DE4115756A1

DE4115756A1 - Waelzschraubtrieb

Info

Publication number: DE4115756A1
Application number: DE4115756A
Authority: DE
Inventors: Juergen Oetjen
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1991-05-15
Filing date: 1991-05-15
Publication date: 1992-11-19

Description

Die Erfindung betrifft einen Wälzschraubtrieb mit einer Gewindespindel, die mindestens einen Gewindegang aufweist, mit einem zur Gewindespindel koaxialen Mutternkörper, der in seiner Bohrung mit einer Vielzahl von parallelen Ringnuten und Erhebungen versehen ist, und mit Rollen, die im Ringraum zwischen der Spindel und der Bohrung umfangsverteilt angeordnet sind und die zu den Ringnuten und Erhebungen der Bohrung des Mutternkörpers in Eingriff befindliche und gleiche Abstände wie diese aufweisende Ringnuten und Erhebungen besitzen, wobei die Rollen mit ihren Ringnuten und Erhebungen mit dem Gewinde der Spindel in Eingriff sind.

Ein derartiger Wälzschraubtrieb ergibt sich aus der DE 27 21 977 C2. Danach ist vorgesehen, die Gewindespindel mehrgängig auszugestalten und je Gewindegang eine Rolle vorzusehen. Zu allen Ausführungsbeispielen sind sechs Rollen und damit ein sechsgängiges Gewinde beschrieben.

Die Herstellung von mehrgängigen Gewinden ist fertigungstechnisch schwierig. Die kleinen Profile lassen sich nur mit größerem Aufwand fertigen, weil eine Abnutzung der Werkzeuge sich in erheblichem Maße auf die Qualität der Gewindeform auswirkt. Darüberhinaus ist bei solchen Gewinden der Kern der Gewindespindel im Querschnitt gesehen im wesentlichen unrund, so daß die gewünschte Abdichtung nicht in zufriedenstellendem Maße erreicht werden kann. Darüberhinaus wirken sich Teilungsfehler (Profilverzerrungen) und das Vorhandensein mehrerer Wälzkreise auf die Qualität der Führung aus. Andererseits haben kleinere Gewindeprofile den Vorteil der höheren Tragfähigkeit in der Summe.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Wälzschraubtrieb vorzuschlagen, bei dem die Spindel mit einer größeren Präzision hinsichtlich des Gewindes herstellbar ist, wobei jedoch Tragfähigkeit und Steifigkeit der bekannten Ausführungen mit einem mehrgängigen Gewinde versehenen Spindel weitestgehend erreicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steigung des Gewindeganges bzw. der Gewindegänge der Gewindespindel ein ganzzahliges Vielfaches der Mittenabstände der Ringnuten von Mutternkörper und Rollen beträgt und daß die je Gewindegang vorhandene Anzahl von Rollen diesem Vielfachen entspricht.

Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Gewindegangzahl der Gewindespindel möglichst klein gehalten werden kann. Eine eingängige Spindel hat nämlich beispielsweise bei unveränderter Steigung ein größeres Gewindeprofil als eine mehrgängige Gewindespindel. Große Profile gestatten jedoch formstabilere Werkzeuge, so daß zum Beispiel eine Herstellung des Gewindeprofiles im harten Zustand der Spindel durch Wirbeln erzeugt werden kann. Aus dem größeren Profil resultieren auch größere Standzeiten für die Werkzeuge.

Ein besonders günstiges Verhältnis ergibt sich dann, wenn daß Vielfache im Bereich von 3 bis 6 liegt. Dabei wird erreicht, daß trotzdem die Tragfähigkeit, die sich aufgrund eines Profiles mit mehreren Gängen und kleinen Gewindeprofilen ergibt, weitgehend beibehalten wird. Die Herstellung der kleinen und fertigungstechnisch anspruchsvolleren Profile von Mutter und Rolle kann äußerst exakt und wirtschaftlich unter Zuhilfsnahme beispielsweise einer Diamantrolle erfolgen. Insbesondere ermöglicht die Erfindung eine preiswerte leichte Baureihe für kleinere Spindeldurchmesser (bis ca. 20 mm Wälzkreisdurchmesser).

Ein weiterer Vorteil, der mit der geringen Anzahl von Gewindegängen der Spindel einhergeht, ist, daß die Abdichtung bzw. das Abstreifen auf der Gewindespindel zur Abdichtung der Wälzmutter erheblich vereinfacht und verbessert wird. Der Kern der Gewindespindel tendiert, je geringer die Anzahl der Gewindegänge ist, im Querschnitt zur Zylinderform und gestattet daher die Verbesserung der Abdichtung. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn das Vielfache 3 bis 6 bei einem eingängigen Gewinde der Gewindespindel beträgt.

