spindel durch eine Nute eines Umlaufteiles eindringt, mit einer Abweichung von der Tangentenrichtung zum Kugelmittenkreis kleiner als 10°, die Kugel verstellen sich in den kreisförmigen Aussparungen auf einer Seite der Mutter, die Aussparungen am geschlossenen Ende sind durch eine Zylinderfläche begrenzt, derer Radius seine Mitte auf einer Achse hat, diese Achse bildet mit der Senkrechtachse einen Winkel von 2-3°, aus den Aussparungen auf einer Seite der Mutter gehen die Kugel durch eine Nute (Längsnute) in den Mutterkörper durch und übergehen in die Aussparungen auf die andere Seite der Mutter, wo mittels eines anderen Umlaufteiles gelangt zum anderen Ende des Rollweges dieses. Die Mutter hat auch einige Zylinderaussparungen, deren Innendurchmesser fast gleich dem Außendurchmesser des Ab­ streifers ist, desgleichen haben sie eine Tiefe, die derartig festgelegt wurde, daß bei der Montage des Abstreifers, dieser die Nut für den Kugelumlauf nicht durchbohren soll, einige Aussparungen deren Durchmesser und Tiefe gleich dem Außen­ durchmesser und beziehungsweise der Abstreiferkassettenbreite sind, als auch einige Aussparungen mit dem gleichen Durchmes­ ser und Dicke mit denen einiger Ösen der Abstreiferkassette. Der Umlaufteil hat eine Form von Kreiskeilen mit einer Wölbung und ist von Zylinderflächen begrenzt, mit dem Profil der Aus­ sparung aus der Mutter zusammengebaut, die Umlaufteilnute be­ sitzt unten ein halbkreisförmiger oder kegeligen Boden und eine Strecke bestehend aus zwei unter ihnen gekoppelten Halb­ toroiden und einen geraden Teil mit derselben Neigung wie des Spindelgewindes. In einem zweiten Realisierungsbeispiel sind die Muttern mit einigen Aussparungen von einer parallelipidi­ schen Form vorgesehen, mit einer Seite in tangentieller Berüh­ rung mit dem Außen der kreisförmigen Aussparung und an den Ecken nach einem Radius gerundet, der Umlaufteil hat eine Wöl­ bung mit einer parallelilepidischer Form, an den Ecken nach einem Radius gerundet, die Abstreiferkassette hat eine elasti­ sche Konstruktion mit Bohrungen, als auch einige Ausschnitte die Haken bilden. In einem dritten Realisierungsbeispiel ist der Umlaufteil aus Plaststoff realisiert und hat den Rollweg aus einem Stahlrohr, das vierte Realisierungsbeispiel, falls eine große Steigung des Gewindes der Spindel im Mutterkörper verwendet wird, ist ein Endteil mit den der Mutter ent­ sprechenden Aussparungen und mit Bohrungen für Zusammenbau mit Schrauben angeordnet.

Weiterhin sind vier Realisierungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit den Abb. 1... 28 gegebene, die folgendes dar­ stellen:

Abb. 1 Querschnitt durch die Übertragung durch einen Mecha­ nismus bestehend aus Kugelspindel und Mutter mit einer einzigen Mutter mit Flansch und zwei Abstrei­ fern;

Abb. 2 Seitensicht nach der Durchbiegung I aus der Abb. 1 mit einem Bruch durch den Klemmstift der Kassette;

Abb. 3 Seitensicht einer Mutter mit Nuten für axiale Ünter­ stützung des Ümlaufteiles und Klemmstifte für radia­ le Unterstützung;

Abb. 4 Ansicht mit Querschnitt und Bruch durch die Mutter mit axialer Unterstützung im Bereich des Klemmstif­ tes;

Abb. 5 Blick auf den Umlaufteil mit radialer Unterstützung durch Stifte aus der Richtung einer Seite auf der der Kugelrollweg erscheint;

Abb. 6 Stirnansicht (Vorderansicht) des Umlaufteiles aus der Abb. 5;

