DE1129791B - Schraubentrieb, bestehend aus einer Spindel und einer Mutter - Google Patents

Description

DEUTSCHES

PATENTAMT

A 33511 XII/47h

ANMELDETAG: 14. DEZEMBER 1959

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UNDAUSGABEDER AUSLEGESCHRIFT: 17. MAI 1962

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schraubentrieb, der aus einer Spindel und einer Mutter besteht und zwischen diesen in einem Träger angeordnete Rollen aufweist, die gleichzeitig mit der Mutter und der Spindel im Eingriff stehen und auf diese Weise die beiden gegeneinander drehbaren Organe des Schraubentriebes miteinander verbinden. Dabei weisen nun die Rollen zwei axiale voneinander entfernte radial verlaufende Lagerflächen auf, während die Schraubentriebmutter aus zwei in bezug auf die Spindellängsachse getrennten Elementen besteht.

Derartige bekannte Vorrichtungen zum Übertragen einer Bewegung nutzen sich im Laufe der Zeit wegen übermäßiger Belastung der Lagerung in unzulässiger Weise ab, und zwar einmal wegen eines allmählichen Abreibens oder Wegrollens des Materials beim Zustandekommen eines Kontaktes zwischen den sich bewegenden Teilen und zum anderen wegen einer Polierung, Feinschleifung oder Glättung der Berührungsflächen. Dabei kann sich nun die Abnutzungserscheinung bei einigen Teilen rascher einstellen als bei den anderen, was sich letzten Endes in einem geräuschvollen Arbeiten des Schraubentriebes auswirkt oder schließlich in einem vollständigen Versagen bemerkbar macht.

Werden solche Schraubentriebe zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine translatorische Bewegung benutzt, so kann es beispielsweise durch Stoß gegen einen Anschlag vorkommen, daß eine Verklemmung des Ausgangselementes, das die translatorische Bewegung ausführt, eintritt und nicht mehr möglich ist, das Element zur Ausgangsstelle zurückzuziehen.

Um einen Stoß oder eine Verklemmung zu vermeiden, wurde bereits schon vorgeschlagen, eine freie Drehung oder einen »Freilauf« des die translatorische Bewegung ausführenden Elementes beim Anstoß gegen einen Anschlag zu ermöglichen.

Alle bisher bekanntgewordenen Vorrichtungen mit Freilauf sind von einer Vollkommenheit noch weit entfernt; sie verklemmen sich gelegentlich immer wieder oder lassen den Freilauf nicht wirksam werden, wenn das betreffende Glied gegen einen Anschlag stößt. Dabei ergibt sich eine wesentlich größere Belastung des Motors als die normale Belastung beim Antrieb der Gewindespindel und der Mutter.

Auch treten bei der Herstellung und beim Zusammenbau von Schraubentrieben mit Spindel und Mutter insofern Schwierigkeiten auf, als das Spindelglied ein fast vollkommenes Gewinde aufweisen muß und bei allen Rollenelementen des Mutterngliedes fast gleiche Abmessungen eingehalten werden müssen. Ist das beispielsweise nicht der Fall, so ist eine Schraubentrieb, bestehend aus einer Spindel und einer Mutter

s Anmelder:

The Anderson Company, Gary, Ind. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Ruschke, Berlin-Grunewald,

und Dipl.-Ing. K. Grentzenberg, München 27, Pienzenauer Str. 2, Patentanwälte

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 15. Dezember 1958 (Nr. 780 514)

Jack Ernest Martens, Gary, Ind. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

Zusammensetzung zu einer Einheit in Frage gestellt.