Ferner ist vorgesehen, daß die Anzahl der Rollen, unabhängig, ob ein ein- oder mehrgängiges Gewinde gewählt wird, bevorzugt 3 bis 6 betragen soll.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Mutternkörper und/oder die Rollen zwei axiale Abschnitte aufweisen, die jeweils die Ringnuten aufweisen und das bei einem der beiden Bauteile - Mutternkörper oder Rollen - die Ringnuten eines Abschnittes zu denen des anderen Abschnittes um ein Maß versetzt sind, das von einem ganzzahligen Vielfachen des Mittenabstandes zweier benachbarter Ringnuten abweicht.

Hierdurch läßt sich eine Vorspannung erzielen. Dabei kann vorgesehen werden, den Versatz entsprechend den aus der gewünschten Vorspannung resultierenden Verformungsweg der Rollen entsprechend zu bemessen.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine typische Einbausituation für einen erfindungsgemäßen Wälzschraubtrieb,

Fig. 2 einen Längsschnitt nur durch die Wälzmutter, der sich auf der Spindel befindet,

Fig. 3 einen Querschnitt zu Fig. 2 und

Fig. 4 als Detail im vergrößerten Maßstab der gegenseitige Eingriff von Spindelgewinde und Rollen sowie Mutternprofil.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Wälzschraubtrieb umfaßt die Gewindespindel 1, die in einem Festlager 2 und einem Loslager 3 an ihren Enden gehalten ist. Zum Festlager 2 hin ist die Gewindespindel 1 mit einem Antriebszapfen 4 versehen, über den die Gewindespindel 1 um die Drehachse X-X durch einen nicht dargestellten Antrieb in Drehbewegung versetzbar ist. Auf der Gewindespindel 1 ist der Mutternkörper 4 verstellbar. Der Mutternkörper 4 ist an einem Tisch 6 befestigt, welcher beispielsweise in Führungen, die sich parallel zur Drehachse X-X der Gewindespindel 1 erstrecken, geführt gehalten ist. Bei Antrieb der Gewindespindel 1 nimmt der Mutternkörper 5 den Tisch 6 mit und verstellt diesen entlang der Führungen.

Aus den Fig. 2 und 3 ist die Ausbildung des Wälzschraubtriebs, insbesondere der Wälzschraubmutter im Detail erkennbar. Der Mutternkörper 5 besitzt eine axiale Bohrung 9. Das Gewinde der Gewindespindel 1 ist mit 7 bezeichnet. Zwischen der Außenfläche der Gewindespindel 1 und der Bohrung 9 des Mutternkörpers 5 sind umfangsverteilt Rollen 8 angeordnet.

Die Rollen 8 weisen an ihren Enden konische Flächen 10 auf. Mit diesen konischen Flächen 10 sind die Rollen 8 gegen Herausfallen an konischen Führungsflächen 12 von seitlich in Eindrehungen 13 des Mutternkörpers 5 eingesetzte Führungsringe 11 gehalten. Die Führungsringe 11 dienen gleichzeitig als Abstreifringe. Sie liegen entsprechend eng auf der Außenfläche der Gewindespindel 1 an.

Es ist ferner erkennbar, daß die Rollen 8 mittig einen im Durchmesser abgesetzten Zahnabschnitt 14 umfassen, dessen Zähne mit entsprechenden Zähnen eines verzahnten Ringabschnittes 15 des Mutternkörpers 5 in Eingriff sind. Die Verzahnungen 14, 15 dienen dazu, die Rollen 8, die auf dem Umfang der Bohrung 9 des Mutternkörpers 5 angeordnet sind, in einem bestimmten Umfangsabstand zueinander zu synchronisieren. Beim Abwälzen der Rollen 8 zwischen Bohrung 9 und Gewindespindel 1 stehen die Zähne des verzahnten Abschnittes 15 der Bohrung 9 radial nach innen über die Höhe des Profiles der dazu seitlich befindlichen profilierten Abschnitte 8, 10, 19 hervor. Die Durchmesserreduzierung des verzahnten Abschnittes 14 gegenüber der profilierten seitlichen Abschnitte 18, 19 der Rollen 8 ist so bemessen, daß kein Kontakt zum Gewinde 7 der Gewindespindel 1 entstehen kann. Seitliche und konische Übergangsflächen 16, 17 der beiden Zahnabschnitte 14, 15 erleichtern bei der Montage eine axiale Ausrichtung der Rollen 8 dem Mutternkörper 5 gegenüber.

Die Rollen 8 sind, wie insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, mit umlaufenden Ringnuten 22, die durch Erhebungen 23 voneinander getrennt sind, versehen. Der Mittenabstand zweier benachbarter Ringnuten 21 und damit deren Teilung ist mit M bezeichnet. Ferner ist aus Fig. 3 der Gewindegang der eingängigen Gewindespindel 1 erkenntlich. Dieser ist mit 20 bezeichnet. Die Steigung des Gewindeganges 20 ist mit S gekennzeichnet. Die Ringnut, die zwischen den beiden Windungen des Gewindeganges 20 gebildet sind, trägt das Positionszeichen 21. Es ist erkennbar, daß die Größe der Steigung S dem Dreifachen des Mittenabstandes der ringförmig umlaufenden und parallel zueinander angeordneten Ringnuten 22 der Rollen 8 entspricht. Entsprechend der Lehre der Erfindung ergibt sich damit die Anzahl der Rollen 8, die mit dem Gewindegang 20 in Eingriff sein sollen, mit S : M = 3.

