WO1998025050A1 - Vorrichtung zur umwandlung einer drehbewegung in eine geradlinige bewegung - Google Patents

Vorrichtung zur umwandlung einer drehbewegung in eine geradlinige bewegung Download PDF

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Hermann Wiehl
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INA Wälzlager Schaeffler oHG
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
    • F16H25/2247—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with rollers
    • F16H25/2266—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with rollers arranged substantially in parallel to the screw shaft axis

Definitions

  • the invention relates to a device for converting a rotary movement into a linear movement, with a threaded spindle, a housing concentrically surrounding it, which has the shape of a sleeve, and a number of rollers arranged therebetween, which engage in circular grooves with the thread of the threaded spindle are located and have bearing pins, via which they are rotatably mounted in bearing openings of the sleeve axially parallel to the threaded spindle.
  • a known device as shown in EP-PS 0 320 621, has a sleeve designed as a spindle nut.
  • the rollers not only have a fine groove profile with which they are engaged with a fine thread of the threaded spindle, but they also have a rough profile with which they engage in rough guide grooves in the sleeve.
  • the rollers within the sleeve roll in planetary form on both the threaded spindle and the sleeve.
  • This version is structurally complex. It has the disadvantage that the sleeve must be designed as a nut with a large internal profile and the rollers each with a fine profile and an additional coarse profile.
  • the invention has for its object to provide a screw drive that is simple in construction and suitable for large series. It should be able to be manufactured in any size and differentiate itself in price from known screw drives.
  • this object is achieved according to the invention in that the sleeve is designed to be resilient by means of a radially extending continuous slot and is wrapped in a spiral flat spiral spring.
  • the sleeve can have a circumferential groove. This arrangement makes it possible in a simple manner to apply the radial pretension required for the rollers which roll on the threaded spindle.
  • Each roller can have an axial bore extending from one of its end faces, in which a helical compression spring and a ball acting parallel to the axis due to its spring force are arranged. This results in a space-saving prestressing option for the rollers in the axial direction.
  • a screw drive which is simple in construction and suitable for large series, is created according to the invention in that two sheet metal washers are inserted in the sleeve so as to rotate, which have the bearing openings for the bearing journals of the rollers.
  • Such a screw drive can consist of parts produced without cutting.
  • each sheet metal shaped disk can have a radially projecting tab which projects into an inner longitudinal groove of the sleeve.
  • the sleeve has at least one end wall, on which a rubber-elastic O-ring is supported, which acts axially on one of the two sheet metal washers.
  • the sheet metal plates are in contact with the conical end areas of the rollers via conical pressure surfaces. In this way, the axial force originating from the O-ring is divided into an axial component and a radial component.
  • the rollers are thus preloaded not only axially but also radially on the threaded spindle by the O-ring.
  • FIG. 1 shows a roller screw drive in a first embodiment, with a spiral spring applying radial forces in longitudinal section;
  • FIG. 2 shows this first roller screw drive in cross section according to line II-II of FIG. 1, but without a spiral spring;
  • FIG. 3 shows a roller screw drive in a second embodiment, with an O-ring applying axial forces, in longitudinal section;
  • FIG. 4 shows the second roller screw in cross section along line IV-IV of Figure 3;
  • FIG. 5 is a development of the rolls of the second roller screw drive mounted in sheet metal form disks;
  • FIG. 6 shows a section relating to the assembly of the first roller screw drive.
  • a roller screw drive has a sleeve 1 as a housing, which is closed on one end face with a base 2 and on the other end face with a cover 3.
  • a cover 3 For centering the cover 3 with respect to the sleeve 1, this has end-face centering holes 4 shown in FIG. 6, in which centering pins 5 of the cover 3 are inserted.
  • the sleeve 1 is penetrated by a coaxially arranged threaded spindle 6. It serves to support four rollers 7 which surround the threaded spindle 6 at the circumference at intervals and engage with circular grooves in the thread of the threaded spindle 6. At its two axial ends, each roller 7 has a bearing pin 8. With the two bearing pins 8, the roller 7 is rotatably mounted in the sleeve 1, namely in the bottom 2 and in the cover 3 thereof.
