DE1204487B - Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh-bewegung in eine geradlinige Bewegung mit einem sehr geringen Vorschub je Umdrehung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

F 06h

Deutsche KI.: 47h-3

Nummer: 1 204 487

Aktenzeichen: T 23507 XII/47 h

Anmeldetag: 21. Februar 1963

Auslegetag: 4. November 1965

Anmelder:

La Technique Integrale S. A., Paris Vertreter:

Dr.-Ing. E. Maier, Patentanwalt,

München 22, Widenmayerstr. 4

Als Erfinder benannt:

Herve Perrin,

Neuilly-sur-Seine, Seine (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 21. Februar 1962 (888 694)

Die Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen bei Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh-

Vorrichtungen mit einer Spindel und einer Schrauben- bewegung in eine geradlinige Bewegung mit einem

muttd mit hohem Wirkungsgrad, bei welcher zwischen _sehr geringen Vorschub je Umdrehung

einer Spindel und einer Gewindebuchse Gewindewalzen mit einem gewölbten Profil angeordnet sind, 5 deren Schraubengewinde sich im Eingriff mit den Gewinden der Buchse und denjenigen der Spindel befinden. Derartige Einrichtungen wandeln eine Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung mit hohem Wirkungsgrad um. io

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Einrichtungen, bei welchen der Vorschub pro Umdrehung
der Buchse sehr gering und unterhalb der Gewindeganghöhe der Spindel ist und bei welcher die Gewinde
der Walzen die gleiche Steigung wie die Gewinde der 15
einen der beiden Teile (Spindel oder Buchse) haben,
zwischen denen diese Planetenwalzen derart angeordnet sind, daß sie in bezug auf den genannten Teil
keine Längsbewegung ausführen können. Diese Planetenwalzen drehen sich um sich selbst um ihre eigenen 20
Achsen und sind zu diesem Zweck in einem zur Spindel
und der Gewindebuchse koaxialen Käfig drehbar gelagert, welcher sich um die gemeinsame Achse von
Spindel und Buchse dreht. 2

Eine solche Vorrichtung mit einem sehr geringen 25

Vorschub pro Umdrehung, bei welcher die Ganghöhe die störende Gleitbewegung (Schlupf) der Planetender Buchse unterschiedlich von der Ganghöhe der walzen auf dem anderen Element, nämlich demjenigen, Spindel ist, wird »Einrichtung mit konstanter Diffe- dessen Gewinde einen von dem Steigungswinkel der rentialganghöhe« genannt, wenn die Walzen über eine Gewinde der Planetenwalzen unterschiedlichen Steigeringe Länge an Stelle der Schraubengewinde Zähne 30 gungswinkel hat, einen konstanten Wert hat. haben, welche in andere Zähne eingreifen, welche in Der Antrieb des Käfigs kann über eine mit dem

den Scheitelpunkt der Gewinde der Spindel und der Käfig verbundene Verzahnung erfolgen. Bei VerBuchse eingeschnitten sind. Man bestimmt so sicher Wendung einer drehbaren Buchse, wobei der Gewindedie jeweiligen Lagen in bezug auf einen Maßstab. Steigungswinkel der Walzen gleich demjenigen der

Die Herstellung derartiger Einrichtungen erfordert 35 Buchsengewinde ist, kann man die Buchse und den aber Verzahnungen auf der Spindel, auf den Walzen Käfig durch eine gemeinsame Welle (oder eine gemein- und auf der Buchse und führt zu Schwierigkeiten beim same Kurbel) antreiben.

Entwurf und bei der Benutzung der Einrichtung. Im Die Drehung des Käfigs um die Spindel und die

übrigen sind die Verwendungsmöglichkeiten beschränkt Drehung der Buchse sind also genau bestimmt in und ebenso die verwendbaren Hübe und die Auswahl 40 bezug auf die unverschiebbare, in Drehung befindliche der Vorschübe pro Umdrehung. Spindel. Wenn außerdem gegeben ist, daß die Walzen