Abb. 7 Ansicht von unten des Umlaufteiles aus der Abb. 6;

Abb. 8 Seitenansicht, links des Umlaufteiles aus der Abb. 6

Abb. 9 Hauptansicht eines Abstreifers;

Abb. 10 Querschnitt laut Ebene II-II durch den Abstreifer aus der Abb. 9;

Abb. 11 Vorderansicht der Abstreiferkassette in einer star­ ren konstruktiven Variante;

Abb. 12 Querschnitt laut Ebene III-III aus der Abb. 11;

Abb. 13 Ansicht mit Teilschnitt durch die Übertragung durch einen Mechanismus bestehend aus Kugelspindel und Mutter mit zwei vorgespannten Muttern mit je einem Abstreifer in jeder Mutter;

Abb. 14 Seitenansicht einer Mutter mit einem Gang des Gewin­ des und Aussparungen für die Einführung der Kassette des Abstreifers, mit dessen Haken der Umlaufteil sich stützt;

Abb. 15 Seitenansicht einer mit Aussparungen vorgesehenen Mutter für die radiale Unterstützung der Umlauf­ teile;

Abb. 16 Ansicht mit Teilschnitt durch eine Mutter mit meh­ reren Gängen der Gewindeschnecke mit dem gelösten Endteil;

Abb. 17 Ansicht des Umlaufteiles mit axialer Unterstützung mit Hilfe einiger Ringe aus der Richtung einer Seite auf der der Kugelrollweg erscheint;

Abb. 18 Vorderansicht des Umlaufteiles aus der Abb. 17;

Abb. 19 Vorderansicht einer Abstreiferkassette vom elasti­ schen Typ;

Abb. 20 Seitenansicht mit dem Schnitt durch die Kassette vom elastischen Typ gemäß Ebene IV-IV aus der Abb. 19;

Abb. 21 Abstreiferkassette vom elastischen Typ, abgewickelt dargestellt;

Abb. 22 Seitenansicht des Umlaufteiles vom Stahlrohrtyp, im Plaststoff eingebaut;

Abb. 23 Vorderansicht des Umlaufteiles aus der Abb. 22;

Abb. 24 Ansicht mit Bruch durch eine Mutter mit Flansch mit einem Gang des Gewindes und Aussparungen für die Einführung der Abstreiferkassette für Ünterstützung der Umlaufteile;

Abb. 25 Seitenansicht, links der Mutter aus der Abb. 16 mit dem gelösten Endteil;

Abb. 26 Seitenansicht, links des Endteiles für Mutter in der konstruktiven Ausführung mit großer Steigung der Gewindeschnecke;

Abb. 27 Ansicht mit Teilschnitt laut Ebene V-V des Endteiles aus der Abb. 26;

Abb. 28 Querschnitt nach der Ebene VI-VI aus der Abb. 26.

Die Übertragung durch einen Mechanismus mit Kugelspindel und Mutter mit ein- oder mehrgängigen Gewindeschnecken, in dem ersten Realisierungsbeispiel besteht aus einer Spindel 1, die durch Drehung eine Mutter 2 antreibt, die einige Aussparungen a hat, auf den beiden Seiten dieser mit einer Form von Zylinderringsegment, derer Drehachse die Stirnebene in einem Punkt b überschneiden. Die Aussparungen a haben eine vom Radi­ us c bestimmten Krümmung derartig festgelegt, daß einige Kugeln 3 auf dem Rollweg der Spindel 1 in eine Nute eines Umlaufteiles 4 mit einer Abweichung von der Richtung der Tangente zum Kugelmittenkreis 3 kleiner als 10° eindringt und mit einer Wölbung d aus dem Mutterkörper soll eine gemessene Dicke in der Richtung einer Achse VII-VII größer als 1,5 mal der Durchmesser einer Kugel 3 bestehen. Für den Bau in der Mutter 2 des Umlaufteiles 4, eines Abstreifers 5 und einer Kassette 6 des Abstreifers 5 sind im Mutterinnern 2 einige Zylinderaussparungen e vorgesehen, deren Innendurchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser des Abstreifers 5 ist und deren Tiefe so festgelegt wurde, daß bei der Montage des Abstrei­ fers 5, dieser die Nute für den Kugelumlauf 3 nicht durchdrin­ gen soll; die Nute ist im Umlaufteil 4 vorgesehen. Die Mutter 2 ist mit einigen Aussparungen f vorgesehen, deren Durchmesser und Tiefe gleich dem Außendurchmesser und beziehungsweise der Kassettenbreite 6 des Abstreifers 5 sind, als auch mit einigen Aussparungen g mit Durchmesser und Dicke, die denselben Wert haben wie die Ösen h einer Kassette 6 des Abstreifers 5.

