DE1089607B - Schraubengetriebe - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Schraubengetriebe, bestehend aus Spindel und Mutter mit in diesen beiden Teilen eingearbeiteten Schraubennuten und mit einer oder mehreren Kugelreihen, die in diesen Nuten abrollen können, und mit einer in der Mutter vorgesehenen Einrichtung, welche die Kugeln vom einen Ende zum anderen Ende der Schraubenbahn leitet, und einem an der Mutter befestigten Einsatz.

Bei derartigen Schraubengetrieben bereitet es ernste Schwierigkeiten, den einwandfreien Rücklauf der Kugeln zu sichern.

Bei bekannten Bauarten werden die Kugeln tangential aufgenommen und müssen zumindest zwei rechtwinklige Wendungen ausführen. So stoßen die Kugeln bei einer bekannten Bauart gegen gerade Wandungen des Einsatzes, wo sie plötzlich unter Druck gesetzt werden, wodurch die zügige Vorwärtsbewegung behindert wird und zusätzliche Reibungskräfte entstehen. Solche Getriebe haben daher größeren Verschleiß und werden im Betrieb verhältnismäßig schnell heiß.

Die Erfindung besteht darin, daß ein Segmenteinsatz zwei vorzugsweise mit diesem aus einem Stück bestehende Ein- und Auslaßansätze aufweist, die rechtwinklig zur Spindelachse stehende Öffnungen der Mutter durchsetzen und deren Mittelpunkte diagonal zur Spindellängsachse versetzt in Längsrichtung einen Abstand aufweisen, der größer als eineinhalb und kleiner als zwei Schrauben windungen ist. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Ansätze in Radialrichtung so bemessen, daß sie ebenso wie die Mutter ein normales Spiel zum Außendurchmesser der Spindel haben und innerhalb des Teilkreisdurchmessers der Kugellaufbahn mit Lippen enden, die mit den darunterliegenden Schraubenwindungen ausgerichtet sind, wobei die von den Lippen gebildeten Kugeleinzugssteilen beider Einsätze durch einen schrägen Kanal miteinander verbunden sind, der innerhalb des Hauptstücks des Einsatzes liegt und einen den Kugeln plus dem erforderlichen Spiel für die Kugeln entsprechenden Querschnitt hat. Zweckmäßig haben die Lippen eine schaufelartige Verlängerung, die unter Beibehaltung des unbedingt erforderlichen Spiels mit der darunterliegenden Schraubenwindung der Spindel übereinstimmt.

Durch diese Ausbildung werden die Kugeln von allen Kräften in dem Augenblick entlastet, in dem die vordere Kugel aus ihrer normalen tangentialen Umfangsberührung mit den Schraubenenden kommt, so daß sie sozusagen frei im Öl schwimmt. Die nächste Kugel rückt vor und stößt die vorhergehende Kugel frei in den zylindrischen Rücklauf kanal, der sie vollständig umgibt. Dieser Kanal ermöglicht eine stoßfreie allmähliche Richtungsänderung der Kugel. Die erfindungsgemäße Bauart gestattet die Verwendung Schraubengetriebe

Anmelder:

Alfred Paul Mill Cochrane,
Detroit, Mich. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Vorwerk

und Dipl.-Ing. K. Walther, Patentanwälte,

Berlin-Charlottenburg 9, Bolivarallee 9

Beanspruchte Priorität:
V. St v. Amerika vom 5. März 1957

Alfred Paul Mill Cochrane, Detroit, Mich. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

wesentlich geringerer Spiele zwischen Mutter und Spindel, so daß jeder Kugel eine größere spezifische Belastung auferlegt werden kann. Ferner ist es vorteilhaft, daß die Herstellung vereinfacht wird und daß der Einsatz im Gegensatz zu bekannten Bauarten von außen mittels Schrauben an der Mutter befestigt werden kann, also ein leichter Zusammenbau möglich ist. Hierbei liegt der Einsatz innerhalb der Umfangsfläche der Mutter.

Die Herstellung kann wesentlich vereinfacht werden, indem nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung der Einsatz, der die schräg auf Abstand stehenden Ansätze enthält, aus zwei identischen gegeneinander austauschbaren Teilen besteht, deren Trennlinie der Mittelachse der Kugelbahn folgt, die durch die Kugeleinzugsstellen und den Kanal gebildet ist, und daß jeder Teil einen Abschnitt des Segments und einen mit diesem einstückigen Abschnitt jedes Ansatzes enthält.

Es ist hierdurch die Herstellung des Einsatzes vereinfacht, da dieser aus gleichen, verhältnismäßig einfachen Teilen gebildet wird.