  • the sleeve 1 In order to be able to apply a preload of the rollers 7 to the threaded spindle 6, the sleeve 1 has a continuous radial slot 9, as shown in FIG. 2, so that it can carry out slightly resilient movements towards the threaded spindle 6 or away from it.
  • the sleeve 1 is surrounded by a spiral flat spiral spring 10. This presses the sleeve 1 towards the threaded spindle 6, so that the rollers 7 mounted in the sleeve 1 are pressed against the threaded spindle 6 with radial force components.
  • the sleeve 1 For receiving the spiral spring 10, the sleeve 1 has a circumferential groove 11.
  • each roller 7 there is an axial bore 12 made in the journal 8.
  • a helical compression spring 13 and then a ball 14 are inserted into this, so that the helical compression spring the 1 3 presses the ball 14 to the sleeve 1, namely towards the cover 3.
  • the reaction force causes the roller 7 to be axially preloaded on the threaded spindle 6.
  • the roller screw drive according to FIG. 3 has a sleeve 15 which is a non-cutting component. Its bottom acts as an end wall 16 on which an inserted O-ring 17 is supported axially. This is made of a rubber-elastic material.
  • a sheet metal plate 18 is then inserted, which has continuous bearing openings for the journal 8 of the rollers 7, which surround the threaded spindle 6.
  • a second sheet metal plate 19 is also inserted into the sleeve 15. This also has bearing openings for the bearing pins 8 of the rollers 7, which are formed at the other ends of the rollers 7.
  • the sleeve 15 is closed on its end face facing away from the end wall 16 with an end plate 20.
  • the sheet metal plates 18 and 19 each have a tab 21 which projects into a longitudinal groove 22 of the sleeve 15. In this way, the sheet metal plates 18 and 19 are secured within the sleeve 15 against rotation.
  • the O-ring 17 is provided for the generation of an axial force which acts on the sheet metal disc 1 8.
  • the rollers 7 have conical end areas 23 and the sheet metal plates 18 and 19 have conical pressure surfaces 24, with which they bear against the conical end areas 23 of the rollers 7.
  • the axial force caused by the O-ring 17 at the conical contact surfaces is divided into axial components and radial components for the rollers 7.
  • the axial components produce a preload of the rollers 7 on the threaded spindle 6 in the axial direction, while the radial components cause a preload in the radial direction there.

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zur Umwandlng einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung mit einer Gewindespindel (6), einem diese konzentrisch umgebenden Gehäuse, welches die Form einer Hülse (1) aufweist, und einer Anzahl dazwischen angeordneter Rollen (7), welche sich mit kreisförmigen Rillen mit dem Gewinde der Gewindespindel (6) im Eingriff befinden und Lagerzapfen (8) aufweisen, über welche sie in Lageröffnungen der Hülse (1) achsparallel zur Gewindespindel (6) drehbar gelagert sind, ist erfindungsgemäß die Hülse (1) mittels eines sich radial erstreckenden, durchgehenden Schlitzes federnd ausgebildet und von einer gewundenen ebenen Biegefeder (10) umschlungen. Diese Anordnung ermöglicht es, die erforderliche radiale Vorspannung für die an der Gewindespindel sich abwälzenden Rollen auf einfache Weise aufzubringen.

Description

Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung, mit einer Gewindespindel, einem diese konzentrisch umgebenden Gehäuse, welches die Form einer Hülse aufweist, und einer Anzahl dazwischen angeordneter Rollen, welche sich mit kreisförmigen Rillen mit dem Gewinde der Gewindespindel im Eingriff befinden und Lagerzapfen aufweisen, über welche sie in Lageröffnungen der Hülse achsparallel zu der Gewindespindel drehbar gelagert sind.
