WO2001090599A1 - Vorrichtung zur umsetzung von rotationsbewegungen in linearbewegungen bzw. umgekehrt - Google Patents

Abstract

Vorrichtung (1) zur Umsetzung von Rotationsbewegungen in Linearbewegungen, gegebenenfalls von Linearbewegungen in Rotationsbewegungen, mit einer mit einem Gewinde (5) versehenen Spindel (2) und mehreren mit Ringvorsprüngen versehenen Rollen (4), welche zwischen einem an seiner Innenseite ein Gewinde (6) aufweisenden Gehäuse (3) und der Spindel (2) angeordnet sind, wobei sich das Gehäuse (3) bei relativ zu ihm rotierender Spindel (2) durch rollenden Eingriff zwischen den Rollen (4) und der Spindel (2) bzw. dem Gehäuse (3) relativ zur Spindel (2) in deren Achsrichtung bewegbar ist, wobei die Rollen (4) eine ballige Form bzw. die Innenseite des kreisringförmigen Gehäuses (3) eine zu den Rollen (4) hin nach aussen gewölbte Form aufweisen, um den Anpressdruck in jeweils beiden Endbereichen (8, 9) der Rollen (4) zu verringern; Stellantrieb (23) mit einer Spindel und mit einem Anschluss zu einem Stellglied, wobei zur manuellen Einstellung ein Handrad und zur maschinellen Einstellung eine motorische Antriebseinheit vorgesehen sind, mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 zwischen der motorischen Antriebseinheit bzw. Handrad einerseits und dem Stellglied-Anschluss andererseits.

Description

Vorrichtung zur Umsetzung von Rotationsbewegungen in Linearbewegungen bzw. umgekehrt

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umsetzung von Rotationsbewegungen in Linearbewegungen, gegebenenfalls von Linearbewegungen in Rotationsbewegungen, mit einer mit einem Gewinde versehenen Spindel und mehreren mit RingvorSprüngen versehenen Rollen, welche zwischen einem an seiner Innenseite ein Gewinde aufweisenden Gehäuse und der Spindel angeordnet sind, wobei das Gehäuse bei relativ zu ihm rotierender Spindel durch rollenden Eingriff zwischen den Rollen und der Spindel bzw. dem Gehäuse relativ zur Spindel in deren Achsrichtung bewegbar ist.

Weiters betrifft die Erfindung einen Stellantrieb mit einer Spindel und mit einem Anschluss zu einem Stellglied, wobei zur manuellen Einstellung ein Handrad und zur maschinellen Einstellung eine motorische Antriebseinheit vorgesehen sind, wobei für die motorische Antriebseinheit z.B. ein elektrischer, pneumatischer oder hydraulischer Motor vorgesehen sein kann.

Vorrichtungen zur Umsetzung von Rotationsbewegungen in Linearbewegungen sind allgemein unter der Bezeichnung Spindeltriebe bekannt. Meistens weisen derartige Spindeltriebe eine Trapezspindel auf, auf welcher eine verdrehgesicherte Mutter linear verstellt wird. Derartige Spindeltriebe sind relativ robust und kostengünstig herzustellen, jedoch sind sie äußerst wartungsintensiv und weisen einen inkonstanten Wirkungsgrad auf.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades von Spindeltrieben wurden daher bereits sog. Kugel- und Rollengewindespindeln vorgeschlagen, bei welchem über eine Art Planetengetriebe eine rollende Bewegungsübertragung erzeugt wird, wodurch sich aufgrund der verringerten Reibungsverluste ein verbesserter Wirkungsgrad ergibt .

Beispielsweise ist aus der US 3 884 090 A ein Rollengewindetrieb bekannt, bei dem mehrere zylindrische Rollen in einem Käfig frei drehbar gelagert sind und durch das Abrollen der Flanken des Gewindes der Spindel bzw. des die Rollen umschließenden Gehäuses in den Rillen der Rollen ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht wird. Derartige Rollengewindetriebe erfordern jedoch zumeist äußerst hohe Fertigungsgenauigkeiten, wodurch sie in der Produktion relativ kostenintensiv sind. Das Einsatzgebiet derartiger Rollengewindetriebe liegt auch im Bereich von Hoch- Präzisionseinstellungen, wie z.B. zum Verstellen von Solarflügeln von Satelliten.

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung der eingangs angeführten Art zu schaffen, welche einen konstanten, gegenüber Trapez-Spindeltrieben verbesserten Wirkungsgrad aufweist und einen geringen Wartungsaufwand erfordert. Ferner soll die Vorrichtung eine Konstruktion aufweisen, welche aufgrund der Möglichkeit einer verringerten Fertigungsgenauigkeit eine Kostenersparnis bewirkt, andererseits jedoch eine hohe Robustheit besitzt, um große Axialkräfte übertragen zu können.