Sollte dies aus hier nicht weiter zu erörternden Gründen doch möglich sein, so ist es nur auf Kosten eines stoß- oder ruckweisen Laufes durchführbar und schließt die Gefahr eines gänzlichen Stehenbleibens nicht aus. Je größer die Gewindeabweichung und/oder je größer die Abweichungen von den im wesentlichen gleichen Abmessungen der Rollenelemente, um so größer werden die Schwierigkeiten im Hinblick auf stoß- und ruckweise Bewegungen. Wird die Abweichung beim Gewinde zu groß, oder werden die Abstände zwischen den Lagerflächen der Rollenelemente zu groß, so kann die Vorrichtung überhaupt nicht zusammengebaut werden.

Die Erfindung behebt alle vorgenannten Mängel. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen die den Raum zwischen den Elementen der Mutter überbrückenden Rollen mit den betreffenden inneren Teilen ihrer Lagerflächen an den axial entgegengesetzt gerichteten Laufflächen der Elemente der Mutter an, und es ist in diesen Raum ein federndes Mittel vorgesehen, das die beiden Elemente auseinandergedrückt und dadurch die Rollen in der gewünschten axialen Ausrichtung hält. Es kann offensichtlich nicht in Abrede gestellt werden, daß in der erfindungsgemäßen Maßnahme, das Mutterglied des Schraubentriebes zweiteilig auszuführen und mit nach entgegengesetzten Richtungen weisenden Laufflächen auszubilden und zwischen diesen beiden Teilen ein

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Spindel 12 überspannen. Die Anzahl der in jeder besonderen Mutter erforderlichen Lagerelemente steht in einem direkten Verhältnis zur Anzahl der Gewindegänge der Spindel, wobei beispielsweise in den 5 Zeichnungen drei Rollen für eine Spindel mit einem dreigängigen Gewinde dargestellt sind. Befinden sich die Rollen 28 in den in gleichen Abständen angeordneten Öffnungen 26 des Trägers 18 um die Spindel 12 herum, so steht jede Lagerfläche 29 der entsprechen-

elastisches Glied vorzusehen, das diese Teile auseinanderspreizt, wobei zwischen Mutter und Spindel
noch Rollen vorgesehen sind, die ein völliges Auseinanderklaffen der beiden Mutterteile verhindern,
ein nicht abzustreitender technischer Fortschritt auf
diesem Spezialgebiet erzielt wird, zumal sich mit
relativ einfachen gegenständlichen Mitteln eine zufriedenstellende Lösung der gestellten Aufgabe erreichen läßt.

Mit den erfinderischen Mitteln wird auch ein kon- io den Rolle mit einem bestimmten Gewindegang der

stanter wechselseitiger Druck zwischen den Rollen- Spindel im Eingriff. Die Elemente 16 und 17 des

elementen einerseits und zwischen Mutter und Spin- Ringgliedes 15 sind um den Träger und die Rollen 28

del andererseits erzeugt. Diese wechselseitigen herum so angeordnet, daß die Laufflächen 19 und 20

Kräfte zusammen mit der kontrollierten Lage der der Elemente sich zwischen den erweiterten Lager-Rollenelemente in der Mutter bewirken bei gewissen 15 flächen 29 an einer Stelle befinden, an der sie mit

Ausführungsformen der Erfindung einen verbesserten diesen Lagerflächen im Eingriff stehen.

Freilauf, der dem Motor keine nennenswerte Zusatz- Zwischen den einander zugewandten Seiten der

belastung auferlegt, weder beim Anlauf oder beim Elemente 16 und 17 des Ringgliedes 15 befindet sich

Anhalten des Freilaufs oder während des Freilaufs. ein elastisches Glied oder eine federnde Ringscheibe Wesen und Wirkungsweise des Erfindungsgegen- 20 32, die aus der Ebene der Ringscheibe nach beiden

Standes mögen nun an Hand eines Ausführungs- Richtungen vorstehende Abschnitte aufweist. Sie ist

beispiels näher erläutert und beschrieben werden. vorzugsweise aus einem federnden Material hergestellt

Dabei stellt und drückt die beiden Elemente in axialer Richtung

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung des erfin- auseinander, wenn die federnde Ringscheibe zwischen dungsgemäßen Schraubentriebes mit Gewindespindel 25 den beiden Elementen 16, 17 der Mutter eingepreßt

und Mutter, sitzt.