Hintergrund der Erfindung
Eine bekannte Vorrichtung, wie sie die EP-PS 0 320 621 zeigt, weist eine als Spindelmutter ausgebildete Hülse auf. Die Rollen haben dort nicht nur eine feine Rillenprofilierung, mit der sie sich mit einem Feingewinde der Gewindespindel im Eingriff befinden, sondern sie weisen zusätzlich eine grobe Profilie- rung auf, mit welcher sie in groben Führungsrillen der Hülse eingreifen. Bei der Drehung der Gewindespindel wälzen sich also die Rollen innerhalb der Hülse planetenförmig sowohl an der Gewindespindel als auch an der Hülse ab. Diese Ausführung ist konstruktiv aufwendig. Sie hat den Nachteil, daß die Hülse als Mutter mit einer großen Innenprofilierung und die Rollen jeweils mit einer feinen Profilierung und einer zusätzlichen groben Profilierung ausgebildet sein müssen. Aus dem DE-GM 92 1 3 640 ist ein Gewinderollenschraubtrieb der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem die axiale Steifigkeit durch Parallelschaltung mehrerer Einzelfedern erreicht wird. Durch eine radiale Verschiebbarkeit von Einzelelementen wird dort eine Erhöhung der Kontaktpunktezahl zwischen den Rollen und der Gewindespindel ermöglicht. Zur Erzeugung der Vorspannung in axialer Richtung dienen Schraubelemente, welche achsparallel auf die Rollen einwirken, während für die Erzeugung der Vorspannung in radialer Richtung weitere auf die Rollen einwirkende Schraubenelemente dienen, die in radialer Richtung in Gewindebohrungen der Hülse eingeschraubt sind. Diese Ausführung ist im Aufbau kompliziert und daher teuer. Sie ist für kleine Abmessungen nicht geeignet.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gewindetrieb zu schaffen, der einfach im Aufbau und für Großserien geeignet ist. Er soll sich in jeder Größe herstellen lassen und sich preismäßig von bekannten Gewindetrieben abgrenzen.
Diese Aufgabe wird nach einem ersten Vorschlag erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hülse mittels eines sich radial erstreckenden durchgehenden Schlitzes federnd ausgebildet und von einer gewundenen ebenen Biegefeder umschlungen ist. Zuf Aufnahme der Biegefeder kann die Hülse eine Umfangsnut aufweisen. Diese Anordnung ermöglicht es, auf einfache Weise die erforderli- ehe radiale Vorspannung für die an der Gewindespindel sich abwälzenden Rollen aufzubringen.
Jede Rolle kann eine von einer ihrer Stirnseiten ausgehende Axialbohrung aufweisen, in welcher eine Schraubendruckfeder und eine infolge von deren Federkraft auf die Hülse achsparallel einwirkende Kugel angeordnet ist. Damit ergibt sich eine Bauraum einsparende Vorspannmöglichkeit der Rollen in axialer Richtung. Nach einem weiteren Vorschlag wird ein Gewindetrieb, der im Aufbau einfach und für Großserien geeignet ist, erfindungsgemäß dadurch geschaffen, daß in der Hülse zwei Blechformscheiben verdrehfest eingesetzt sind, welche die Lageröffnungen für die Lagerzapfen der Rollen aufweisen. Ein solcher Gewinde- trieb kann aus spanlos hergestellten Teilen bestehen. Jede Blechformscheibe kann für die verdrehfeste Anordnung in der Hülse eine radial abstehende Lasche aufweisen, welche in eine innere Längsnut der Hülse hineinragt.