Ganz allgemein gestattet das Schraubengetriebe wegen seines hohen Wirkungsgrades die Umwandlung einer drehenden in eine geradlinige Bewegung oder umgekehrt mit sehr geringem Kraftaufwand. Es ist für zahlreiche Anwendungsgebiete einsetzbar, so z. B. bei Kraftfahrzeug-Lenkgetrieben, Wagenhebern, Stellzeugen im Flugzeugbau und Maschinenbau, Leitspindeln für Werkzeugmaschinen usw.

009 608/193

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. In dieser ist

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein aus Spindel und Mutter bestehendes Schraubengetriebe nach der Erfindung,

Fig. 2 eine Seitenansicht, die die gegenseitige Stellung von zwei Einsätzen zeigt, die auf entgegengesetzten Seiten des Mutterumfanges angeordnet sind,

Fig. 3 eine Stirnansicht des Einsatzes mit kegelförmigen Ansätzen,

Fig. 4 eine Ansicht eines der auswechselbaren Teile eines zweiteiligen Einsatzes nach der Linie 4-4 der

Fig. 5 eine Unteransicht des Einsatzes in Richtung des Pfeiles 5 in Fig. 3,

Fig. 6 ein Querschnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 1, der die Ansätze zylindrischer Form mit einem nahe dem Einsatz befindlichen vergrößerten Durchmesser zeigt,

Fig. 7 eine schaubildliche Ansicht des aus Spindel und Mutter bestehenden Schraubengetriebes, wobei ein Teil der Mutterwand weggebrochen ist, um die Bahn zu zeigen, der die Kugelreihe bei der Bewegung in den Windungen der Spindel und der Mutter folgt, und auch die im Einsatz geformte Rücklaufbahn zu zeigen, wobei kegelförmige Ansätze verwendet sind,

Fig., 8 eine Teilansicht eines zum Ausrichten der Kugeln bestimmten Ansatzes nach der Linie 8-8 der Fig. 3, wobei die Eingangs- und/oder Ausgangsöffnung und die Kugeln ausrichtenden zugehörigen Lippen zu sehen sind,

Fig. 9 eine Ansicht des Stirnendes eines Ansatzes, ähnlich Fig. 5, wobei der Ansatz jedoch eine Verlängerung des Stirnendes hat, die mit der darunterliegenden Schraubenwindung der Spindel übereinstimmt,

Fig. 10 eine der Fig. 8 ähnliche Teilansicht mit der in Fig. 9 dargestellten Verlängerung und

Fig. 11. eine Teilansicht des in Fig. 4 dargestellten rechten Ansatzes, dessen Verlängerung sich wie die gemäß Fig. 9 und 10 in die Schraubenwindung der Spindel erstreckt.

In den Zeichnungen ist eine Spindel 10 dargestellt, die auf ihrer Außenseite schraubenförmig verlaufende Nuten 11 hat, die sich über die gesamte Länge oder über einen beliebig langen Teil der Spindel erstreckt. Der Spindel 10 ist eine Mutter 12 zugeordnet, die zylindrisch, rechteckig oder von jeder gewünschten Form sein kann und die in der Innenwandung eine Reihe von komplementären, schraubenförmigen Nuten 13 hat, die mit den Nuten 11 der Spindel 10 zusammenarbeiten, um eine Laufbahn für eine Reihe von Kugeln 14 zu bilden, die frei und stetig in der Schraubenbahn umlaufen. Die in beiden Richtungen mögliche Drehbewegung der Spindel wird auf diese Weise durch den auf die Kugeln 14 übertragenen Druck in eine entsprechende Längs- oder Axialbewegung der Mutter oder umgekehrt übertragen.

Die Mutter 12 hat eine so große Wandstärke, daß sie einen Einsatz 15 für die Umleitung der Kugeln 14 aufnehmen kann. Der freie Ringraum zwischen Spindel und Mutter ist etwas größer als das für gewöhnlieh vorhandene Spiel.

