DE2732896A1

DE2732896A1 - Schraubengetriebe mit kugelumlauf

Info

Publication number: DE2732896A1
Application number: DE19772732896
Authority: DE
Inventors: Enzo Brusasco
Original assignee: Roltra SpA
Current assignee: Rgb SpA Turin/torino It
Priority date: 1976-11-19
Filing date: 1977-07-21
Publication date: 1978-05-24
Also published as: FR2371612B1; IT1072019B; SE432981B; US4138902A; GB1582991A; SE7708290L; FR2371612A1; DE2732896C2

Description

Dr. Joachim Rasper rol 3

Patentanwalt Wiesbaden η»· η μ.»*«

ROLTRA S.p.A. Mailand (Italien)

Schraubengetriebe mit Kugelumlauf

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Die Erfindung betrifft ein Schraubengetriebe mit Kugelumlauf, welches aus zwei Bauteilen besteht, die durch eine Vielzahl von Kugeln derart miteinander verbunden sind, daß eine Rotationsbewegung des einen Bauteils zu einer entsprechenden translatorischen Bewegung des anderen Bauteils führt.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Schraubengetriebe mit Kugelumlauf, bestehend aus einem ersten, langgestreckten Bauteil mit einer äußeren schraubenförmigen Laufbahn und einem im wesentlichen koaxial angeordneten hülsenförmigen Bauteil mit einer schraubenförmigen Innenlaufbahn, die der schraubenförmigen Außenlaufbahn des ersten Bauteils so gegenüber liegt, das diese Laufbahnen zusammen eine schraubenförmige Abrollbahn für eine Mehrzahl von Kugeln einschließen, welche unter gegenseitiger Berührung innerhalb der Abrollbahn und innerhalb einer Rückführbahn angeordnet sind, die die Enden der Abrollbahn miteinander verbindet.

Bei Schraubengetrieben der genannten Art kann das erste, langgestreckte Bauteil aus einem starren, runden Profilstab bestehen, der an seiner Oberfläche mit einer schraubenförmigen Nut versehen ist, welche als Ablaufbahn für die Kugeln dient und durch spanabhebende Bearbeitung erzeugt worden ist.

Um die Nachteile und verhältnismäßig hohen Kosten zu umgehen, die mit der spanabhebenden Bearbeitung verbunden sind, ist es bereits bekannt, als ein solches erstes Bauteil eine Schraube zu verwenden, die entweder aus einem starren Kern, beispielsweise einem Rundstab, oder aus einem flexiblen Kern, beispielsweise einem Drahtseil besteht, um den ein im allgemeinen aus Metall bestehender Draht spiralartig in Form einer Feder gewickelt ist, bei der jedes Paar von benachbarten Windungen einen Teil der schraubenförmigen Ablaufbahn bildet. Schließlich ist es kürzlich durch Vorspannen dieser Feder möglich geworden, den inneren starren Kern fortzulassen und dieses erste Bauteil allein aus einem spiralig gewickelten Metalldraht zu erzeugen, bei dem sich die benachbarten Windungen in gegenseitiger Berührung befinden.

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Das Herstellen der schraubenförmigen Ablaufbahn für die Kugeln aus einem spiralig gewickelten Metalldraht besitzt den Nachteil, daß sich nur Schrauben mit einer verhältnismäßig geringen Steigung herstellen lassen, da diese direkt von dem Durchmesser des verwendeten Drahtes abhängig ist und somit lediglich eine Variationsbreite von einem kleinsten Wert, der genau dem Durchmesser des verwendeten Drahtes entspricht (dies gilt, wenn die Feder mit Vorspannung versehen ist), bis zu einem größten Wert gestattet, der im allgemeinen dem zweifachen oder dreifachen Drahtdurchmesser entspricht.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schraubengetriebe mit Kugelumlauf des eingangs erwähnten Typs zu schaffen, bei dem sich das erste bzw. Schraubenbauteil unter Beibehaltung verhältnismäßig geringer Herstellkosten mit einer Schraubensteigung von beliebig gewünschter Größe herstellen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Schraubengetriebe der bezeichneten Art gelöst, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das erste Bauteil aus einem innenliegenden Kern und aus einem Metallband besteht, welches in zylindrisch fortschreitender Schraubenanordnung um den Kern gewickelt und fest mit diesem verbunden ist und im Querschnitt eine nach außen gerichtete, konkave Wölbung aufweist, welche die eine dieser schraubenförmigen Laufbahnen darstellt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsforro ist auch die andere dieser beiden Laufbahnen durch ein zweites Metallband gebildet, welches in zylindrischer Schraubenform entlang der Innenoberfläche des hülsenfönnigen Bauteils gewickelt ist, durch welches sich das erste Bauteil erstreckt, und auch dieses zweite Metallband besitzt einen Querschnitt mit zum Hülseninnerη hin gerichteter konkaver Wölbung und ist fest mit dem hülsenartigen Bauteil ver-

