DE4324838A1

DE4324838A1 - Wälzringgewindetrieb

Info

Publication number: DE4324838A1
Application number: DE19934324838
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Oetjen
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1995-01-26

Description

Die Erfindung betrifft einen Gewindetrieb zum Umwandeln einer rotato rischen in eine translatorische Bewegung, bestehend aus einem muttern artigen Gehäuse, in dessen Innerem auf einer Umlaufbahn um die Axial linie Stützrollen angeordnet sind, welche in ihrer Lage zueinander und zum Gehäuse über zwei ihnen stirnseitig zugeordnete, ringförmige Käfige fixiert sowie über zylindrische, in umfangsverteilten Aufnahme bohrungen des Käfigs angeordnete, Abstützelemente gelagert sind.

Ein derartiger Gewindetrieb ist aus der EP-PS 0 003 802 vorbekannt. Dieser besteht ebenfalls aus in einem Innengewinde eines mutternarti gen Gehäuses angeordneten Stützrollen, die auf einer zentralen Spindel gelagert sind.

Nachteilig bei dem gattungsgemäßen Gewindetrieb ist es, daß zur Spiel bzw. Vorspannungseinstellung separate Paßscheiben verwendet werden, d. h. eine einmal vom Hersteller über die Wahl der Dicke der Paßscheiben eingestellte Vorspannung kann vom Anwender nur schwerlich korrigiert werden, oder dieser muß umfangreiche Demontagearbeiten durchführen. Des weiteren sind die Stützrollen auf den ihnen zugeordneten Wellen über eine aufwendige Nadellagerung abgestützt. Diese wirkt sich wie derum nachteilig auf den gesamten Bauaufwand im System aus. Das Gehäu se erfordert zudem einen relativ großen Bauraum, da die Stützrollen die Spindel umgreifen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Gewindetrieb der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei dem die aufgezeigten Nachteile beseitigt sind und der insbesondere konstruktiv einfach aufgebaut ist, aus weniger Einzelteilen besteht und dessen Vorspannung oder Spiel leicht einstellbar sind.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß jede Stützrolle Außenlaufbahnen eines mehrreihigen Wälzlagers bildet, daß Innenlaufbahnen des Wälzlagers an einer konzentrisch im Inneren der jeweiligen Stützrolle angeordneten Welle vorgesehen sind, daß Enden der Welle mit den Abstützelementen verbunden sind, welche als Gewindestifte ausgebildet und in die Auf nahmebohrungen eingeschraubt sind, daß zumindest einem Käfig ein Verschiebeelement zugeordnet ist und daß das Gehäuse ein Innengewinde aufweist, in welches die Stützrollen mit ihrem Außengewinde oder Rillenprofil eingreifen. Über die hier beschriebenen Gewindestifte kann das Spiel im erfindungsgemäßen Gewindetrieb leicht eingestellt werden. Hierzu weist jeder Stift vorteilhaft eine stirnseitige Ver dreheinrichtung auf. Eine Spieleinstellung ist denkbar bei abgezogenem Gehäuse, jedoch ist auch eine Lösung vorgeschlagen, bei der über entsprechende Zugangsmöglichkeiten an der Gewindemutter ein direkter Zugriff auf die Gewindestifte von außen möglich ist. Das Wälzlager ist derart ausgebildet, daß in ausreichendem Maße Axialkräfte übertragen werden können. Durch den Wegfall der zusätzlich die Gewindemutter abstützenden Wälzlagerung ist das Wälzlager gemäß dieser Erfindung hinsichtlich seiner Teilezahl reduziert. Die Reibung ist verringert. Durch die spezielle konstruktive Gestaltung ist der erforderliche Bauraum für das Gehäuse verringert, da die Stützrollen im Gegensatz zum älteren Stand der Technik nicht mehr die Spindel umschließen. Mittels des erfindungsgemäßen Gewindetriebes sind sehr kleine Steigun gen ( 1 mm) bei ruhigem Lauf und sehr hoher Positioniergenauigkeit erzielbar. Die völlig symmetrische Gestaltung wirkt sich vorteilhaft auf die Laufruhe des gesamten Systems aus, wobei keine Unwucht zu ver zeichnen ist. Da im Gegensatz zu den der Fachwelt ebenfalls bekannten Kugelgewindetrieben keine Umlenkung der Wälzkörper erfolgt, ist der Verschleiß zusätzlich verringert.