Zur Erzeugung der Vorspannung weist die Hülse mindestens eine Stirnwand auf, an welcher ein gummielastischer O-Ring abgestützt ist, der auf eine der beiden Blechformscheiben axial einwirkt. Die Blechformscheiben stehen über konische Druckflächen mit den ebenfalls konisch ausgeführten Endbereichen der Rollen in Berührung. Auf diese Weise wird die von dem O-Ring herrührende Axialkraft in eine Axialkomponente und eine Radialkomponente aufgeteilt. Die Rollen werden also durch den O-Ring nicht nur axial, sondern auch radial an der Gewindespindel vorgespannt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 einen Rollengewindetrieb in einer ersten Ausführungsform, mit einer Radialkräfte aufbringenden Biegefeder im Längsschnitt;
Figur 2 diesen ersten Rollengewindetrieb im Querschnitt gemäß Linie ll-ll der Figur 1 , jedoch ohne Biegefeder;
Figur 3 einen Rollengewindetrieb in einer zweiten Ausführungsform, mit einem Axialkräfte aufbringenden O-Ring, im Längsschnitt;
Figur 4 den zweiten Rollengewindetrieb im Querschnitt gemäß Linie IV-IV der Figur 3; Figur 5 eine Abwicklung der in Blechformscheiben gelagerten Rollen des zweiten Rollengewindetriebs;
Figur 6 einen den Zusammenbau des ersten Rollengewindetriebes betreffenden Ausschnitt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Ein erfindungsgemäßer Rollengewindetrieb weist gemäß Figur 1 als Gehäuse eine Hülse 1 auf, die an einer Stirnseite mit einem Boden 2 und an der anderen Stirnseite mit einem Deckel 3 verschlossen ist. Zur Zentrierung des Deckels 3 gegenüber der Hülse 1 weist diese in Figur 6 dargestellte stirnseitige Zentrierbohrungen 4 auf, in welchen Zentrierzapfen 5 des Deckels 3 eingesteckt sind. Die Hülse 1 ist von einer koaxial angeordneten Gewindespindel 6 durchdrun- gen. Sie dient zur Lagerung von vier Rollen 7, welche die Gewindespindel 6 am Umfang in Abständen hintereinander umgeben und mit kreisförmigen Rillen in dem Gewinde der Gewindespindel 6 eingreifen. An ihren beiden axialen Enden weist jede Rolle 7 einen Lagerzapfen 8 auf. Mit den beiden Lagerzapfen 8 ist die Rolle 7 in der Hülse 1 , nämlich in deren Boden 2 und in deren Deckel 3, drehbar gelagert.
Um eine Vorspannung der Rollen 7 an der Gewindespindel 6 aufbringen zu können, hat die Hülse 1 einen durchgehenden radialen Schlitz 9, wie Figur 2 zeigt, so daß sie geringfügig federnde Bewegungen zu der Gewindespindel 6 hin oder von dieser fort ausführen kann. Die Hülse 1 ist von einer gewundenen ebenen Biegefeder 10 umgeben. Diese drückt die Hülse 1 zu der Gewindespindel 6 hin, so daß die in der Hülse 1 gelagerten Rollen 7 mit radialen Kraftkomponenten an die Gewindespindel 6 gedrückt werden. Zur Aufnahme der Biegefeder 10 weist die Hülse 1 eine Umfangsnut 1 1 auf.
An einen Ende jeder Rolle 7 befindet sich jeweils eine in dem Lagerzapfen 8 angebrachte Axialbohrung 12. In dieser ist zunächst eine Schraubendruckfeder 1 3 und anschließend eine Kugel 14 eingesteckt, so daß die Schraubendruckfe- der 1 3 die Kugel 14 zur Hülse 1 , und zwar zu deren Deckel 3 hin drückt. Durch die Reaktionskraft wird eine axiale Vorspannung der Rolle 7 an der Gewindespindel 6 hervorgerufen.
Der Rollengewindetrieb gemäß Figur 3 besitzt eine Hülse 15, die ein spanlos gezogenes Bauteil ist. Ihr Boden wirkt als Stirnwand 16, an welcher sich ein eingesetzter O-Ring 1 7 axial abstützt. Dieser ist aus einem gummielastischen Werkstoff hergestellt. In die Hülse 15 ist dann eine Blechformscheibe 18 eingesetzt, welche durchgehende Lageröffnungen für die Lagerzapfen 8 der Rollen 7 aufweist, die die Gewindespindel 6 umgeben. Für die Lagerung jeder Rolle 7 ist außerdem eine zweite Blechformscheibe 19 in die Hülse 15 eingesetzt. Diese weist ebenfalls Lageröffnungen für die Lagerzapfen 8 der Rollen 7 auf, welche an den anderen Enden der Rollen 7 ausgebildet sind. Die Hülse 1 5 ist an ihrer von der Stirnwand 16 abgewandten Stirnseite mit einer Endscheibe 20 ver- schlössen. Die Blechformscheiben 18 und 19 weisen jeweils eine Lasche 21 auf, die in eine Längsnut 22 der Hülse 1 5 hineinragt. Auf diese Weise sind die Blechformscheiben 18 und 1 9 innerhalb der Hülse 1 5 gegen Verdrehung gesichert.