Weiters ist es Ziel der Erfindung, einen Stellantrieb der eingangs angeführten Art zu schaffen, der ebenfalls kostengünstig hergestellt werden und aufgrund seiner robusten Ausführung hohe Axialkräfte und/oder hohe (abgeleitete) Drehmomente übertragen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung der eingangs angeführten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen eine ballige Form bzw. die Innenseite des kreisringförmigen Gehäuses eine zu den Rollen hin nach außen gewölbte Form aufweisen, um den Anpressdruck in jeweils beiden Endbereichen der Rollen zu verringern.

Durch die ballige bzw. bauchige Form der Rollen (und/oder gegebenenfalls die entsprechende im Rollenmittelbereich zu den Rollen hin nach außen gewölbten Form des Gehäuses) wird der Anpressdruck zwischen den einzelnen Getriebeteilen in den beiden Endbereichen der Rollen, in welchem je nach Drehrichtung der Spindel ein absolutes Maximum vorliegt, verringert, da die Rollen bei paralleler Lage der Achsen der Spindel bzw. der Rollen nur im Mittelbereich der Rollen mit dem Gewinde der Spindel bzw. dem Gewinde des die Rollen umschließenden Gehäuses voll in Berührung stehen. Hierdurch können die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeiten reduziert werden, und es kann eine kostengünstige Ausbildung der Vorrichtung erreicht werden. An sich ist es auch möglich, dass die Rollen eine zylindrische Form aufweisen und das die Rollen umschließende Gehäuse eine nach außen hin zu den Rollen gewölbte Form aufweist, wodurch ebenfalls das Maximum des Anpressdruckes von den jeweiligen Endbereichen der Rollen in den Mittelbereich verlagert wird, um so die Anforderungen an die Fertigungsgenauigkeiten reduzieren zu können, wodurch wiederum eine Kostenersparnis eintritt. Weiters ergibt sich nach wie vor ein Wirkungsgrad von ca. 80%. Um hohe Axialkräfte übertragen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Gewinde einen Flankenwinkel kleiner als 90°, z.B. kleiner als 70°, vorzugsweise von ca. 60° , aufweisen.

Da sich die Rollen je nach Drehrichtung der Spindel relativ zum Gehäuse nach oben bzw. unten bei Drehung der Spindel verschieben, ist es günstig, wenn das Gewinde an der Innenseite des Gehäuses mindestens einen sich über die gesamte axiale Länge des Gehäuses erstreckenden Rollenrücksetz-Teilbereich aufweist, in dem das Gewinde unterbrochen ist. In diesem Rollenrücksetz- Teilbereich können die Rollen z.B. nach jeweils einem Umlauf, bezogen auf die Spindel , wieder um einen Gewindegang zurückversetzt werden.

Wenn die Flanken des Gewindes an der Innenseite des Gehäuses zum Rücksetz-Teilbereich hin einen abfallenden Übergang aufweisen, wird vorteilhafterweise ein sanfter Übergang der Rollen zwischen dem Rücksetz-Teilbereich und dem Wiedereintreten in das Gewinde erreicht. Der abfallende Übergang, in den Rücksetz-Teilbereich, kann abgerundet sein, aber auch fertigungstechnisch einfache tangentiale abfallende oder moderat diskontinuierlich abfallende Übergänge sind möglich.

Um eine möglichst symmetrische Tragsituation der Vorrichtung zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn zwei oder mehr, vorzugsweise gleichmäßig am Umfang angeordnete, Rucksetz-Teilbereiche vorgesehen sind. Um die Rollen in einer relativ zum Gehäuse gesehen axial oszillierenden Lage zu halten, wird daher jede Rolle z.B. um eine halbe Steigung eines zweigängigen Gewindes bzw. entsprechend der Anzahl der Rücksetz-Teilbereiche zurückversetzt.

Wenn die Rollen mit Hilfe von an beiden Enden vorgesehenen Stiften in Synchronisations-Scheiben drehend gelagert sind, können sich die Rollen vorteilhafterweise nicht gegeneinander verschieben, wodurch ein -nachteiliges gegenseitiges Berühren der Rollen vermieden werden kann.

Um den Rollen eine gewisse Bewegungsfreiheit in radialer Richtung zu gewähren, welche erforderlich ist, um in den Rücksetz-Teilbereich ein- und wieder austreten zu können, ist es günstig, wenn die Synchronisations-Scheiben zur Aufnahme der Stifte radiale Langlöcher aufweisen.