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bunden. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Im Folgenden werden einige bevorzugte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Schraubengetrieben unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben.

Es stellen dar:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäßes Schraubengetriebe mit Kugelumlauf;

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine erste Abwandlung des Schraubengetriebes nach Fig. 1;

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine zweite Abwandlung des Schraubengetriebes nach Fig. 1; und

Fig. 4 eine teilweise geschnittene schematische Draufsicht auf das Schraubengetriebe nach Fig. 3.

Das in Fig. 1 dargestellte Schraubengetriebe 1 besteht aus einer Schraube 2 und einer Schraubenmutter 3, die durch eine Vielzahl von Kugeln 4 miteinander verbunden sind, die unter gegenseitiger Berührung entlang einer schraubenförmigen Abrollbahn 5 angeordnet sind. Diese Abrollbahn wird an ihrer Außenseite durch eine schraubenförmige Laufbahn 6 begrenzt, welche in die Schraubenmutter 3 eingearbeitet ist, und an ihrer Innenseite durch eine schraubenförmige Feder 7, die der Laufbahn 6 gegenüberliegt und aus einem Band 8 aus metallischem Material, vorzugsweise aus einem gehärteten Blech besteht. Dieses Metallband 8 ist in Querrichtung so gebogen, daß es auf der den Kugeln 4 zugewandten Seite eine konkav« Oberfläche bildet. Im dargestellten Beispiel s*sit2t das Metallband 8 «inen Querschnitt von im wesentlichen

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V-förmiger Gestalt, es kann aber auch jeder andere konkave Querschnitt Verwendung finden, der ein Abrollen der Kugeln 4 entlang der Laufbahn 5 gestattet und die Kugeln seitlich in ihrer Bahn hält.

In dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel ist ferner die Laufbahn innen in ein hülsenförmiges Bauteil eingearbeitet, welches schematisch in Gestalt einer einfachen Buchse 9 aus starrem Material dargestellt ist. Diese Buchse enthält eine (nicht gezeigte) Rücklaufbahn, die zwischen den Enden der Laufbahn 5 verläuft und mit dieser zusammen eine Umlaufbahn für die Kugeln darstellt.

Bezüglich der Schraubenmutter 3 ist hervorzuheben, daß diese auch anders aufgebaut sein kann, als es in Fig. 1 gezeigt ist. Insbesondere kann die Schraubenmutter 3 jede der Ausführungen aufweisen, wie sie in der deutschen Patentanmeldung P 26 37 436.7 der Anmelderin beschrieben sind.

Die Feder 7 ist um einen zylindrischen Kern 10 herum gewickelt und ist über ihre ganze Länge fest mit diesem verbunden. Der Kern 10 kann entweder aus einem starren oder aus einem elastisch biegbaren Rundstab oder aber entsprechend nicht gezeigter Modifikationen aus einer Mehrzahl miteinander verbundener flexibler Stäbe oder sogar aus einem flexiblen Drahtseil bestehen. Bei einer (nicht gezeigten) besonderen Ausführungsform besteht der Kern 10 aus einem kunststoffummantelten Drahtseil. Unabhängig von diesen unterschiedlichen Ausführungsmöglichkeiten sollte der Kern 10 jedoch zweckmäßigerweise die Eigenschaft besitzen, daß er unter einer normalen axialen Arbeitsbelastung keine wesentliche Dehnung aufweist.