Ziel der Erfindung ist eine Vorrichtung der er- genau mit der Buchse verbunden sind, folgt daraus, wähnten Gattung zu schaffen, die sich durch einen daß die Einrichtung sich verhält, wie wenn die Walzen hohen Wirkungsgrad auszeichnet und insbesondere sich in fester Verbindung mit der Spindel befinden für Prazisionswerkzeugmaschinen verwendbar ist, 45 würden. Man erhält so eine Einrichtung mit einer wobei die Beseitigung der erwähnten verschiedenen Spindel und einer Schraubenmutter mit hohem Wir-Nachteile angestrebt wird. Dies wird dadurch erreicht, kungsgrad und mit geringem Vorschub pro Umdaß die Einrichtung eine Übertragungsvorrichtung mit drehung, deren resultierende Gewindeganghöhe durch fester Übersetzung enthält, die zwischen dem Käfig Unterdrückung aller nichtkontrollierten Gleitmöglich- und demjenigen Element (Spindel oder Buchse) einge- 50 keiten zwischen den Walzen und den beiden Elementen, schaltet ist, dessen Gewinde den gleichen Steigungs- welche bei ihrem Auftreten eine Verschiebung der winkel wie dasjenige der Planetenwalzen hat, so daß Spindel parallel zu den Walzenachsen bewirken, eine

konstante Genauigkeit beibehält. Eine solche Ausführung hat zwei wesentliche Vorteile:

a) das Element, dessen Schraubengewinde einen von dem Steigungswinkel der Gewinde der Walzen unterschiedlichen Steigungswinkel hat, enthält keine Verzahnungen; die Herstellung wird dadurch vereinfacht, und es ist der mögliche Hub nicht durch die Länge der im Eingriff stehenden Verzahnungen begrenzt;

b) die verschiedenartige Wahl der Beziehungen der Verzahnungen ermöglicht es, die möglichen Gleitbewegungen zwischen den sich gegenseitig in Längsrichtung verschiebenden Elementen zu steuern. ¹S

Nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung kann die Bewegungsumf ormungseinrichtung in der Übertragungseinrichtung mit fester Verbindung ein Zwischenorgan enthalten, welches es ermöglicht, die Drehung des Käfigs um das Element, dessen Schraubengewinde einen von dem Steigungswinkel der Schraubengewinde der Walzen unterschiedlichen Steigungswinkel hat, und die Drehung des Elements, dessen Schraubengewinde den gleichen Steigungswinkel wie die Schraubengewinde der Walzen hat, die sich um das Element mit Schraubengewinden unterschiedlichem Steigungswinkel befinden, zu steuern.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann dieses Zwischenorgan enthalten, wenn man beabsichtigt, eine gesteuerte Veränderung der Vorschübe pro Umdrehung zu erhalten, indem man z. B. als Zwischenorgan, welches die genannten Drehbewegungen steuert, steuerbare Kupplungen, Schaltkupplungen, Stellvorrichtungen, Bremsen, Geschwindigkeitswechselgetriebe usw. verwendet, welche die Steuerung der relativen Drehgeschwindigkeiten des Käfigs und der Buchse in bezug auf die Spindel und zwischen sich sicherstellen.

Dieses zusätzliche Merkmal ermöglicht es z. B., entweder einen schnellen Vorschub bis zu dem Augenblick zu erhalten, in welchem die Arbeitsbelastung in einem Zug oder einem Druck fühlbar wird und die darauf einen langsameren Vorschub pro Umdrehung notwendig macht, oder noch eine Änderung des Vorschubsinnes, welcher eventuell durch eine stufenlose Stellvorrichtung gesteuert werden kann.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Bewegungsumformungseinrichtung,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II - II der Fig. 1,

F i g. 3 eine Ansicht einer Ausführungsvariante.

In den F i g. 1 und 2 enthält die Einrichtung eine zentrische Spindel 1, die ohne Drehung gleiten kann. Diese Spindel 1 ist im Eingriff mit den Planetenwalzen 2, die in dem Käfig 3 angeordnet sind. Dieser Käfig 3 wird gebildet von zwei Ringen 3 α und 3 b, die zu der Spindel 1 koaxial liegen und in denen sich die äußersten Längsenden 2a und 2b der Walzen drehen. Diese Walzen 2 stehen im übrigen im Eingriff mit dem inneren Schraubengewinde einer Buchse 6 in Form von zwei Schraubenmuttern 4 und 5, welche im Inneren der Buchse 6 mittels eines Keiles 7 und eines mit Gewinde versehenen Abschlußstückes 10, welches auf die Buchse 6 aufgeschraubt ist, festgeklemmt sind.

Die Schraubengewinde der Planetenwalzen 2 haben bei diesem Ausführungsbeispiel den gleichen Steigungswinkel α wie die Buchse 6, wobei dieser Steigungswinkel sich von dem Steigungswinkel b der Schraubengewinde der Spindel 1 unterscheidet.