Um auf konstruktiv einfache Weise ein Rücksetzen der Rollen in den Rücksetz-Teilbereichen zu erreichen, ist es von Vorteil, wenn den Rollen endseitige Kulissenscheiben zugeordnet sind, die jeweils zumindest eine Rollen-Rücksetz-Nase aufweisen, die jeweils einem Rücksetz-Teilbereich zugeordnet sind.

Um einen Schlupf zwischen den beiden Synchronisations- Scheiben zu vermeiden, wodurch sich eine Schrägstellung der Rollen ergeben würde, ist es vorteilhaft, wenn die Synchronisations- Scheiben über zumindest eine Synchronisationswelle miteinander gekoppelt sind.

Wenn die Synchronisations-Scheiben über zwei um 180° versetzt angeordnete Synchronisationswellen miteinander gekoppelt sind, resultieren die auftretenden Reaktionskräfte nicht in Reibungsverlusten am Umfang der Synchronisations-Scheiben, sondern stützen sich vorteilhafterweise über die jeweils gegenüberliegende Wellenlagerung ab.

Für eine schlupffreie, konstruktiv einfache Synchronisation der beiden Scheiben ist es günstig, wenn die Synchronisations- welle mit den beiden Synchronisations-Scheiben über kämmende Zahnkränze in Eingriff steht.

Wenn die Synchronisationswelle in den Abdeck- bzw. Kulissenscheiben frei drehbar gelagert ist, können vorteilhafterweise zusätzliche Lagerungsstellen für die Synchronisationswelle entfallen, wodurch sich eine kosteneffiziente Fertigung ergibt.

Um die Linearbewegung von den Kulissenscheiben zuverlässig auf das Gehäuse zu übertragen, ist es günstig, wenn die Kulissenscheiben mit dem Gehäuse formschlüssig verbunden sind.

Wenn die Achsen der Rollen gegenüber der Achse der Spindel schräg angeordnet sind, ergeben sich geringere Differenzwinkel zwischen den gerillten Flanken der Rollen sowohl gegenüber dem Spindel- als auch dem Muttergewinde, wodurch vorteilhafte Wälzverhältnisse und geringere Synchronisationsstützmomente erzielt werden. Wesentlich ist hierbei, dass die gewünschte Schrägstellung der Rollenachsen zu der Spindelachse konstant bleibt, wobei dies auf einfache Weise zuverlässig erreicht wird, wenn die beiden Synchronisations-Scheiben zur Schrägstellung der Achsen der Rollen gegenüber der Achse der Spindel gegeneinander versetzt angeordnet sind.

Um eine ungünstige Punktberührung zwischen den Stiften der Rollen und den zu ihrer Aufnahme vorgesehenen Langlöchern zu vermeiden, ist es günstig, wenn die Stifte eine bauchige Form aufweisen.

Der erfindungsgemäße Stellantrieb der eingangs angeführten Art ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Umsetzungs-Vorrichtung wie vorstehend angegeben zwischen der motorischen Antriebseinheit bzw. Handrad einerseits und dem Stellglied-Anschluss andererseits vorgesehen ist. Hierdurch wird ein Stellantrieb geschaffen, welcher bei einer kostengünstigen Konstruktion eine hohe Robustheit aufweist und ferner einen hohen Wirkungsgrad, insbesondere von ca. 80%, aufweist.

Da die Verbindung zwischen den Flanken der Gewinde der Spindel bzw. des Gehäuses und der Rillen der Rollen nicht selbsthemmend ist, jedoch Drehmomente vom Stellantrieb her nicht auf das Handrad übertragen werden sollen, ist es günstig, wenn zwischen einer mit dem Handrad verbundenen Handrad-Spindel und der Spindel eine Einrichtung vorgesehen ist, welche Drehmomente in beiden Drehrichtungen von der Handrad-Spindel auf die Spindel überträgt und bei Drehmomenten in beiden Drehrichtungen von der Spindel auf die Handrad-Spindel sperrend wirkt. Es liegt somit eine Art Freilaufeinrichtung vor, die in beiden Drehrichtungen wirkt, und solche Einrichtungen sind als sog. Lastmomentsperren bekannt .

Für eine Bewegungsübersetzung zwischen dem Antrieb des Stellantriebes, d.h. dem Handrad bzw. der motorischen Antriebseinheit, und der Spindel ist es günstig, wenn zur Verstellung der Spindel ein Planetengetriebe mit einem Sonnenrad und mehreren Planetenrädern vorgesehen ist. Für eine Übersetzung der Drehbewegung vom Handrad ins Schnelle bzw. von der motorischen Antriebseinheit ins Langsame zu erreichen, ist es günstig, wenn die Spindel mit dem Sonnenrad bzw. die Handrad-Spindel mit den Planetenrädern verbunden ist.