Der Einsatz 15 kann zwar aus einem einzigen Stück bestehen, besteht aber vorzugsweise aus zwei miteinander austauschbaren Teilen, die längs der Rücklaufbahn der Kugeln getrennt sind, wie dies aus den Zeichnungen hervorgeht und nachstehend auch beschrieben ist. Der dargestellte Einsatz 15 weist ein Segment 16 auf, das in eine mit ebenem Boden versehene komplementäre Abfräsung 16 a am Außenumfang des Segments 16 der Mutter 12 paßt. Die Außenseite bildet im wesentlichen eine Fortsetzung des Umfanges der Mutter. Die Unterseite oder der abgeflachte Boden des Segments 16 hat zwei mit ihm aus einem Stück bestehende Ansätze 17 und 18., die komplementäre Öffnungen 12 α der Wand der Mutter 12 durchsetzen und sich rechtwinklig zur Längsachse der Spindel 15 erstrecken. Diese Ansätze. 17, 18 liegen diagonal zur Längsachse der Mutter vorzugsweise in einem solchen Abstand, daß sie eine Mindeststrecke, die etwas größer als einundeinehalbe Schraubenwindung der Nut 11 und kleiner als zwei Schraubenwindungen ist, überdecken, wobei die Innenenden in Radialrichtung so bemessen sind, daß sie einen normalen Abstand vom Außendurchmesser der darunterliegenden Spindel haben und etwas innerhalb des Teilkreisdurchmessers der Reihe von Kugeln 14 enden, die in den Nuten 11, 13 laufen. Die Überdeckung hat keine obere Begrenzung und kann gewünschtenfalls einunddreiviertel, zweiunddreiviertel, dreiunddreiviertel usw. Schraubenwindungen betragen.

Das führende Ende des Ansatzes 17 und das hintere Ende des entgegengesetzt angeordneten· Ansatzes 18 (unter der Annahme, daß sich die Spindel in Rechtsrichtung, gesehen von der linken Seite der Zeichnung, dreht) sind mit Kugelrichtmündungen 19 versehen, die teilweise in den zugehörenden Umfangsabschnitten der Ansätze und teilweise in den radial gerichteten Enden liegen. Die Mündungen 19 bilden die Einlaß- und Auslaßöffnungen von Kugeleinzugsstellen 20 in den Ansätzen 17 und 18. Die Einzugsstellen 20 sind durch einen diagonal verlaufenden Kanal 21 miteinander verbunden, der völlig innerhalb der Umfangswände des Segmentes 16 liegt. Die Mündungen 19 bilden an ihren zugehörigen öffnungen zwei entgegengesetzte gebogene Lippen 22 und 23, die mit den darunterliegenden Windungen der von den Nuten 11, 13 gebildeten Laufbahn ausgerichtet sind, so daß sie nacheinander die Kugeln 14 etwas unterhalb des Teilkreisdurchmessers der Kugelreihen erfassen, wenn sich die Kugeln in diesen Windungen vorschieben. Aus Fig. 5 ist zu sehen, daß die Umrisse der Lippen 22, 23, die den unteren Teil der Mündung 19 bilden¹, so ausgeführt sind, daß sie mit den Einzugsstellen 20, die unter Verbundwinkeln in bezug auf die Achse der Spindel in den Kanal 21 gerichtet sind, so zusammenarbeiten, daß sie mit diesem Kanal einen vollkommen zylindrischen Tunnel bilden, der genau dem Kugeldurchmesser plus dem Spiel entspricht, wobei der Kanal an jedem Ende so ausgebildet ist, daß je nach der Drehrichtung der Spindel entweder die Kugeln erfaßt oder nach der Rückführung aus dem Kanal 21 zur Laufbahn zurückgeführt werden.

Bei einer Abänderung der Ausführung werden die Ansätze 17 so gegossen, daß sie mit den darunterliegenden Schraubenwindungen der Spindel übereinstimmen, wie bei 28 in den Fig. 9 bis 11 dargestellt. Bei der Herstellung der Kugelbahn mittels eines Kugelfräsers wird dieser spiralförmige Abschnitt so geformt, daß er im wesentlichen einer gebogenen Schaufel gleicht, um die Hubwirkung der Mündung 19 und der Lippen 22, 23 zu erhöhen.

Wird angenommen, daß die Spindel eine linksgängige Schraubennut, wie in den Zeichnungen dargestellt, hat und daß sich die Spindel 10 in Rechtsrichtung dreht, so wird auf die Reihe von Kugeln, die sich in den von den Ansätzen 17 und 18 überbrückten Windungen bewegen, ein Druck ausgeübt, so daß eine Linearbewegung der Mutter 12 nach rechts in Fig. 1 und 7 erfolgt. Nähern sich die in der äußersten linksgängigen Schraubenlinie der Mutternut 13 befind-

lichen Kugeln den Lippen 22, 23 des Ansatzes 17, so werden sie aus der zugehörigen Windung der Schraubennut 11 gehoben, treten in die Einzugsstelle 20 ein und beginnen ihre Rücklaufbewegung über den Kanal 21. Der Kanal 21, der, wie bereits erwähnt, innerhalb der Umfangswände des Einsatzsegmentes 16 liegt, liegt in Radialrichtung über den Mutternuten 13, so daß die aus der Einzugsstelle 20 von Ansatz 17 aufgenommenen Kugeln angehoben und über die dazwischenliegenden Windungen zu den Einzugsstellen 20 des Ansatzes 18 geführt werden, worauf die Kugeln in die Windung zurückgelangen, die sich zur Zeit in der Nähe der Mündung 19 des Ansatzes 18 befindet. Solange die Spindel 10 gedreht wird, erfolgt also ein stetiger Umlauf der Kugeln 14.