Die Walzen 2 sind an ihren Längsenden mit Verzahnungen 8 und 9 versehen, die sich jeweils im Eingriff mit den Zahnkränzen 11 und 12 befinden, welche auf den Schraubenmuttern 4 und 5 der Buchse 6 aufgeklemmt sind.

Gemäß der Erfindung ist der Ring 3a des Käfigs 3 mit einem Antriebsrad 13 fest verbunden, das sich im Eingriff mit einem anderen Rad 14 befindet, welches auf einer Welle 15 festgekeilt ist. Auf dieser Welle ist außerdem ein zweites Rad 16 aufgekeilt, welches im Eingriff mit einem Kranz 17 ist, welcher auf der äußeren Oberfläche der Buchse 6 angebracht ist.

Man kann so insbesondere ein System mit sehr kleiner konstanter differentieller Gewindeganghöhe verwirklichen mit geringen erzwungenen Gleitbewegungen auf einem schraubenförmigen Wälzlager mit einem Vorschub pro Umdrehung, der theoretisch Null ist.

Es ist bekannt, daß man in einer Einrichtung mit konstanter differentieller Gewindeganghöhe durch Kombination einer Anzahl von Schraubengewinden auf den verschiedenen Walzenelementen, Buchse und Spindel eine Einrichtung erhalten kann, bei welcher die resultierende theoretische Ganghöhe Null ist.

Wenn, wie beschrieben, die Schraubengewinde der Walzen 2 den gleichen Steigungswinkel α wie die Schraubengewinde der Buchse 6 haben, kann man die Anzahl der Zähne der Räder 13 und 14 derart wählen, daß eine leichte Gleitbewegung von gesteuerter Größe zwischen den Walzen 2 und der Spindel 1 erhalten wird. Es ergibt sich daraus ein Vorschub pro Umdrehung, der sehr gering sein kann.

Es werden im folgenden Ausführungsbeispiele beschrieben, die unter Anwendung der obengenannten Prinzipien ausgeführt werden können.

In allen genannten Beispielen ist der Steigungswinkel der Schraubengewinde der Walzen 2 gleich dem Steigungswinkel der Schraubengewinde der Buchse 6.

Elemente, welche die Spindel 1 bestimmen

Flankendurchmesser: D₁
Abmessung des Schraubengewindes: /
Anzahl der Gewindegänge: JV₁ (N₁ mit dem Vorzeichen + für Rechtsgang und mit dem Vorzeichen — für Linksgang)
Ganghöhe der Spindel: P₁ = N₁- f.

Elemente, welche die Walze 2 bestimmen

Flankendurchmesser: d
Abmessung des Gewindes: /
Anzahl der Gewindegänge: η (« mit dem Vorzeichen + für Rechtsgang und mit dem Vorzeichen — für Linksgang)
Ganghöhe der Walze: ρ = / · η.

Elemente, welche die Buchse 6 bestimmen

Flankendurchmesser: D₂
Abmessung des Gewindes: /
Anzahl der Gewindegänge: N_z (N₂, mit dem Vorzeichen + für Rechtsgang und mit dem Vorzeichen — für Linksgang)
Ganghöhe der Buchse: P₂ = N₂ · /.

5 6

Es besteht zwischen den Größen der Walze und der / = 1 mm

mit Gewinde versehenen Buchse die folgende Be- P₁ = — 3 mm

Ziehung auf Grund der Gleichheit der Steigungs- P₂ = + 5 mm

^{winkel a:} _ -3 · 45 + 5 · 27 _ -135 + 135

^D* ₌ Z? _ 27 + 45 72

ⁿ Um einen sehr geringen Vorschub während einer

Für eine Umdrehung der Buchse zeigt eine einfache leichten gesteuerten Gleitbewegung der Schrauben-

n , j „ j _T, .._c ~ , , _a N₁ gewinde der Walzen auf den Schraubengewinden der

Rechnung, daß der Käfig 3 drehen muß um: ^^ ₁₀ ^_{1 zu} ^^ _{njmmt man Rädej}. J^ _einer ^

₁₀ ^_{1 zu} ^^ _{njmmt man Rädej}. J^ _einer

damit die resultierende Ganghöhe durch folgende ^-/²-_iT.