Hauptsächliche Einsatzgebiete des erfindungsgemäßen Gewindetriebes sind die Meßtechnik, Feinmechanik, Optik und Medizintechnik. Denkbar ist jedoch auch eine Anwendung im Fahrzeugbau oder in der Automation.

Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unter ansprüche 2 bis 6 und werden nachfolgend näher beschrieben.

So geht es aus Anspruch 2 hervor, daß das Wälzlager als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet ist, dessen Kugeln in entsprechend profi lierten Umfangsrillen der zugeordneten Welle verlaufen, wobei je Gewindetrieb drei Stützrollen vorgesehen sind, welche äquidistant in Umfangsrichtung und zur Axiallinie des Gehäuses planetenartig in diesem verlaufen. Anstatt des hier beschriebenen Schrägkugellagers sind auch weitere Lagerarten in Abhängigkeit der Belastung denkbar, wie z. B. Rillenkugellager und andere. Für geringe Kräfte bzw. gerin gen axialen Bauraum sind auch einreihige Wälzlager denkbar, welche axial belastbar sind. Die Zahl der Gewindetriebe richtet sich nach der geforderten Belastung und dem Einbauraum. In den Schutzumfang ein bezogen soll auch eine Lösung mit 4 und mehr Stützrollen sein.

In Weiterbildung der Erfindung geht es aus Anspruch 3 hervor, daß die als Gewindestifte ausgebildeten zylindrischen Abstützelemente mit einem der Welle zugeordneten Zapfen versehen sind, welcher in einer komplementären Aussparung stirnseitig der betreffenden Welle form schlüssig aufgenommen ist. Durch diese Gewindestifte mit Zapfen ist einerseits eine leichte und zugängliche Spieleinstellbarkeit des Gewindetriebes gegeben. Andererseits kann dadurch auf die durchgehende und relativ massiv ausgebildete Welle, wie sie beim gattungsbildenden Gewindetrieb angewendet wird, verzichtet werden.

Wie in Anspruch 4 ausgeführt, ist das lineare Verschiebeelement als Welle ausgebildet und konzentrisch zum Gehäuse angeordnet, wobei eine Stirnseite der Welle mit einem Gewindezapfen in eine zentrische Boh rung des jeweiligen Käfigs geschraubt ist und eine weitere Stirnseite mit einem Befestigungsansatz für ein oder mehrere linear zu bewegende Elemente versehen ist. Durch diese Maßnahme kann auf zusätzliche Bauteile zum Verbinden des Gewindetriebes mit einem linear zu bewegen den Element verzichtet werden. Es werden durch die fluchtende Anord nung des Verschiebeelements keine oder nur sehr geringe Kippmomente in die Lagerung eingeleitet und das zu bewegende Teil kann in vorteilhaf ter Weise stirnseitig vor dem Gehäuse des Gewindetriebes positioniert werden.

An der Außenmantelfläche des Gehäuses wenigstens eine Wälzlagerung zur Befestigung des Gewindetriebes an einer Umgebungskonstruktion vor zusehen, wobei ein Innenring der Wälzlagerung eine Einheit mit dem Gehäuse bildet, geht in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung aus Anspruch 5 hervor. Durch diese Maßnahme ist der Gewindetrieb auf einfache Art und Weise an einer Umgebungskonstruktion abstützbar, wobei auch weitere Lagerarten denkbar sind. Dadurch, daß der Innenring der Wälzlagerung gleichzeitig einteiliger Bestandteil des Gehäuses ist, ist der Bau- und Teileaufwand des hier vorgestellten Gewindetrie bes minimiert. Auf einen separaten Wälzlagerinnenring kann verzichtet werden.