Fig. 2 einen teilweisen Schnitt nach Fig. 1 mit an Wie sich nun aus Fig. 2 ergibt, befindet sich im der Spindel angebrachten Anschlägen, zusammengebauten Zustand der Träger 18 zwischen Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des in seine dem Gewinde der Spindel 12 und dem Ringglied 15, Bestandteile zerlegten Schraubentriebes und schließ- 30 wobei die Rollen 28 um die Spindel herum in belich stimmter Ausrichtung gehalten werden und in getrieb-Fig. 4 einen im vergrößerten Maßstab dargestellten lichem Kontakt mit den Gewindegängen der Spindel Schnitt durch gewisse Arbeitsteile des Schrauben- sowie mit den Laufflächen 19, 20 in den entsprechentriebes dar. den Elementen 16, 17 des Ringgliedes 15 stehen. Die Der in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Schraubentrieb 35 Ringscheibe 32 sitzt zusammengedrückt zwischen den 10 weist eine Mutter 11 und eine Gewindespindel 12 beiden Elementen und drückt die betreffenden Laufauf, die von einem Motor (nicht dargestellt) in Um- flächen 19 und 20 in den getrieblichen Kontakt mit drehung versetzt wird. Dabei besteht die Mutter 11 den Lagerflächen 29 der Rollen 28. An den entgegenaus einem sich aus hohlen, zylindrischen Elementen gesetzten Enden des gewünschten Hubes der Mutter 16, 17 zusammensetzenden Ringglied 15 sowie einem 40 11 sind an der Spindel 12 zwei Anschlagglieder 33, 34 Träger 18, der lose im Ringglied 15 sitzt und die starr befestigt, die bei einem Anstoß des Mutter-Spindel 12 zum Teil lose umgibt. Im Innern der EIe- trägers 18 eine weitere axiale Bewegung der Mutter mente 16, 17 befinden sich Laufflächen 19, 20, die verhindern. Es liegt durchaus im Rahmen der Erfinaxial nach entgegengesetzten Richtungen weisen. Das dung, an Stelle der Anschläge 33, 34 andere geeignete heißt also, daß sich die Lauffläche 19 in dem EIe- 45 und gleichartig wirkende Mittel zu verwenden, ment 16 einer axialen Richtung zuwendet, die der Ein U-förmiger Bügel 35 mit einem Befestigungs-Richtung entgegengesetzt ist, der sich die Lauffläche teil 36 und zwei herabhängenden Schenkeln 37, 38 20 in dem anderen Element 17 zuwendet. An den verbindet das Ringglied 15 mit einem zu bewegenden einander zugewandten Seiten dieser Elemente sind Organ 39. Die Verbindung erfolgt durch radialen zueinander passende Ausschnitte 21, 22 und 23, 24 50 Eingriff der Schenkel 37, 38 des Bügels 35 in die längs im wesentlichen gleich langer und zueinander Ausschnitte 21, 23 und 22, 24 des Ringgliedes 15 der paralleler Sehnen an entgegengesetzten Seiten der Mutter und mittels Schrauben oder Nieten 40, die Achse des Ringgliedes 15 vorgesehen, deren Zweck sich durch den Befestigungsteil 36 des Bügels in das später noch erläutert wird. zu bewegende Organ 39 hinein erstrecken, das längs