Andererseits ist es günstig, wenn die Spindel mit den Planetenrädern bzw. die Handrad-Spindel mit dem Sonnenrad verbunden ist, um eine Übersetzung von der motorischen Antriebseinheit ins Schnelle bzw. eine Übersetzung der vom Handrad eingebrachten Bewegung ins Langsame zu erlangen.

Für eine konstruktiv einfache Bewegungsübertragung von der motorischen Antriebseinheit auf die Spindel ist es von Vorteil, wenn zur Bewegungsübertragung von einer motorisch angetriebenen Antriebswelle auf das Planetengetriebe ein Schneckenrad vorgesehen ist. Die Verbindung zwischen der Antriebswelle und dem Schneckenrad kann selbsthemmend sein, um ein ungewolltes Rückdrehen durch auf die Spindel wirkende Drehmomente zu verhindern, es kann jedoch der motorischen Antriebseinheit auch ein schaltbares Sperrglied, gegebenenfalls eine elektromechanische Bremse, zugeordnet sein, um so den Stellantrieb in der jeweiligen Position zu halten.

Um die Vorteile der Vorrichtung zur Umsetzung von Rotationsbewegungen in Linearbewegungen auch bei für die Umsetzung in nichtlineare Bewegungen, z.B. Schwenkbewegungen, nützen zu können, ist eine möglichst querkraftfreie Umsetzung günstig, welche erreicht wird, wenn zur Umsetzung der Linearbewegung des Gehäuses in eine Schwenkbewegung eines zylindrischen Körpers der zylindrische Körper auf einer mit dem Gehäuse verbundenen Schiene abrollt. Auf konstruktiv besonders einfache Weise kann zur Bewegungsübertragung von dem Gehäuse auf den zylindrischen Körper der zylindrische Körper mit biegeweichen Elementen, vorzugsweise zwei Seilen, mit dem Gehäuse verbunden sein. Durch ein kreuzförmiges Umschlingen des zylindrischen Körpers mit den Seilen, kann die Gefahr von eventuellen Kippmomenten durch ungleichmäßige Setzungen im Seil vermieden werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, noch weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen in der Zeichnung:

Fig. 1 teilweise eine Detailansicht einer balligen Rolle zwischen einer Spindel und einem Gehäuse eines Spindeltriebes;

Fig. 2a schematisch ein Diagramm der Kraftverläufe zwischen den Rollen und der Spindel bzw. dem Gehäuse gemäß Stand der Technik;

Fig. 2b ein Diagramm gemäß Fig. 2a mit Fertigungsungenauig- keiten;

Fig. 2c schematisch ein Diagramm der Kraftverläufe zwischen den Rollen und der Spindel bzw. dem Gehäuse bei einer balligen Form der Rollen und/oder einer im Rollenmittelbereich zu den Rollen hin nach außen gewölbten Form der Innenseite des Gehäuses;

Fig. 2d ein Diagramm gemäß Fig. 2c mit Fertigungsungenauig- keiten wie in Fig. 2b;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung;

Fig. 4 eine Ansicht gemäß Fig. 3 jedoch bei abgenommener Kulissenscheibe;

Fig. 5 eine Ansicht gemäß den Figuren 3 und 4 bei abgenommener oberer Synchronisations-Scheibe; Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer gegenüber Fig.l bis 5 modifizierten Vorrichtung mit abgenommenem Gehäuseteil;

Fig.7 eine Ansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 6 mit geschlossenem Gehäuse;

Fig.8 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 6;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Getriebes eines Stellantriebes mit einer Vorrichtung gemäß den Figuren 1 bis 5;

Fig. 10 eine aufgebrochene Ansicht dieses Getriebes gemäß Fig. 9 ;

Fig. 11 ein Stellantrieb gemäß den Figuren 9 und 10, wobei eine querkraftfreie Linearrotationsbewegungs-Übertragungsvor- richtung vorgesehen ist;

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht gemäß Fig. 11 von der Rückseite; und

Fig. 13 im Detail den Verlauf von Seilen für die quer- kraftsfreie Bewegungsübertragungsvorrichtung gemäß den Figuren 11 und 12.