Bei entgegengesetzter Drehung der Spindel 10 treten die Kugeln über die Mündung des Ansatzes 18 in den Kanal 21 und verlassen diesen an der Mündung des Ansatzes 17, so daß eine Linearbewegung der Mutter 12 in der entgegengesetzten Richtung erfolgt.

Der Einsatz 15 wird am Umfang der Mutter 12, wie in Fig. 1 dargestellt, mittels kurzer Schraubenbolzen. 24 oder Schrauben gehalten, die vorzugsweise in Ausnehmungen 25 des Segmens 16 eingelassen und in Gewindebohrungen 26 in der Wand der Mutter 12 eingeschraubt sind, die sich zwischen den Schraubenwindungen befinden. In der dargestellten Ausführung, bei der der Einsatz aus zwei austauschbaren Teilen 15 α und 15 & besteht, sind die Schraubenbolzen oder Schrauben 24 so angeordnet, daß jeder Schraubenbolzen einen der Teile an seiner Stelle hält.

Wie bereits erwähnt, kann die Mutter 12 so ausgeführt sein, daß sie, wie in Fig. 2 dargestellt, zwei oder mehr Einsätze aufweist. Wie in Fig. 2 dargestellt, liegt ein zweites Paar von Einsätzen 15 c an dem entgegengesetzten Ende der Mutter 12, und zwar um 180 Winkelgrade von dem beschriebenen Einsatz 15 aus Einsätzen 15 α und 15 b versetzt. Der zweite Einsatz 15 c entspricht im Aufbau dem Einsatz 15 und bewirkt einen Umlauf einer anderen Kugelreihe über eine entsprechende Gruppe von Windungen. Damit eine kürzere Mutter verwendet werden kann, überlappen sich die entgegengesetzten Einsätze 15 und 15 c etwas oder nähern sich etwas der Überlappungsstellung innerhalb der Grenzen, die zum richtigen Arbeiten der beiden Gruppen von umlaufenden Kugeln eingehalten werden müssen. Natürlich kann eine Mutter mit mehr als zwei Einsätzen versehen sein, wobei ein Abstand in Umfangsrichtung gewählt wird, wie es erwünscht und zur praktischen Ausführung erforderlich ist.

Bei der Herstellung dieser aus Spindel und Mutter bestehenden Schraubengetriebe ist der Durchmesser der vorstehenden Ansätze in der Nähe der Spindel unter anderem durch die Spindelsteigung und der sich daraus ergebenden Breite der Schraubenkämme begrenzt. Um genügend große Querschnitte zu erhalten, wird vorzugsweise die Form der Bohrungen 12 α und Ansätze 17 und 18 kegelförmig gewählt. Es können jedoch auch abgestufte zylindrische Bohrungen und entsprechende Ansätze 17, 18 vorgesehen werden, wie dies teilweise in Fig. 6 bei 27 in· der Nähe des darüberliegenden Einsatzsegmentes 16 dargestellt ist.

Ein Hauptvorteil der Erfindung besteht bei der Herstellung in der- Möglichkeit, für das Originalmodell ein Gußstück zu verwenden, das in einer gebohrten und vorbereiteten Mutter mit einer an Ort und Stelle befindlichen Spindel und durch Erzeugung einer von der Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung in dem betreffenden Ansatz verlaufenden Kugelrücklaufbahn oder eines Kugelrücklaufkanals im Einsatz unter Benutzung eines Kugelfräsers angefertigt ist, um entweder einen einstückigen oder einen zweistükkigen längs der Mittellinie der Kugelbahn geteilten Einsatz mit austauschbaren Einzelstücken herzustellen. Nach der Herstellung einer Original schablone für die Einsätze sind zu Herstellungszwecken Reproduktionen in der Form von Spritzgußstücken aus Metall, Formstücken aus Kunststoffen oder Reproduktionen nach dem Waschschwundverfahren od. dgl. möglich.

Der zum Herstellen der Rücklaufbahn verwendete Fräser hat einen Durchmesser, der größer als der Kugeldurchmesser ist, um das erforderliche Spiel zu schaffen. Das zum Herstellen der Originalschablone verwendete Verfahren ist bei Arbeitsvorgängen dieser Art mehr oder weniger üblich und besteht darin, eine Pantograph-Kopiermaschine und übergroße Schablonenteile und einen lotrecht angeordneten Kugelfräser zu verwenden.