Der Träger 18 besteht aus einer hohlen zylin- 55 der Achse der Spindel 12 bewegt werden soll, drischen Hülse mit einer vorherbestimmten Anzahl Im Betrieb wird bei einer Drehung der Gewindevon Fenstern oder Öffnungen 26, die in der zylin- spindel 12 um ihre Längsachse in dem einen oder drischen Wandung in gleichen Abständen um den anderen Sinne das Ringglied 15 längs der Spindel Umfang herum angeordnet sind. Die Längsachse zwischen den Anschlägen 33 und 34 hin- und hereiner jeden Öffnung 26 liegt im wesentlichen parallel 60 bewegt. Da die federnde Ringscheibe 32 beständig zur Längsachse der Spindel 12. In jedem Fenster 26 gegen die beiden Elemente 16 und 17 des Ringdes Trägers 18 sitzt ein Lager- oder Rollenelement gliedes drückt, wird zwischen den Laufflächen 19 und 28, dessen Längsachse im wesentlichen parallel zur 20 und den erweiterten Lagerflächen 29 der Rollen Längsachse des Trägers 18 und zur Längsachse der 28 und zwischen den Lagerflächen 29 und den GeSpindel 12 liegt. In einem vorherbestimmten axialen 65 windegängen der Spindel 12 ein getrieblicher Kontakt Abstand voneinander sind an den Rollen 28 zwei erzeugt. Da die Lagerflächen am Gewinde an den erweiterte Lagerflächen 29 vorgesehen, die eine Rollen und/oder an den Laufflächen 19, 20 der Abvorherbestimmte Anzahl von Gewindegängen an der nutzung (nach der oben gegebenen Defination) unter-

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liegen, so besteht immer ein konstanter, von der 16, 17 des Ringgliedes 15 an Punkten oder Stellen

federnden Ringscheibe 32 erzeugter reaktiver Druck 50 bzw. 51, deren Abstand von der Achse der Spin-

zwischen den Rollen und den Laufflächen, weshalb del verschieden groß ist. Der obengenannte Kontakt

die Vorrichtung nach wie vor zügig arbeitet. wird dadurch erzeugt, daß sich das Ringglied 15 aus

Stößt der Träger 18 bei seinem einen Hubende 5 zwei unter Federdruck stehenden Elementen zugegen den Anschlag 33, so tritt in bezug auf den An- sammensetzt, so daß das eine Ringelement sich in beschlag 33 und die Spindel 12 eine Arretierung ein, zug auf das andere an der einen Seite der Achse wodurch eine weitere axiale Bewegung des Ring- radial nach außen verschieben kann, oder das eine gliedes 15 verhindert wird. Die Spindel 12, der An- Element sich an die genannte eine Seite der Spindel schlag 33 und der Träger 18 drehen sich zusammen, io näher heranbewegt, um sich den Abweichungen der ohne daß auf das Ringglied 15 eine translatorische Gewindegänge an der Spindel anzupassen. Ist das Bewegung übertragen wird. Das Ringglied 15 dreht Ringglied nicht belastet, so sucht die gegen die beisich frei in bezug auf den Träger und die Spindel, da den Elemente 16 und 17 drückende Federscheibe 32 sich die Rollen 28 um deren Längsachsen zwischen die Achse der Rollen 28 im wesentlichen parallel zur der Spindel 12 und den ortsfesten Laufflächen 19, 20 15 Achse der Spindel 12 auszurichten, wobei die inneren des nicht rotierenden Ringgliedes 15 drehen. Die RoI- Kontaktflächen 29 der Rollen 28 die Gewindegänge len werden mit dem Käfig und der Spindel um deren 43, 46 an den beiden voneinander entfernten Punk-Achse gedreht, wobei auf das Ringglied keine axial ten oder Stellen 45, 48 berühren, während an den wirkende Kraft ausgeübt wird. Da die Längsachsen Gewindegängen 42 und 52 keine Berührung erfolgt, der Rollen 28 von den auf die Lagerflächen axial ein- 20 Aus dieser Figur läßt sich noch eine weitere wirkenden Kräften im wesentlichen parallel zur Schwierigkeit ersehen, die der einschlägigen Industrie Längsachse der Spindel 12 gehalten werden, so er- viel zu denken gegeben hat. Es handelt sich dabei folgt ein zwangläufiger und wirksamer Freilauf. Die- darum, den Abstand der erweiterten Lagerflächen 29 ser Freilauf vollzieht sich glatt und erhöht zum an jeder RoUe 28 innerhalb bestimmter Mindest-Unterschied gegenüber bekannten Vorrichtungen die- 25 toleranzen zu halten. Bei der Herstellung der Lagerser Art den Widerstand der Spindel 12 gegen die flächen ergeben sich oftmals, wenn auch geringfügige Drehung nicht wesentlich. In diesem Betriebszustand Abweichungen von den Sollwerten, wobei selbst bei läuft die Mutter frei, ohne dabei den Motor zu be- genau hergestelltem Gewinde an der Spindel die lasten. Auch eine Umkehrung der Spindeldrehrich- Rolle 28 infolge eines größeren oder kleineren Abtung und die dabei eintretende zwangläufige Um- 30 Standes der Lagerflächen 29 voneinander von der kehrung der Bewegungsrichtung des Ringgliedes stellt Spindelachse weggedrückt wird. Liegen beispielsweise keine nennenswerte Belastungserhöhung des Motors die Lagerflächen zu nahe beieinander, so würde sich dar. der in Fig. 4 dargestellte Zustand ergeben. In diesem