Wie in Anspruch 6 ausgeführt, ist an der Außenmantelfläche des Gehäu ses zumindest ein Verbindungsglied für eine die Verdrehung des Innen ringes bewirkende Stelleinheit vorgesehen. Durch diese Maßnahme ist eine einfach gestaltete Verstellmöglichkeit des Gewindetriebes vor geschlagen, wobei jedoch auch eine Einleitung einer Drehbewegung über den Befestigungsansatz und eine Verschiebebewegung durch das Gehäuse, also eine kinematische Umkehr, denkbar sind. Mit in den Schutzumfang dieser Erfindung sind auch weitere Verbindungsmöglichkeiten wie Preß verbindung, Verzahnung, Verschraubung und andere einbezogen. Ebenso ist es denkbar, wesentliche Bauteile des erfindungsgemäßen Gewinde triebes wie das Gehäuse, die Stützrollen oder den Befestigungsansatz aus einem Kunststoff und/oder Leichtbauwerkstoff mit evtl. Verstär kungseinlagerungen aus Fasern und/oder Partikeln oder mit aufgetrage nen Schichten zum Zwecke des Verschleißschutzes zu versehen.

Die Erfindung ist nicht nur auf die Merkmale ihrer Ansprüche be schränkt. Denkbar sind auch Kombinationsmöglichkeiten einzelner An spruchsmerkmale und Kombinationsmöglichkeiten einzelner Anspruchs merkmale mit dem in den Vorteilsangaben und zum Ausgestaltungsbeispiel offenbarten.

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.

So zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt durch einen erfindungs gemäßen Gewindetrieb 1. Dieser besteht aus einem mit einem Innengewin de 2 versehenen Gehäuse 3. Das Gehäuse 3 ist im wesentlichen hohl zylindrisch ausgebildet und an wenigstens einer Stirnseite 4 geöffnet. In das Innengewinde 2 des Gehäuses 3 sind mit einem komplementären Außengewinde 5 versehene Stützrollen 6 eingeschraubt. Diese verlaufen gleichmäßig in Umfangsrichtung angeordnet auf einer Umlaufbahn um die Axiallinie des Gewindetriebes 1. Die Stützrollen 6 sind in ihrer gegenseitigen Lage über stirnseitige Käfige 7 fixiert. Hierzu weisen die Käfige 7 ihre Stirnflächen 8 schneidende und parallel zur Axialli nie verlaufende Aufnahmebohrungen 9 auf. In die Aufnahmebohrungen 9 sind zylindrische, als Gewindestifte ausgebildete, Abstützelemente 10 geschraubt. Diese weisen einen stirnseitigen, in Richtung der Quer mittelebene der Stützrollen 6 sich erstreckenden, Zapfen 11 auf.

Jede Stützrolle 6 bildet zugleich Außenlaufbahnen 12 eines hier als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildeten Wälzlagers 13. Innenlauf bahnen 14 dieser Wälzlagerung 13 sind an einer konzentrisch im Inneren jeder Stützrolle 6 angeordneten Welle 15 vorgesehen. Kugeln 15a der Wälzlagerung 13 verlaufen also in komplementären Umfangsrillen 15b der Welle 15. Die Welle 15 ist mit ihren Enden 16, in denen Aussparungen 16a angeordnet sind, mit dem Zapfen 11 des jeweiligen Abstützelementes 10 verbunden.

Dem auf der offenen Stirnseite 4 des Gehäuses 3 angeordneten Käfig 7 ist ein mit einem Befestigungsansatz 17 versehenes Verschiebeelement 18 zugeordnet. Dieses ist im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und konzentrisch zur Bohrung 19 des Gehäuses 3 angeordnet. Eine weitere Stirnseite 20 des Verschiebeelements 18 ist mit einem Gewindezapfen 21 versehen und in eine zentrische Bohrung 26 des Käfigs 7 geschraubt.

Das Gehäuse 3 bildet zugleich einen Innenring 22 einer weiteren Wälz lagerung 23, mit der der Gewindetrieb 1 an einer Umgebungskonstruktion gelagert ist. In einer Außenmantelfläche 24 des Gehäuses 3 ist eine Paßfedernut 25 eingearbeitet, die für eine die Verdrehung des Gehäuses 3 um seine Axiallinie bewirkende Stelleinheit vorgesehen ist. Diese Verdrehung bewirkt ein Verdrehen der Stützrollen 6 mit ihren Außen gewinden 5 in den Innengewinden 2 des Gehäuses 3. Die Stützrollen 6 vollziehen, hervorgerufen durch die Steigung der komplementären Gewin de 2, 5 eine Bewegung längs der Axiallinie. Diese wird über den Käfig 7 auf das Verschiebeelement 18 übertragen. Dieses ist mit einem nicht näher bezeichneten linear zu bewegenden Element verbunden. Um diese Übertragung zu realisieren, ist es erforderlich, das Gehäuse 3 des Gewindetriebes 1 über die Wälzlagerung 23 abzustützen.