Entsprechend sind auf dem Umfang der Gewindespindel 1 dem Gewindegang 20 drei Rollen 8 verteilt zugeordnet. Das Profil der Ringnuten 22 und Erhebungen 23 der Rollen 8 ist also erheblich feiner als das des Gewindeganges 20. Es ist beim Ausführungsbeispiel nur jede dritte Ringnut 22 einer Rolle 8 mit dem Profil des Gewindeganges 20 des Gewindes 7 der Gewindespindel 1 in Eingriff.

Die Ringnuten 22 und Erhebungen 23 der Rollen 8 sind jedoch sämtlich in Eingriff mit entsprechenden Ringnuten 24 und Erhebungen 25 in der Bohrung 9 des Mutternkörpers. Die erforderliche Tragfestigkeit wird also durch die Anzahl der je Gewindegang 20 vorgesehenen Rollen 8 bezüglich der Tragverhältnisse zwischen den Rollen 8 und der Gewindespindel 1 und durch die Anzahl der Eingriffe der erheblich kleineren Profile bezüglich des Eingriffes zwischen Mutternkörper und Rollen 8 gewährleistet.

Ferner begünstigt die Unterteilung der Rollen 8 und der entsprechend mit Ringnuten profilierten Flächen der Bohrung 9 des Mutternkörpers 5 und die Ausbildung als parallele Ringnuten die Möglichkeit, eine Vorspannung mit nur einem Mutternkörper zu erzielen. Dabei kann dies so erreicht werden, daß der Abstand zweier beliebiger Ringnuten 24 des Mutternkörpers 5 von denen jeweils eine sich im Ringnutenabschnitt 18 und die andere im Ringnutenabschnitt 19 befindet, zueinander von der normalen Teilung abweicht. Der Abstand ist also unterschiedlich vom ganzzahligen Vielfachen der Mittenabstände M der Ringnuten 24 des Mutternkörpers. Hieraus resultiert eine entsprechende Vorspannung der Rollen 8.

Bezugszeichenliste

1 Gewindespindel
2 Festlager
3 Loslager
4 Antriebszapfen
5 Mutternkörper
6 Tisch
7 Gewinde der Spindel
8 Rollen
9 Bohrung des Mutternkörpers
10 konische Fläche
11 Führungsring
12 konische Führungsfläche
13 Eindrehung im Mutternkörper
14 Zahnabschnitt der Rollen
15 Zahnabschnitt des Mutternkörpers
16, 17 konische Übergangsflächen
18, 19 Ringnutabschnitte
20 Gewindegang der Spindel
21 Spiralnut der Spindel
22 Ringnut der Rolle
23 Erhebung der Rolle
24 Ringnut des Mutternkörpers
25 Erhebung des Mutternkörpers
S Steigung
N Vielfaches
M Mittenabstände

Claims

1. Wälzschraubtrieb mit einer Gewindespindel, die minde stens einen Gewindegang aufweist, mit einem zur Gewin despindel koaxialen Mutternkörper, der in seiner Boh rung mit einer Vielzahl von parallelen Ringnuten und Erhebungen versehen ist, und mit Rollen, die im Ring raum zwischen der Spindel und der Bohrung umfangsver teilt angeordnet sind und die zu den Ringnuten und Erhebungen der Bohrung des Mutternkörpers in Eingriff befindliche und gleiche Abstände wie diese aufweisende Ringnuten und Erhebungen besitzen, wobei die Rollen mit ihren Ringnuten und Erhebungen mit dem Gewinde der Spindel in Eingriff sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung (S) des Gewindeganges (20) bzw. der Gewindegänge der Gewindespindel (1) ein ganzzahliges Vielfaches der Mittenabstände (M) der Ringnuten (22, 24) von Mutternkörper (5) und Rollen (8) beträgt und daß die je Gewindegang (20) vorhandene Anzahl, von Rollen (8) diesem Vielfachen (N) entspricht.

2. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vielfache (N) 3 bis 6 bei einem eingängigen Gewinde der Gewindespindel (1) beträgt.

3. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rollen insgesamt zwischen 3 bis 6 liegt.

4. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mutternkörper (5) und/oder die Rollen (8) zwei axiale Abschnitte (18, 15) aufweisen, die jeweils die Ringnuten (22, 24) aufweisen und das bei einem der beiden Bauteile - Mutternkörper (5) oder Rollen (8) - die Ringnuten (24) eines Abschnittes (18) zu denen des anderen Abschnittes (19) um ein Maß versetzt sind, das von einem ganzzahligen Vielfachen des Mittenabstandes (M) zweier benachbarter Ringnuten (24) abweicht.

5. Wälzschraubtrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Versatz dem aus der gewünschten Vorspannung resultierenden Verformungsweg der Rollen (8) ent spricht.