In Fig. 4 ist nochmals vergrößert ein Schrauben- Fall weicht der Kontakt der Flächen 29 mit der Spintrieb mit Mutter und Spindel dargestellt. Soll ein 35 del und den Laufflächen von der idealen Bedingung Werkstück entweder durch Walzen oder Schneiden ab, nämlich das rechte Lagerelement berührt das Gemit Gewinde versehen werden, so ist es fast unmög- winde nur an der einen Stelle 48 und die Lauffläche lieh, die Abmessungen des Gewindes auf einem fest- 20 des Elements 17 des Ringgliedes 15 nur an der gesetzten Wert zu halten, ohne die Herstellungskosten Stelle 51 mit einem anderen Abstand von der Spindeldes Gewindes erheblich zu vergrößern. Die Ab- 40 achse, als die Stelle 50 aufweist, an der die entweichung des Gewindes von den festgesetzten Wer- sprechende Lagerfläche 29 mit der Lauffläche 19 ten ist eine Folge der unterschiedlichen Härte des Kontakt hat. Das Element 16 wird dementsprechend Materials in der Längenausdehnung des Materials an der einen Seite in bezug auf das andere Element wie auch eine Folge der bei den Maschinen, Preß- 17 in der Nähe dieser besonderen Rolle radial verformen, Werkzeugen u. dgl. anzutreffenden Ab- 45 schoben. Bewegt sich die Mutter 11 längs der Spinweichungen. Bei einer Vorrichtung der beschriebenen del, so weisen die Rollen 28 der Reihe nach im we-Art mit Mutter und Spindel werden die Rollen 28 sentlichen den beschriebenen Kontakt auf und geso angefertigt, daß deren erweiterte Lagerflächen 29 legentlich nur einen Teilkontakt, wie in Fig. 4 dareine vorherbestimmte Entfernung voneinander be- gestellt. Die Bewegung des Ringgliedes längs der sitzen, die ausreicht, um eine gegebene Anzahl von 50 Spindel 12 erhält dabei das Aussehen, als ob die bei-Gewindegängen einer bestimmten Spindel zu über- den Elemente 16 und 17 radial umeinander kreisen, spannen, wenn die Elemente sich in einer Mutter auf wenn sich die Mutter über Gewindeteile mit den beder Spindel 12 befinden. schriebenen Abweichungen hinweg bewegt. Die

Die in Fig. 4 dargestellten Gewindegänge der Spin- gleiche Kreiselbewegung kann sowohl von Abdel 12 zeigen Abweichungen der soeben beschrie- 55 weichungen beim Gewinde als auch von Lagerbenen Art und bewirken, daß die Lagerflächen 29 elementen mit Unter- oder Übergröße verursacht der Rollen 28 an den Gewindegängen anders anliegen werden.