In Fig. 1 ist ein Halbschnitt einer Vorrichtung 1 zur Umsetzung von Rotationsbewegungen in Linearbewegungen gezeigt, bei welcher zwischen einer Spindel 2 und einem Gehäuse 3 mehrere Rollen 4 vorgesehen sind, welche für eine rollende Bewegungsübertragung vorgesehen sind. Die Spindel 2 und das Gehäuse 3 weisen jeweils ein Gewinde 5 bzw. 6 auf, wobei die Flanken dieser Gewinde 5, 6 in die Rillen 7 der Rollen 4 eingreifen und eine rollende Bewegungsübertragung bewirken. Da es aufgrund von Materialelastizitäten bei den Bewegungsübertragungen, welche üblicherweise eine erhöhte Beanspruchung in den Bereichen 8 bzw. 9 verursachen, zu einer ungleichmäßigen Lastübertragung kommt, weist die in Fig. 1 gezeigte Rolle 4 eine leicht ballige Form auf, um das Maximum der Beanspruchung von den Endbereichen 8 bzw. 9 in den mittleren Teilbereich 10 der Rolle 4 zu verlagern, wodurch geringere Fertigungsgenauigkeiten erforderlich sind. Dabei kann je nach Anwendung die Balligkeit unterschiedlich festgelegt sein, wobei sich z.B. -Konvexitäten in der Größenordnung von einigen Zehntel Grad als günstig erwiesen haben.

Wie aus den in Fig. 2a gezeigten Kraftübertragungsverläufen 17, 18 zwischen der Spindel 2 und den Rollen 4 bzw. den Rollen 4 und dem Gehäuse 3 ersichtlich ist, treten die bei herkömmlichen Vorrichtungen Kraftübertragungsmaxima 17', 18' in den Rollenendbereichen 8, 9 auf, wodurch derartige Übertragungsvorrichtungen extrem empfindlich auf geringste Fertigungsungenauigkeiten reagieren. Aus Fig. 2b ist ersichtlich, dass bei Fertigungsungenauigkeiten eine deutliche Erhöhung des absoluten Maximums 18' auftritt.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen sind, wie in der Fig. 2c gezeigt, die Maxima 17', 18' der Kraftübertragungen 17, 18 zwischen der Spindel 2 und den Rollen 4 bzw. den Rollen 4 und dem Gehäuse 3 in den Mittelbereich 10 verschoben. Hierdurch weist die erfindungsgemäße Vorrichtung ein wesentlich unkritischeres Verhalten gegenüber Fertigungsungenauigkeiten auf, wie aus Fig. 2d ersichtlich ist. In Fig. 2d liegen Fertigungsungenauigkeiten wie in Fig. 2b vor, jedoch führen diese Fertigungsungenauigkeiten lediglich zu einer Erhöhung der Pressung in den Randbereichen 8, 19, während die Pressungsmaxima 17', 18' unverändert bleiben. Hierdurch können die Anforderungen an Fertigungsgenauigkeiten, welche beim Stand der Technik im 0,001 mm Bereich liegen, um eine Zehnerpotenz in den 0,01 mm Bereich gesenkt werden, und somit wesentliche Kostenersparnisse erreicht werde .

Um hohe Axialkräfte zwischen der Spindel 2 und dem Gehäuse 3 übertragen zu können, weisen die Flanken der Gewinde 5 bzw. 6 und der entsprechenden Rillen 7 der Rolle 4 einen Flankenwinkel von z.B. ca. 60° auf (üblich sind im Stand der Technik 90°-Flanken- winkel) .

An den beiden Enden der Rolle 4 schließen Stifte 11 an, welche zur Lagerung der Rollen 4 in Synchronisations-Scheiben 12 (vgl. Fig. 4) dienen. Diese Lagerung der Rollen 4 in den Synchronisations-Scheiben 12 hat vorwiegend den Zweck, ein Aneinanderstoßen der Rollen 4 untereinander zu verhindern, welches möglicherweise zur Zerstörung der Vorrichtung führen könnte, und die Rollen 4 parallel zur Systemachse zu führen. An die beiden Synchronisations-Scheiben 12 schließen jeweils Kulissenscheiben

13 an. Um die Drehbewegung der beiden Synchronisations-Scheiben 12 miteinander zu koppeln, ist eine Synchronisationswelle 14 vorgesehen, welche einen Drehschlupf zwischen den beiden Synchronisations-Scheiben 12 verhindert. Die Synchronisationswelle

14 weist zwei Zahnkränze 15 auf, welche über einen kämmenden Eingriff in Zahnkränzen 16 der Synchronisations-Scheiben 12 eine Drehzahlgleichheit bewirken. Hierdurch kann ein Schrägstellen der Rollen 4 zwischen der Spindel 2 und dem Gehäuse 3 verhindert werden. Die Synchronisationswelle 14 ist frei drehbar in Öffnungen in den Kulissenscheiben 13 gelagert, welche weiters zum Rücksetzen der Rollen 4 Steuernocken-artige Rucksetz-Nasen 13 ' aufweisen.