Durch Aufwickeln und Befestigen des Metallbandes 8 auf dem Kern 10 ist es möglich, auf verhältnismäßig billige Weise eine Schraube

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2 herzustellen, die nicht nur sehr genau ist, sondern auch eine Steigung von gewünschter Größe besitzt, welche unabhängig von der Breite der Laufbahn für die Kugel 4 ist.

Fig. 2 zeigt ein dem Schraubengetriebe 1 sehr ähnliches Schraubengetriebe 11, welches gegenüber jenem den Unterschied aufweist, daß die Laufbahn 6 hier ebenfalls durch eine Feder 12 gebildet ist, die der Feder 7 ähnlich ist und über ihre gesamte Länge fest mit der Innenoberfläche des hülsenartigen Bauteils 9 verbunden ist.

Die Figuren 3 und 4 zeigen ein Schraubengetriebe 13, bei dem der Metallstreifen 8 im Gegensatz zu den Getrieben 1 und 11 derart auf einen Kern 10 gewickelt ist, daß eine Feder 14 mit einer Steigung entsteht, die sich entlang der Achse des Kerns 10 mit einer bestimmten Gesetzmäßigkeit ändert. Die Verbindung zwischen einer solchen Schraube 2 und der zugehörigen Schraubenmutter 3 ist nur dadurch möglich, daß bei letzterer die Feder 12 beispielsweise durch Vulkanisieren mit der Innenoberfläche einer Buchse 15 aus elastisch verformbaren Material verbunden ist. Diese Buchse 15 ruht so in einer starren Außenbuchse 16, daß sie sich innerhalb letzterer verformen kann. Die Außenbuchse 16, die in besonderen Anwendungsfällen auch entfallen kann, kann zur Verbindung der Schraubenmutter 3 mit einem (nicht gezeigten) Arbeitsmittel oder einem (nicht gezeigten) Antriebsmittel, beispielsweise einem Motor, dienen.

In gleicher Weise wie die Buchse 15 läßt sich auch der Kern 10, der bei dieser Ausführungsform wiederum starr oder flexibel ausgeführt sein kann, jedoch im allgemeinen eine beträchtliche axiale Starrheit aufweisen muß, mit einem (nicht gezeigten) Anschlußbauteil zur Verbindung mit einem (nicht gezeigten) Arbeitsmittel oder einem (nicht gezeigten) Antriebsmittel, beispielsweise einem Motor, versehen werden.

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Wenn das Schraubengetriebe 13 zum Übertragen einer Bewegung von einem treibenden Bauteil auf ein angetriebenes Bauteil verwendet wird, erzeugen die in der Abrollbahn 5 angeordneten Kugeln 4 eine derartige axiale Verbindung zwischen den Federn 12 und 14, daß bei einer Änderung der Steigung der Feder 14 eine entsprechend analoge Verlängerung oder Verkürzung der Feder 12 und entsprechend der Buchse 15 eintritt, wie dies durch gestrichelte Linien in Fig. 3 angedeutet ist, wobei die axiale Deformation der Buchse innerhalb der Außenbuchse 16 erfolgt. Anders ausgedrückt, findet durch das Vorhandensein der Kugeln 4 innerhalb der Umlaufbahn während der Bewegung eine kontinuierliche Anpassung der Steigung der Feder 12 an die Steigung der Feder 14 statt. Dementsprechend ist es durch eine Veränderung der Steigung der Feder 14 entlang der Achse des Kernes 10 nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit möglich, zwischen den beiden Bauteilen des Schraubengetriebes eine Relativgeschwindigkeit zu erzeugen, welche sich gemäß der willentlich ausgewählten Gesetzmäßigkeit ändert, auch wenn ein gleichförmiger Antrieb verwendet wird.

Wo beispielsweise das Schraubengetriebe 13 zwischen einen Motor und ein Arbeitsmittel geschaltet ist, um letzterem eine bestimmte, hin- und herführende Drehbewegung oder translatorische Hubbewegung zu erteilen, wird die Feder 14, die während eines solchen Hubes über die Kugeln 4 mit der Feder 12 verbunden ist, in ihren Endabschnitten vorzugsweise eine niedrige Steigung und in ihrem Mittelabschnitt eine verhältnismäßig hohe Steigung aufweisen. Auf diese Weise ist es möglich, das Arbeitsmittel über seinen Vorwärts- und Rückkehrhub zu führen und dabei die Beanspruchungen durch Trägheitekräfte und Stoß auf ein Minimum zu reduzieren.