als bei einem theoretischen, normalerweise erwünsch- Nach Fig. 4 kann die im Betrieb unter Belastung ten Kontakt. Dabei berührt die linke Lagerfläche 29 stehende Spindel in einem Sinn gedreht werden, bei die Gewindegänge 42, 43 bei 44, 45, während die 60 dem die Mutter 11 nach rechts bewegt wird. Die rechte Lagerfläche 29 nur den Gewindegang 46 bei Kräfte werden vom Gewindegang 42 aus über die 48 berührt. Dieser Kontakt sucht die Längsachse der Stelle 44 auf die Lagerfläche 29, von hier aus auf die Rolle 28 von der Längsachse der Spindel aus zu ver- Lauffläche 19 des Elements 16 und danach auf den kanten, obwohl die Längsachse der Rolle 28 immer an der Betriebsbelastung befestigten Bügel 37 übernoch in einer mit der Längsachse der Spindel gemein- 65 tragen. Das auf die linke Lagerfläche 29 einwirkende samen Ebene liegt. Infolge der radialen Achse der Kräftepaar sucht die Achse der Rolle 28 von der Rolle 28 erfolgt dieser Kontakt zwischen der Lager- Achse der Spindel aus so zu verkanten, daß ein Konfläche 29 und den Laufflächen 19, 20 der Elemente takt zwischen der linken Lagerfläche 29 mit der

Stelle 44 am Gewindegang 42 und der Stelle 45 am Gewindegang 43 hergestellt wird. Die rechte Lagerfläche 29 wird gegen die Lauffläche 20 des rechten Ringelements 17 mit einer Kraft gedrückt, die den Federring 32 gegen das Ringelement 16 zu drücken sucht. Der Federring hält das Element 17 in reaktivem Kontakt mit der Rolle 28 und dessen Achse in der Ebene der Spindelachse, wodurch Abweichungen beim Gewinde und Herstellungsungenauigkeiten bei den Rollen 28 sowie die Abnutzung an den verschiedenen arbeitenden Teilen ausgeglichen werden. An den oben beschriebenen Ausführungsformen sind im Rahmen der Erfindung Änderungen bzw. Abwandlungen durchaus möglich, sofern sie in den Bereich des Patentbegehrens fallen und von diesem gedeckt werden.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schraubentrieb, bestehend aus einer Spindel und einer Mutter und aus zwischen diesen beiden Teilen in einem Trägerglied angeordneten Rollen, die gleichzeitig mit der Mutter wie auch mit der Spindel im Eingriff stehen und somit die beiden gegeneinander drehbaren Organe des Schraubentriebes miteinander verbinden, wobei die Rollen zwei axiale voneinander entfernte radial verlaufende Lagerflächen aufweisen, während die Mutter des Schraubentriebes aus zwei in bezug auf die Spindellängsachse getrennten Elementen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die den Raum zwischen den Elementen (16, 17) der Mutter (11) überbrückenden Rollen (28) mit den betreffenden inneren Teilen ihrer Lagerflächen (29) an den axial entgegengesetzt gerichteten Laufflächen (19, 20) der Elemente (16,17) der Mutter anliegen und daß in diesem Raum eine federnde Ringscheibe (32) vorgesehen ist, die die beiden Elemente (16, 17) auseinanderdrückt, wodurch die Rollen (28) in der gewünschten axialen Ausrichtung gehalten werden.

2. Schraubentrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anschlagglieder (33, 34) an den entgegengesetzten Enden des inneren drehbaren Gliedes (12), mit denen der genannte Schraubentrieb in Eingriff gelangen kann, wobei das äußere Glied (15) einen Freilauf in bezug auf das innere Glied (12) ausführen kann, wenn der Schraubentrieb gegen eines der Anschlagglieder (33, 34) stößt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1043743;
USA.-Patentschriften Nr. 2714005, 2 525 326.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 209>580/2<B5.62