Formel gegeben ist: ⁶ 2 (VV₃ — 1)

PD-i-pD Es läßt sich leicht darlegen, daß der Vorschub je

ρ = — —-- . Umdrehung dann ist

D₁ + D₂ 15 in i i \

Wenn —^---^ · ^ 2 (^ - 1)/,

A = Anzahl der Zähne der Verzahnung 17 der W(^₂-IJ J₂ J₃)

Buchse 6, wobei / die Abmessung des Schraubengewindes ist.

j₂ = Anzahl der Zähne des Rades 16, welches sich Mit Schraubengewinden von 1 mm kann man einen

im Eingriff mit der Verzahnung 17 der Buchse 6 ao Vorschub je Umdrehung von 0,01 mm verwirklichen;

befindet, bei einer Buchse mit fünf Gewindegängen (N₂ = 5)

7₃ = Anzahl der Zähne des Rades 13, das fest mit ergibt sich:

dem Käfig 3 verbunden ist, JV₂ 5

ji = Anzahl der Zähne des Rades 14, das sich im _Λ = — ·

Eingriff mit dem Rad 13 befindet, 25 ² ^² ~ ¹I ⁸

muß sein: Wenn man annimmt

A . A = -^2 J₁ h _ 20 39

k k ^ CN₂ — 1) j₂ j₃ 25 50 '

Im folgenden werden drei praktische Ausführungs- 3° erhält man einen Vorschub je Umdrehung der beispiele der Erfindung gegeben. Schraubenmutter:

I. Für ein Lager mit konstantem differentiellen Ge- _o_/^ ^O 39 \ _n -J5 78 \

windegang fur verschiedene Grundwerte: \8 25 50/ \8 125 /

D₁ = 14 mm 35 wobei P — 0,008 mm, und einen Vorschub je Um-

/= 1,5 mm drehung von:

^= 7mm J₁ 20 125
ρ = resultierende Vorschub je Umdrehung: 2 mm. 40

Um einen resultierenden Vorschubwert sicherzu- Es genügt, einen Halbmesser der Abrundung der

stellen muß sein· ^mit Gewinde versehenen Walzen zu bestimmen, um

' ' . . die minimale Gleitbewegung zwischen der Spindel und

Il . Il. — __ . der Walze zu sichern.

j₂ j₃ 3 45 Man kann auf diese Weise leicht Systeme mit

was beispielsweise verwirklicht werden kann durch: Spindel und Buchse mit hohem Wirkungsgrad und mit

konstanten differentiellen Gewmdegang sehr geringer

. Zr ^ Größe und sehr geringen gesteuerten Gleitbewegungen

24 50 ^: verwirklichen.

Λ = 20 Zähne auf dem Außenumfang der Buchse 6 ⁵° _n ^Έ™ S^lei'^clf^r £5f ^rzuS ^^e!^bt f^e ™^h _t drehende

(Verzahnung 17) Buchse und den Käfig an, welcher den Wert der Gleit-

k = 24 Zähne auf dem Rad 16, bewegung der Walzen auf der Spindel bestimmt.

Λ = 50 Zähne auf dem Rad 13, ^El"^e _u derartige Einrichtung erscheint grundsätzlich

h = 40 Zähne auf dem Rad 14. vorteilhaft fur die Konstruktion von Systemen mit

55 Spindel und Schraubenmutter mit hohem Wirkungs-

II. Lager mit konstantem differentiellen Gewinde- grad und sehr geringem Vorschub je Umdrehung in

gang, genannt »O-gesteuert« (konstanter und sehr ge- der Verwendung entweder für Präzisionswerkzeugma-

ringer Vorschub pro Umdrehung). Es wird eine Vor- schinen (Fräsmaschinen, Schleifmaschinen usw.) oder

schubeinrichtung gewählt mit einem theoretischen für nicht umkehrbare Winden ohne zwischenge-

Vorschub je Umdrehung = 0, bei welcher: 60 schaltetes Vorgelege.

_ -Pi-Pa + PgDi _ q III. Schraubenförmige Rollen mit veränderbarer und

D₁ + D₂ ' gesteuerter differentieller Ganghöhe

z. B. in dem Falle in dem ^a) Wenn man die Werte des obengenannten ersten

D₁ = 27 mm ' 6₅ Beispieles nimmt

D₂ = 45 mm N₁= 4

N₂= 5 mm N₂ = —4

N₁ = S /= 1,5 mm

erhält man mit:

J₁ = 20 Zähne
J₂ — 24 Zähne
j₃ = 50 Zähne
j₄ = 40 Zähne

einen konstanten resultierenden Vorschub je Umdrehung von 2 mm.