Bezugszeichenliste

1 Gewindetrieb
2 Innengewinde
3 Gehäuse
4 Stirnseite
5 Außengewinde
6 Stützrolle
7 Käfig
8 Stirnfläche
9 Aufnahmebohrung
10 Abstützelement
11 Zapfen
12 Außenlaufbahn
13 Wälzlagerung
14 Innenlaufbahn
15 Welle
15a Kugel
15b Umfangsrille
16 Ende
16a Aussparung
17 Befestigungsansatz
18 Verschiebeelement
19 Bohrung
20 Stirnseite
21 Gewindezapfen
22 Innenring
23 Wälzlagerung
24 Außenmantelfläche
25 Paßfedernut
26 Bohrung
27 Stirnseite

Claims

1. Gewindetrieb (1) zum Umwandeln einer rotatorischen in eine trans latorische Bewegung, bestehend aus einem mutternartigen Gehäuse (3), in dessen Innerem auf einer Umlaufbahn um die Axiallinie Stützrollen (6) angeordnet sind, welche in ihrer Lage zueinander und zum Gehäuse (3) über zwei ihnen stirnseitig zugeordnete, ringförmige Käfige (7) fixiert sowie über zylindrische, in umfangsverteilten Aufnahmebohrun gen (9) des Käfigs (7) angeordnete, Abstützelemente (10) gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stützrolle (6) Außenlaufbahnen (12) eines mehrreihigen Wälzlagers (13) bildet, daß Innenlaufbahnen (14) des Wälzlagers (13) an einer konzentrisch im Inneren der jeweili gen Stützrolle (6) angeordneten Welle (15) vorgesehen sind, daß Enden (16) der Welle (15) mit den Abstützelementen (10) verbunden sind, welche als Gewindestifte ausgebildet und in die Aufnahmebohrungen (9) eingeschraubt sind, daß zumindest einem Käfig (7) ein Verschiebee lement (18) zugeordnet ist und daß das Gehäuse (3) ein Innengewinde (2) aufweist, in welches die Stützrollen (6) mit ihrem Außengewinde- oder Rillenprofil (5) eingreifen.

2. Gewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wälzlager (13) als zweireihiges Schrägkugellager ausgebildet ist, dessen Kugeln (15a) in entsprechend profilierten Umfangsrillen (15b) der zugeordneten Welle (15) verlaufen, wobei je Gewindetrieb (1) drei Stützrollen (6) vorgesehen sind, welche äquidistant in Umfangsrichtung und zur Axiallinie des Gehäuses (3) planetenartig in diesem verlaufen.

3. Gewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Gewindestifte ausgebildeten zylindrischen Abstützelemente (10) mit einem der Welle (15) zugeordneten Zapfen (11) versehen sind, welcher in einer komplementären Aussparung (16a) stirnseitig der betreffenden Welle (15) formschlüssig aufgenommen ist.

4. Gewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschiebeelement (18) als Welle ausgebildet und konzentrisch zum Gehäuse (3) angeordnet ist, wobei eine Stirnseite (20) des Verschie beelementes (18) mit einem Gewindezapfen (21) in eine zentrische Bohrung (26) des jeweiligen Käfigs (7) geschraubt ist und eine weitere Stirnseite (27) mit einem Befestigungsansatz (17) für ein oder mehrere linear zu bewegende Elemente versehen ist.

5. Gewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenmantelfläche (24) des Gehäuses (3) wenigstens eine Wälzlagerung (23) zur Befestigung des Gewindetriebes (1) an einer Umgebungskon struktion vorgesehen ist, wobei ein Innenring (22) der Wälzlagerung (23) eine Einheit mit dem Gehäuse (3) bildet.

6. Gewindetrieb nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenmantelfläche (24) des Gehäuses (3) zumindest ein Verbindungs glied (25) für eine die Verdrehung des Innenringes (22) bewirkende Stelleinheit vorgesehen ist.