In Fig. 3 ist die Vorrichtung 1 in einer Draufsicht gezeigt, wobei die Spindel 2 und die in den Synchronisations-Scheiben 12 drehbar gelagerten Rollen 4 innerhalb des Gehäuses 3 ersichtlich sind, jedoch teilweise von der Kulissenscheibe 13, in welcher die Synchronisationswelle 14 gelagert ist, verdeckt werden.

Die Synchronisationswelle 14 greift mittels der Zahnkränze 15 in die Zahnkränze 16 der Synchronisations-Scheiben 12 ein und erzwingt somit einen Gleichlauf der Synchronisations-Scheiben 12, welcher ein Querstellen der Rollen 4 verhindert. Wie weiters aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind die Stifte 11 der Rollen 4 in radialen Langlöchern 20 gelagert, wodurch sich die Rollen 4 in radialer Richtung verschieben können, was insbesondere beim Ein- und Austritt in aus Fig. 5 zu ersehende Rücksetz-Teilbereiche 21 gewünscht ist. Die Fig. 5 verdeutlicht ferner den rollenden Eingriff der Rollen 4 mit dem Gewinde 5 der Spindel 2 bzw. mit dem Gewinde 6 des Gehäuses 3. Auch sind die abgerundeten Übergänge 22 des Gewindes 6 in, die gewindefreien Rücksetz-Teilbereiche 21 ersichtlich, wodurch ein sanftes Ein- bzw. Austreten der Rollen 4 in den bzw. aus dem jeweiligen Rücksetz-Teilbereich 21 ermöglicht wird. Hierbei ist zweckmäßig, wenn das Gewinde 6 des Gehäuses nicht zylindrisch ist, sondern in den Rücksetz-Teilbereichen 21 aufgeweitet ist, wodurch ein möglichst kontinuierliches Drehmoment zur Erzeugung der Axialkraft (oder umgekehrt) erreicht wird.

In Fig. 6 ist eine gegenüber der in den Fig. 1 und 3 bis 5 dargestellten Vorrichtung 1 etwas modifizierte Vorrichtung 1' gezeigt, bei der die Synchronisations-Scheiben 12 über zwei um 180° versetzt angeordnete Synchronisationswellen 14 miteinander gekoppelt sind. Das Gehäuse 3 ist aus zwei getrennten Gehäuseteilen 3' zusammengesetzt, wobei einer der beiden Gehäuseteile 3' bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel abgenommen ist. Mit Hilfe der diametralen Anordnung von zwei Synchronisations- wellen 14 resultieren die auftretenden Reaktionskräfte nicht in Reibungsverlusten am Umfang der Synchronisations-Scheiben 12, sondern stützen sich vorteilhafterweise über die jeweils gegenüberliegende Synchronisationswelle 14 ab.

In Fig. 7 ist die Vorrichtung 1' gemäß Fig. 6 mit beiden Gehäuseteilen 3' gezeigt. Insbesondere ist dabei in dem aufgebrochenen Teilbereich der Synchronisations-Scheibe 12 auch ersichtlich, dass die Rollen 4 nicht parallel zu der Achse der Spindel 2 angeordnet sind, sondern eine leichte Schrägstellung der Achsen der Rollen 4 gegenüber der von der Achse der Spindel 2 definierten Systemhauptachse vorgesehen ist (vgl. auch Fig.8). Dies kann beispielsweise durch das Verdrehen der beiden Synchronisations-Scheiben 12 zueinander um einen Zahn vor dem Einbau der Rollen 4 erreicht werden. Durch die schräge Anordnung der Achsen der Rollen 4 gegenüber der Achse der Spindel 2 ergeben sich geringere Differenzwinkel zwischen den gerillten Spindelflanken 7 der Rollen 4 einerseits und sowohl dem Spindelgewinde 5 als auch dem Muttergewinde 6 andererseits, wodurch sich vorteilhafte Wälzverhältnisse und geringere Synchronisationsstützmomente ergeben.

Wie des Weiteren in Fig. 8 in den aufgebrochenen Bereichen der Synchronisations-Scheiben 12 ersichtlich ist, weisen die Stifte 11 der Rollen 4 eine bauchige Form auf, wodurch es auch bei der gewünschten Schrägstellung der Achsen der Rollen 4 gegenüber der Achse der Spindel 2 nicht zu einer nachteiligen Punktberührung zwischen den Stiften 11 und den die Stifte 11 aufnehmenden Langlöchern 20 kommt. Selbstverständlich sind hierbei auch andere abgerundete Formen der Stifte 4, z.B. eine Doppelkegel-Form oder dergleichen, denkbar.

In Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht eines Stellantriebes 23 (ohne motorischer Antriebseinheit und ohne Handrad) mit einer Vorrichtung 1 zur Umsetzung von Rotationsbewegungen der Spindel 2 in eine Linearbewegung des Gehäuses 3 , welches mit einem Stellglied (nicht gezeigt) verbunden ist, gezeigt. Die Spindel 2 ist mit einem Sonnenrad 24 eines Planetengetriebes 25 verbunden, wodurch eine Drehbewegungsübersetzung von Planetenrädern 26 des Planetengetriebes 25 bewirkt wird. Die Planetenräder 26 werden entweder über ein Schneckentrieb, der selbsthemmend sein kann (nicht gezeigt), z.B. von einem elektrischen, gegebenenfalls mit einer Bremsvorrichtung ausgestatteten Motor (nicht gezeigt) angetrieben oder über eine Handrad-Spindel 27 bewegt. Zwischen der Handrad-Spindel 27 und der Spindel 2 ist eine Last- momentsperre 28 vorgesehen, welche die Drehmomentübertragung von der Handrad-Spindel 27 in beide Drehrichtungen auf die Spindel 2 ermöglicht, jedoch von der Spindel 2 auf die Handrad-Spindel 27 wirkende Drehmomente blockiert .

In Fig. 10 ist eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht des Stellantriebes gemäß Fig. 9 gezeigt. Hierbei ist insbesondere die Bewegungsumsetzung vom Planetenradträger 29 auf das Sonnenrad 24 über die Planetenräder 26 ersichtlich. Weiters ist die formschlüssige Verbindung der Kulissenscheibe 13 mit dem Gehäuse 3 der Vorrichtung 1 ersichtlich.

In Fig. 11 ist ein Stellantrieb 23 gezeigt, bei welchem die Linearbewegung des Gehäuses 3 der Vorrichtung l ihrerseits in eine Schwenkbewegung für das Stellglied umgesetzt wird. Hierbei ist im Gegensatz zu den Figuren 9 und 10 die Spindel 2 mit dem Planetenradträger 25 und die Handrad-Spindel 27 mit dem Sonnenrad (nicht gezeigt) verbunden, wodurch es zu einer Drehzahluntersetzung von der Handrad-Spindel 27 auf die Spindel 2 kommt.

Diese Bewegungsumsetzung zwischen dem Gehäuse 3 und einem zylindrischen Stutzen 32 erfolgt bei der gezeigten Ausführung querkraftfrei, wofür an dem Gehäuse 3 eine Schiene 30 vorgesehen ist, die mit vier Rillen 31 zur Führung von zwei Seilen 33 versehen ist. Für die querkraftfreie Bewegungsumsetzung ist der zylindrische Stutzen 32 über die zwei um den Stutzen 32 geschlungenen Seile 33 mit dem Gehäuse 3 verbunden, wodurch es zu einer Abrollbewegung zwischen dem Stutzen 32 und der Schiene 30 bei Linearverschiebung des Gehäuses 3 kommt. Die Seile 33 sind im Einzelnen über eine einstellbare Einrastvorrichtung 34 mit der Schiene 30 verbunden, wie dies insbesondere aus Fig. 12 ersichtlich ist. Hierbei kann durch Verstellen einer Schraube 35 die Spannung der Seile 33 eingestellt werden.

In Fig. 13 ist der Verlauf der Seile 33 um den in Fig. 13 nicht gezeigten zylindrischen Stutzen 32 im Detail gezeigt. Wesentlich ist hierbei, dass durch die gekreuzte Umschlingung der beiden Seile 33 um den Stutzen 32 ein Abgleich der Seilkräfte, die eventuell durch ungleichmäßige Setzungen der Seile auftreten können, stattfinden kann, und somit die Einleitung von Kippmomenten in die Vorrichtung 1 vermieden werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung (1) zur Umsetzung von Rotationsbewegungen in Linearbewegungen, gegebenenfalls von Linearbewegungen in Rotationsbewegungen, mit einer mit einem Gewinde (5) versehenen Spindel (2) und mehreren mit Ringvorsprüngen versehenen Rollen (4), welche zwischen einem an seiner Innenseite ein Gewinde (6) aufweisenden Gehäuse (3) und der Spindel (2) angeordnet sind, wobei sich das Gehäuse (3) bei relativ zu ihm rotierender Spindel (2) durch rollenden Eingriff zwischen den Rollen (4) und der Spindel (2) bzw. dem Gehäuse (3) relativ zur Spindel (2) in deren Achs- richtung bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (4) eine ballige Form bzw. die Innenseite des kreisringförmigen