Mit dem beschriebenen, aus Spindel und Mutter bestehenden Schraubengetriebe und dem Einsatz kann eine größere Zahl von druckaufnehmenden Kugeln in einer bestimmten Mutterlänge untergebracht werden als bisher, und zwar mit einer wesentlichen Verringerung des Spiels zwischen Spindel und Mutter, so daß die schraubenförmig verlaufenden Nuten infolge der tieferen Ausbildung der Nut den Druck besser aufnehmen. Dieser letzterwähnte Vorteil ist durch das von außen erfolgende Befestigen des Einsatzes am Umfang der Mutter möglich, zum Unterschied von der Innenlagerung des Einsatzes bei bekannten Ausführungen. Die beschriebene Ausführung ermöglicht eine schnellereBearbeitung und einen leichteren Zusammenbau.

Das aus Spindel und Mutter bestehende Schraubengetriebe kann vor dem Aufbringen des Einsatzes mit der erforderlichen Zahl von Kugeln gefüllt werden. Dann wird der Einsatz gefüllt und anschließend das Schraubengetriebe zusammengeschraubt.

Weitere Vorteile liegen in der Möglichkeit, den Einsatz oder die Einsätze in allen Ebenen genau einzurichten und eine leichtere Halterung durch äußere Einrichtungen zu schaffen.

Es können zahlreiche Änderungen in den Einzelheiten vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schraubengetriebe, bestehend aus Spindel und Mutter mit in diesen beiden Teilen eingearbeiteten Schraubennuten und mit einer oder mehreren Kugelreihen, die in diesen Nuten abrollen können, und mit einer in der Mutter vorgesehenen Einrichtung, welche die Kugeln vom einen Ende zum anderen Ende der Schraubenbahn leitet, und einem an der Mutter befestigten Einsatz, dadurch gekennzeichnet, daß ein Segmenteinsatz (15, 16) zwei vorzugsweise mit diesem aus einem Stück bestehende Ein- und Auslaßansätze (17, 18) aufweist, die rechtwinklig zur Spindelachse (10) stehende Öffnungen (12 a) der Mutter (12) durchsetzen und deren Mittelpunkte diagonal zur Spindellängsachse versetzt in Längsrichtung einen Abstand aufweisen, der größer als einundeinehalbe und kleiner als zwei Schraubenwindungen ist.

2. Schraubengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (17, 18) in Ra-

dialrichtung so bemessen sind, daß sie ebenso wie die Mutter (12) ein normales Spiel zum Außendurchmesser der Spindel (10) haben und innerhalb des Teilkreisdurchmessers der Kugellaufbahn mit Lippen (22, 23) enden, die mit den darunterliegenden Schraubenwindungen ausgerichtet sind, wobei die von den Lippen gebildeten Kugeleinzugsstellen ·

(20) beider Einsätze durch einen schrägen Kanal

(21) miteinander verbunden sind, der innerhalb des Hauptstücks des Einsatzes (16) liegt und einen den Kugeln (14) plus dem erforderlichen Spiel für die Kugeln entsprechenden Querschnitt hat.

3. Schraubengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippen eine schaufelartige Verlängerung (28) aufweisen, die unter Beibehaltung des unbedingt erforderlichen Spiels mit der darunterliegenden Schraubenwindung der Spindel (10) übereinstimmt.

4. Schraubengetriebe nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeleinzugsstellen (20) der Ansätze (17, 18) in den Kanal (21) unter Verbundwinkel in bezug auf die Achse der Spindel (10) gerichtet sind.

5. Schraubengetriebe nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansätze (17, 18) zu

ihren Enden hin zylindrisch oder kegelförmig oder zylindrisch auf kleineren Durchmesser abgestuft ausgebildet sind.

6. Schraubengetriebe nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (15), der die schräg auf Abstand stehenden Ansätze (17,18) enthält, aus zwei identischen gegeneinander austauschbaren Teilen (15 a, 15 δ) besteht, deren Trennlinie der Mittelachse der Kugelbahn folgt, die durch die Kugeleinzugsstellen (20) und den Kanal (21) gebildet ist, und daß jeder Teil einen Abschnitt des Segments (16) und einen mit diesem einstückigen Abschnitt jedes Ansatzes (17; 18) enthält.

7. Schraubengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (12) mehrere Einsätze (15) aufweist, die in Umfangsrichtung der Mutter auf Abstand stehen.

8. Schraubengetriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (15) in axialer Richtung einander überlappen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 829 533.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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