Der O-Ring 1 7 ist für die Erzeugung einer Axialkraft vorgesehen, die auf die Blechformscheibe 1 8 einwirkt. Die Rollen 7 haben konische Endbereiche 23 und die Blechformscheiben 18 und 1 9 haben konische Druckflächen 24, mit welchen sie an den konischen Endbereichen 23 der Rollen 7 anliegen. Infolge dieser Berührung wird die von dem O-Ring 1 7 verursachte Axialkraft an den konischen Berührungsflächen in Axialkomponenten und Radialkomponenten für die Rollen 7 aufgeteilt. Die Axialkomponenten bewirken eine Erzeugung der Vorspannung der Rollen 7 an der Gewindespindel 6 in axialer Richtung, während die Radialkomponenten dort eine Vorspannung in radialer Richtung hervorrufen.
Aus Figur 5 geht hervor, daß in dem Gewindetrieb aufeinanderfolgende Rollen 7 axial versetzt angeordnet sind. Das ergibt sich hier durch Verkröpfung der Blechformscheiben 18 und 19, in welchen die Rollen 7 mit ihren Lagerzapfen 8 drehbar gelagert sind.
Bezugszahlen
1 Hülse 1 3 Schraubendruckfeder
2 Boden 14 Kugel
3 Deckel 15 Hülse
4 Zentrierbohrung 16 Stirnwand
5 Zentrierzapfen 1 7 O-Ring 6 Gewindespindel 18 Blechformscheibe
7 Rolle 19 Blechformscheibe
8 Lagerzapfen 20 Endscheibe
9 Schlitz 21 Lasche
10 Biegefeder 22 Längsnut 1 1 Umfangsnut 23 konischer Endbereich
12 Axialbohrung 24 konische Druckfläche

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung, mit einer Gewindespindel, einem diese konzentrisch umgebenden Gehäuse, welches die Form einer Hülse aufweist, und einer Anzahl dazwischen angeordneter Rollen, welche sich mit kreisförmigen Rillen mit dem Gewinde der Gewindespindel im Eingriff befinden und Lagerzapfen aufweisen, über welche sie in Lageröffnungen der Hülse achsparallel zu der Gewindespindel drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1 ) mittels eines sich radial erstreckenden, durchgehenden Schlitzes (9) federnd ausgebildet und von einer gewundenen ebenen Biegefeder (10) umschlungen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (1 ) eine Umfangsnut (1 1 ) aufweist, in welcher die Biegefeder (10) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß jede Rolle (7) eine von einer ihrer Stirnseiten ausgehende Axialbohrung (12) aufweist, in welcher eine Schraubendruckfeder (1 3) und eine infolge von deren Federkraft auf die Hülse (1 ) achsparallel einwirkende Kugel (14) angeordnet ist.
4. Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung, mit einer Gewindespindel, einem diese konzentrisch umgebenden
Gehäuse, welches die Form einer Hülse aufweist, und einer Anzahl dazwischen angeordneter Rollen, welche sich mit kreisförmigen Rillen mit dem Gewinde der Gewindespindel im Eigriff befinden und Lagerzapfen aufweisen, über welche sie in Lageröffnungen der Hülse achsparallel zu deren Gewindespindel drehbar gelagert sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hülse (1 5) zwei Blechformscheiben (18, 1 9) verdrehfest eingesetzt sind, welche die Lageröffnungen für die Lagerzapfen (8) der Rollen (7) aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Blechformscheibe (18, 19) für die verdrehfeste Anordnung in der Hülse (15) eine radial abstehende Lasche (21 ) aufweist, welche in eine innere Längsnut (22) der Hülse (1 5) hineinragt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (15) mindestens eine Stirnwand (16) aufweist, an welcher ein gummielastischer O- Ring (1 7) abgestützt ist, der auf eine der beiden Blechformscheiben (18, 19) axial einwirkt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blechformscheiben (18, 19) über konische Druckflächen (24) mit den ebenfalls konisch ausgeführten Endbereichen (23) der Rollen (7) in Berührung stehen.
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