Gehäuses (3) eine zu den Rollen (4) hin nach außen gewölbte Form aufweisen, um den Anpressdruck in jeweils beiden Endbereichen (8, 9) der Rollen (4) zu verringern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinde (5) einen Flankenwinkel (a) kleiner als ca. 90°, vorzugsweise von ca. 60°, aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewinde (6) an der Innenseite des Gehäuses (3) mindestens einen sich über die gesamte axiale Länge des Gehäuses (3) erstreckenden Rollenrücksetz-Teilbereich (21) aufweist, in dem das Gewinde (6) unterbrochen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken des Gewindes (6) an der Innenseite des Gehäuses (3) zum Rücksetz-Teilbereich (21) hin einen abfallenden, z.B. abgerundeten Übergang (22) aufweisen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr, vorzugsweise gleichmäßig am Umfang angeordnete, Rücksetz-Teilbereiche (21) vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (4) mit Hilfe von an beiden Enden vorgesehenen Stiften (11) in Synchronisations-Scheiben (12) drehend gelagert sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisations-Scheiben (12) zur Aufnahme der Stifte (11) radiale Langlöcher (20) aufweisen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Rollen (4) endseitige Kulissenscheiben (13) zugeordnet sind, die jeweils zumindest eine Rollen-Rücksetz-Nase (13') aufweisen, die jeweils einem Rücksetz-Teilbereich (21) zugeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisations-Scheiben (12) über zumindest eine Synchronisationswelle (14) miteinander gekoppelt sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisations-Scheiben (12) über zwei um 180° versetzt angeordnete Synchronisationswellen (14) miteinander gekoppelt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationswelle (14) mit den beiden Synchronisations-Scheiben (12) über kämmende Zahnkränze (15, 16) in Eingriff steht.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationswelle (14) in den Kulissenscheiben (13) frei drehbar gelagert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kulissenscheiben (13) mit dem Gehäuse (3) formschlüssig verbunden sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Achsen der Rollen (4) gegenüber der Achse der Spindel (2) schräg angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Synchronisations-Scheiben (12) zur Schrägstellung der Achsen der Rollen (4) gegenüber der Achse der Spindel (2) gegeneinander versetzt angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15 mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifte (11) eine bauchige Form aufweisen.

17. Stellantrieb (23) mit einer Spindel und mit einem Anschluss zu einem Stellglied, wobei zur manuellen Einstellung ein Handrad und zur maschinellen Einstellung eine motorische Antriebseinheit vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zwischen der motorischen Antriebseinheit bzw. Handrad einerseits und dem Stellglied- Anschluss andererseits vorgesehen ist.

18. Stellantrieb nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer mit dem Handrad verbundenen Handrad-Spindel (27) und der Spindel (2) eine Einrichtung (28) vorgesehen ist, welche Drehmomente in beiden Drehrichtungen von der Handrad-Spindel (27) auf die Spindel (2) überträgt und bei Drehmomenten in beiden Richtungen von der Spindel (2) auf die Handrad-Spindel (27) sperrend wirkt.

19. Stellantrieb nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verstellung der Spindel (2) ein Planetengetriebe

(25) mit einem Sonnenrad (24) und mehreren Planetenrädern (26) vorgesehen ist.

20. Stellantrieb nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (2) mit dem Sonnenrad (24) bzw. die Handrad-Spindel (27) mit den Planetenrädern (26) verbunden ist.

21. Stellantrieb nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (2) mit den Planetenrädern (26) bzw. die Handrad-Spindel (27) mit dem Sonnenrad (24) verbunden ist.

22. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegungsübertragung von einer motorischen Antriebswelle auf das Planetengetriebe (25) ein Schneckenrad vorgesehen ist.

23. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch ge- kennzeichnet, dass zur querkraftfreien Umsetzung der Linearbewegung des Gehäuses (3) in die Schwenkbewegung eines zylindrischen Körpers (32) der zylindrische Körper (32) auf einer mit dem Gehäuse (3) verbundenen Schiene (30) abrollt.

24. Stellantrieb nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bewegungsübertragung von dem Gehäuse (3) auf den zylindrischen Körper (32) der zylindrische Körper (32) mit mindestens einem biegeweichen Element (33), vorzugsweise zwei Seilen, mit dem Gehäuse (3) verbunden ist.