Für die radiale Unterstützung der zusammengebauten Teile ist die Mutter 2 mit einigen Bohrungen i vorgesehen in denen eini­ ge Stifte 7 eingebaut werden.

Für den Kugelumlauf 5 ist die Mutter 2 mit einigen Bohrungen j vorgesehen, diese werden tangentiell auf einer Außenzylinder­ fläche k der Aussparungen a angeordnet.

Die Aussparung a ist am geschlossenen Ende von einer Zylinder­ fläche begrenzt, derer Radius l die Mitte auf einer Achse m besitzt, die mit der Achse VII-VII einen Winkel von 2-3° bildet.

Die Umlaufteile 4 mit derer Hilfe die Kugel 3 auf den Rollweg gebracht werden, haben die Form einer Kreiskeile, die von Zylinderflächen mit dem Aussparungsprofil aus der Mutter 2 begrenzt sind.

Auf der Außenfläche der Umlaufteile 4 sind einige Nuten n für den Umlauf der Kugel 3 vorgesehen.

Die Nuten n haben unten am Boden ein halbkreisförmiges Profil oder kegeliges o und eine Strecke bestehend aus zwei Halb­ toroiden p und r, unter ihnen gekoppelt, als auch einen geraden Teil e, mit derselben Neigung mit dem Spindelgewinde 1.

Die Toroiden, aus denen die beiden Halbtoroiden p und r bestehen müssen die Montage von min. 10 Kugeln erlauben.

Für die radiale Unterstützung ist der Umlaufteil 4 mit einer Bohrung t, für die axiale Unterstützung mit einigen Aussparun­ gen u vorgesehen, mit demselben Durchmesser und Tiefe wie der Durchmesser und Tiefe der Aussparung e aus der Mutter 2 als auch eine Aussparung v die denselben Durchmesser und dieselbe Tiefe hat wie die Aussparung 9 aus der Mutter 2.

Die Kugel 3 auf der Rollstrecke sind in die Umlaufnute in den Bereich s eingeführt, laut einer kreisförmigen Strecke mit Neigung von einem Radius w, gekoppelt sowohl zur Umlaufnute n, als auch zur Nute des Spindelgewindes der Schnecke. Die Ein­ führung der Kugel 3 in die Nute n erfolgt durch eine Wölbung z des Umlaufteiles mit einem ergänzenden Profil dessen was auf dem Rollweg der Spindel 1 realisiert wurde.

Der Abstreifer 5 in sich selbst bekannt, ist in die Kassette des Abstreifers 6 eingebaut, sie hat eine Form von Flansch­ ring, ist mit Ösen h vorgesehen, haben dieselbe Breite oder kleiner als eine Seite a′ was auf dem Kreisbogen der Ausspa­ rung 9 gebildet wurde und die die Aussparung aus der Mutter 2 überschneidet. Durch die Drehung der Kassette 6 werden die Ösen h in die Aussparungen 9 eingeführt, für das Vorbeugen der Kassettendrehung 6 wird in eine Bohrung b′ aus der Mutter 2 ein Gewindestift 8 eingeführt.

Die Übertragung durch einen Mechanismus bestehend aus Kugel­ spindel und Mutter gemäß Erfindung, in einem zweiten Reali­ sierungsbeispiel besteht aus einer Spindel 1 mit einer Flanschmutter 9 und einer Mutter 10, die gesamte Einheit ist mit Hilfe eines Ringes 11 vorgespannt.