Wenn jedoch beispielsweise zwischen die Räder 14 und 16, die auf zwei verschiedenen Wellen 19 und 20 « angeordnet sind, ein übertragungselement 18 (F i g. 3) zwischengeschaltet wird, welches es ermöglicht, den Käfig 3 in unmittelbaren Eingriff mit der Buchse 6 zu bringen, hat der Käfig keine Relativbewegung mehr in bezug auf die Buchse, und man erhält einen resultierenden Vorschub je Umdrehung, welcher gleich der Ganghöhe der Schraube ist, d. h. 4 ■ 1,5 mm = 6 mm.

Wenn das Übertragungselement 18 zwischen dem Käfig 3 und der Buchse 6 eine steuerbare oder schaltbare Kupplung, eine Stellvorrichtung, ein Geschwindigkeitswechselgetriebe usw. ist, welches Gleitbewegungen vor der vollständig festen Verbindung des Käfigs 3 mit der Buchse 6 ermöglicht, kann man einen veränderbaren Vorschub je Umdrehung erhalten, der gegebenenfalls gesteuert werden kann und von 2 bis 6 mm reicht.

b) Aus dem zweiten Beispiel ergibt sich, daß bei Verbindung der Räder 14 und 16 ein Vorschub der Spindel 1 je Umdrehung der Buchse 6 von 0,008 mm erhalten werden kann. Wenn man die Räder 14 und 16 voneinander löst, während der Käfig 3 mit der Buchse 6 verbunden wird und sich mit gleicher Geschwindigkeit wie diese Buchse dreht, erhält man einen Vorschub der Schraubenmutter je Umdrehung, der gleich der Ganghöhe der Spindel ist, d. h. —3 mm mit umgekehrtem Richtungssinn. In diesem Falle kann man mit einer Kupplung 18 mit veränderbarem Schlupf einen Wechsel des Vorschubsinnes mit kontinuierlicher Steuerung erhalten, der zwischen -f- 0,008 mm und —3 mm veränderbar ist.

Claims (4)

Patentansprüche: 40

1. Vorrichtung zur Umformung einer Drehbewegung in eine geradlinige Bewegung mit zwischen einer Spindel und einer eine Schraubenmutter bildenden Gewindebuchse angeordneten Planeten-Gewindewalzen, bei welcher die Gewindewalzen den gleichen Steigungswinkel wie das Gewinde einer der beiden Elemente (Spindel und Buchse) haben, zwischen denen die Planetenwalzen angeordnet sind, wobei jede Planetenwalze mit ihren Enden in einem mit der Spindel und der Buchse koaxialen Käfig drehbar gelagert und durch eine Verzahnung mit derjenigen der Elemente (Spindel oder Buchse) verbunden ist, deren Gewinde den gleichen Steigungswinkel wie die Walzengewinde haben, so daß die Walzen gegenüber dem genannten Element keine Längsverschiebung ausführen können, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Käfig (3) und dem Element (Spindel 1 oder Buchse 6), dessen Gewinde den gleichen Steigungswinkel wie dasjenige der Planetenwalzen (2) haben, eine Übertragungsvorrichtung (13 bis 17) mit fester Übersetzung vorgesehen ist, so daß der schädliche Schlupf der Planetenwalzen auf dem anderen Element (1), d. h. demjenigen, dessen Gewinde einen von den Planetenwalzen unterschiedlichen Steigungswinkel hat, einen konstanten Wert aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (3) und dasjenige Element (Spindel oder Buchse), dessen Gewinde den gleichen Steigungswinkel wie die Gewinde der Planetenwalzen hat, je eine Verzahnung (13, 17) aufweisen und daß ein Räderzug (14, 16) die Verzahnung des Käfigs und des genannten Elementes verbindet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 zur Erzielung eines Vorschubes, der theoretische Null ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Übersetzungsverhältnis in der Übertragungsvorrichtung (13 bis 17) derart gewählt ist, daß ein sehr geringer Vorschub bei Verwirklichung eines leichten gesteuerten Schlupfes der Walzen auf dem Element, dessen Gewinde einen von den Gewinden der Walzen unterschiedlichen Steigungswinkel hat, und das sich infolgedessen in Längsrichtung in bezug auf die Walzen verschiebt, erhalten wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsvorrichtung ein Zwischenglied (18) enthält, welches eine Veränderung des Übersetzungsverhältnisses zwischen dem die Walzen tragenden Käfig (3) und der Buchse (6), deren Gewinde mit demjenigen der Walzen gleichen Steigungswinkel hat, ermöglicht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Schweizerische Patentschrift Nr. 335 263;
USA.-Patentschrift Nr. 2 321 442.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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