Wenn ein flexibler Kern 10 verwendet wird, macht die Elastizität der Buchse 15 das Schraubengetriebe 13 auch dann arbeitsfähig, wenn die Achse der Feder 14 um eine Kurve geführt ist.

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Auch das Schraubengetriebe 11 läßt sich auf eine solche Weise betreiben, wenn man entsprechend einer nicht gezeigten Ausführungsform das starre hülsenartige Bauteil 9 durch eine elastische Hülse 15 ersetzt.

In allen Anwendungsfällen, in denen eine Buchse 15 aus elastischem Material verwendet wird, läßt sich die Rückführung der Kugeln 4 von einem Ende der Abrollbahn 5 zum anderen durch eine Rückführbahn 17 erreichen, die schematisch in Fig. 4 dargestellt ist und einen zentralen Abschnitt aufweist, der aus einer diagonal durch die elastische Buchse 15 geführten Durchgangsbohrung 18 besteht, sowie zwei Endabschnitte, von denen jeder durch einen L-förmigen Kanal 19 gebildet wird, dessen eines Ende teleskopartig mit einer Mündung der Bohrung 18 verbunden ist, und dessen anderes Ende sich in eine jeweilige Nut 20 hineinragt, welche radial im Ende der Buchse 15 verläuft. Jeder Kanal 19 ist starr mit dem jeweiligen zugehörigen Ende der Feder 12 verbunden, beispielsweise auf eine Art, wie sie in den Figuren 6 und 7 der Patentanmeldung P 26 37 436.7 dargestellt ist.

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Claims

Patentansprüche:

M.)Schraubengetriebe mit Kugelumlauf, bestehend aus einem ersten, langgestreckten Bauteil mit einer äußeren, schraubenförmigen Laufbahn und einem im wesentlichen koaxial dazu angeordneten, hülsenförmigen Bauteil mit einer schraubenförmigen Innenlaufbahn, die der schraubenförmigen Außenlaufbahn des ersten Bauteils so gegenüber liegt, daß diese Laufbahnen zusammen eine schraubenförmige, geschlossene Abrollbahn für eine Mehrzahl von Kugeln begrenzen, die unter gegenseitiger Berührung innerhalb der Abrollbahn und innerhalb einer Rückführbahn, welche die Enden der Abrollbahn miteinander verbindet, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bauteil (2) aus einem innen liegenden Kern (10) und aus einem Metallband (8) besteht, welches in zylindrisch fortschreitender Schraubenanordnung um den Kern (10) gewickelt und fest mit diesem verbunden ist und im Querschnitt eine nach außen gerichtete, konkave Wölbung aufweist, welche die eine dieser schraubenförmigen Laufbahnen (5) darstellt.
2. Schraubengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) starr ist.
3. Schraubengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (10) flexibel ist.
4. Schraubengetriebe nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die andere der beiden Laufbahnen (6) durch ein zweites Metallband (8) gebildet ist, welches in zylindrischer Schraubenform entlang der Innenoberfläche eines hülsenförmigen Bauteils (9) gewickelt ist, durch welches sich das erste Bauteil (2) erstreckt, und daß dieses zweite Metallband (8) einen Querschnitt mit zum Hülseninnern hin gerichteter konkaver Wölbung besitzt und fest mit dem hülsenartigen Bauteil (9) verbunden ist.

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ORIGINAL INSPECTED
5. Schraubengetriebe nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenartige Bauteil (9, 15) aus elastischem Material besteht.
6. Schraubengetriebe nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführbahn (17) einen Abschnitt aufweist, der sich diagonal durch das hülsenartige Bauteil (15) erstreckt und mit diesem verformbar ist.
7. Schraubengetriebe nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das hülsenartige Bauteil (15) aus elastischem Material in einer starren Außenhülse (16) angeordnet ist, in der es in axialer Richtung verformbar ist.
8. Schraubengetriebe nach einem der Ansprüche 5-7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Metallband (8) in einer fortschreitenden Schraubenanordnung um den Kern (10) gewickelt ist, deren Steigung entlang dem Kern (10) sich nach einer bestimmten Gesetztmäßigkeit ändert.

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