Bei den Muttern 9, 10 anstatt der Stiftbohrung i aus dem ersten Realisierungsbeispiel auf den Stirnflächen sind einige Aussparungen c′ mit einer parallelipidischen Form mit einer der tangentiellen Flächen am Außen der Kreisnute der Ausspa­ rung a und an den Ecken laut Radius d′ gerundet, realisiert.

Für die axiale Unterstützung eines Umlaufteiles 12 gegen den Vorspannring 11, sind die Mutter 9 und 10 mit einigen Ausspa­ rungen s′ vorgesehen, in denen auch einige Unterstützungsringe 13 montiert sind.

Der Umlaufteil 12 ist mit einer Wölbung f′ von parallelipidi­ schen Form, an der Ecke gerundet auf Grund eines Radius 9′ vorgesehen, zwecks Montage in die Aussparung c′ einer der Mutter 9 oder 10.

Eine Kassette 14 eines Abstreifers 15 in dieser konstruktiven Ausführung hat die Form eines Flanschringes mit einigen Bohrungen h′ mit einigen Ausschnitten i′ und mit einigen Haken j′, die gleichartig derer aus dem ersten Realisierungsbeispiel sind.

Die Übertragung durch einen Mechanismus bestehend aus Kugel­ spindel und Mutter in einem dritten Realisierungsbeispiel besteht aus denselben Elementen wie die erste Variante, aber bei der der Umlaufteil aus Plaststoff realisiert ist, der Rollweg l′ ist aus einem Stahlrohr gefertigt und die Strecke ist gleichartig wie bei den anderen konstruktiven Varianten.

Bei der Übertragung durch einen Mechanismus bestehend aus Kugelspindel und Mutter in einer vierten Variante (konstrukti­ ven Ausführung) bei der die Steigung der Gewindeschnecke sehr groß aus den Muttern 9 oder 10 sind, es kann ein Endteil 16 gelöst werden, mit denselben Aussparungen wie beim zweiten konstruktiven Beispiel. Der Endteil 16 wird von der Mutter mit Hilfe einiger Schrauben 17 befestigt.

Aus diesem Grunde hat der Endteil 16 einige Durchgangsbohrun­ gen n′ und Lamellen m′.

Durch die Kombinierung der konstruktiven Moduls, die in der Erfindung erwähnt wurden, gelangen wir zur Realisierung eini­ ger Übertragungen durch den Mechanismus bestehend aus Kugel­ spindel und Mutter, die durch vorliegenden Beschreibung der Erfindung geschützt wurden.

Die Übertragung bestehend aus einem Mechanismus mit Kugelspin­ del und Mutter mit ein- oder mehrgängigen Gewindeschnecken kann in vier Arten fungieren.

Durch die Schraubendrehung werden die Kugel 3 angetrieben, diese befinden sich auf dem Spiralrollweg und es wird die axiale Verstellung der Mutter 2 bestimmt.

Die Umlaufteile 4 übernehmen die Kugel 3 auf dem Rollweg zwischen der Spindel 1 und Schrauben 2, so daß die Kugel in die Längsbohrungen aus den Muttern eingeführt werden und danach werden sie an dem anderen Ende jeder Mutter auf dem Rollweg eingeführt.

Unter der Drehung der Mutter 2, treiben die Kugel 3 in Über­ tragungsbewegung der Spindel 1 an.

Durch die Verstellung der Spindel 1 durch Übertragung werden die Mutter 2 sich drehen, da sie von den Kugeln 5 angetrieben sind und sie verstellen axial die Mutter 2, die Spindel 1 dreht sich.

Durch die Anwendung der Erfindung werden folgende Vorteile erhalten:

• - sichert die Erhöhung des Übertragungswirkungsgrades;
• - sichert die Reduzierung des Geräusches und die Aussetzungen in der Bewegung;
• - sichert kleine Schwankungen beim Reibungsmoment;
• - hat eine robuste Konstruktion mit relativ kleinen Abmessun­ gen für dieselbe dynamische Leistung;
• - stellen erhöhte Lebensdauer und erhöhte Zuverlässigkeit dar.

Claims (6)

1. Kugelspindel-Mutter-Übertragungsmechanismus, mit einer wenigstens eingängigen Gewindeschnecke, wenigstens einer Mutter, einem Vorspannring, Abstreiferkassetten und Umlaufteilen für Kugeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (2) auf beiden Seiten Aussparungen (a) aufweist, deren Krümmung von einem Radius (c) derart bestimmt ist, daß jede Kugel (3) auf dem Rollweg der Spindel (1) in diese durch eine Nut (n) eines Umlaufteiles (4) mit einer Abweichung von der tangentialen Richtung zum Kugel­ mittenkreis (3) kleiner als 10° eindringt und sich weiterhin aus der Nut (n) der Umlaufteile (4) in die Kreisaussparungen (a) auf einer Fläche der Mutter (2) bewegt, wobei die Aussparungen (a) am geschlossenen Ende von einer Zylinderfläche begrenzt sind, deren Krümmungsmittelpunkt auf einer Achse (m) liegt, die mit einer senkrechten Achse einen Winkel von 2 bis 3° bildet, und
daß eine bearbeitete Längsnut (j) vorgesehen ist, über die jede aus den Aussparungen auf der Fläche der Mutter (2) tretende Kugel in den Körper der Mutter (2) und danach in die Aussparungen auf der anderen Fläche der Mutter sowie anschließend durch einen anderen Umlaufteil (4) wieder zum anderen Ende des Rollwegs der Spindel (1) bewegbar ist.

2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (2) Zylinderaussparungen (e) mit einem Innendurch­ messer etwa gleich dem Außendurchmesser des Abstreifers (5) aufweisen und eine derart festgelegte Tiefe besitzen, daß bei der Montage des Abstreifers dieser die Nut (j) nicht durchbohrt, wobei für den Umlauf jeder Kugel (3) einige Aussparungen (j), deren Durchmesser und Tiefe dem Außen­ durchmesser bzw. der Kassettenbreite (6) des Abstreifers entsprechen, als auch einige Aussparungen (g) vorgesehen sind, deren Durchmesser und Tiefe gleich denen von Ösen (h) der Abstreiferkassette (5) sind.

3. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufteil (4) eine Kreiskeilform mit einer Wölbungsfläche (z) besitzt und von Zylinderflächen mit demselben Profil der Aussparungen (a) aus der Mutter begrenzt ist, wobei die Nuten (n) des Umlaufteils (4) an ihrem Boden ein halbkreisförmiges oder kegeliges Profil (o) und eine Strecke aufweisen, die aus zwei Halbtoroiden (p, r), die unter sich verbunden sind, und aus einer geraden Strecke (s) mit derselben Neigung wie die des Spindelgewin­ des besteht.

4. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Aussparungen (c′) versehene Muttern (9, 10) vorgesehen sind, wobei die Aussparungen eine parallelipidische Form mit einer ihnen tangential gegenüberliegenden Seite besitzen und an der Außenseite der kreisförmigen Aussparung (a) und an den Ecken mit einem Radius (d′) gerundet sind, wobei der Umlaufteil (12) eine Wölbung (f′) von parallelipidischer Form aufweist und an den Ecken mit einem Radius (g′) gerundet ist, und wobei eine Kassette (14) des Abstreifers (15) einen elastischen Aufbau mit Bohrungen (h′) und Haken (j′) bildenden Ausschnitten (i′) besitzt.

5. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlaufteil (4, 12) aus Kunststoff besteht und der Rollweg (l′) aus einem Stahlrohr gebildet ist.

6. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer großen Steigung des Gewindes der Spindel (1) im Körper der Mutter (2) ein Endteil (16) vorgesehen ist, das der Mutter (2) entsprechende Aussparungen (a, f), und Bohrungen (n′) für den Zusammenbau mit Schrauben (17) aufweist.