DE1216058B

DE1216058B - Rollringgetriebe zur Umwandlung einer drehenden in eine hin- und hergehende Bewegung

Info

Publication number: DE1216058B
Application number: DEST16342A
Authority: DE
Inventors: Carl-Bruno Strandgren
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-03-31
Filing date: 1960-03-28
Publication date: 1966-05-05

Description

Rollringgetriebe zur Umwandlung einer drehenden in eine hin- und hergehende Bewegung Die Erfindung bezieht sich auf ein Rollringgetriebe zur Umwandlung einer drehenden in eine hin- und hergehende Bewegung mit einer in mindestens einem Ring abrollenden rotierenden Welle, wobei der Ring um seinen durch den Abrollpunkt zwischen Ring und Welle gehenden Durchmesser drehbar ist.
Derartige Rollringgetriebe sind bereits bekannt und finden bei den verschiedensten Maschinenarten, beispielsweise an Werkzeugmaschinen, Textilmaschinen u. dgl. Verwendung; insbesondere dienen derartige Rollringgetriebe auch als stufenlos regelbare Vorschubvorrichtungen.
Bei diesen bisher bekannten Rollringgetrieben hängt jedoch die zu übertragende Schubkraft bei gegebenem Reibungskoeffizienten zwischen Ring und Welle allein von der Kraft ab, mit der die Ringe radial gegen die Welle gedrückt werden. Diese Kraft kann jedoch im allgemeinen nicht sehr groß gewählt werden, wenn man nicht unter Inkaufnahme eines großen Vorrichtungsaufwandes besonders stabile Drucklager vorsieht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannten Rollringgetriebe derart zu verbessern, daß bei gleichen, im Ruhezustand der Maschine auf die Welle bzw. die Ringe wirkenden Kräften die erzielbare Schubkraft wesentlich größer ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Rollringgetriebe nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Ring außerdem mit seinem Lager in einer durch die Achse der Welle und den Abrollpunkt zwischen Ring und Welle gehenden Ebene um eine erste oder um eine zweite von zwei beiderseits der den Abrollpunkt enthaltenden diametralen Ebene gelegenen Schwenkachsen schwenkbar ist, wobei die Resultierende der auf den Ring ausgeübten Kräfte kleiner als die durch den Reibungswinkel zwischen Ring und Welle bestimmte Reibungskraft bleibt und die erwähnte Schwenkbewegung durch eine axiale Verschiebung der Welle erzeugt wird, wodurch die Welle eingeklemmt und der Axialverschiebung entgegengewirkt wird.
Dadurch wird erreicht, daß die.Andrückkraft auf die rotierende Welle durch die zusätzliche Verschwenkung der Ringe und die dadurch erzeugte Einklemmung der Welle verstärkt wird.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine erste Ausführungsform des Getriebes im Längsschnitt, F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie II-I1 nach F i g. 1, F i g. 3 eine perspektivische Teilansicht der Vorrichtung nach den F i g. 1 und 2, F i g. 4, 5 und 6 die Wirkungsweise der Vorrichtung veranschaulichende Darstellungen der Welle und der diese führenden Ringe, F i g. 7 die Teilansicht einer zweiten Ausführungsform im Schnitt, F i g. 8 die Teilansicht einer dritten Ausführungsform im Schnitt, R i g. 9 die Teilansicht einer vierten Ausführungsform im Schnitt, F i g. 10 und 11 zwei Gesamtansichten einer an einer Werkzeugmaschine montierten Vorrichtung nach der Erfindung und F i g. 12 ein Diagramm der an der Vorrichtung angreifenden Kräfte.
Nach den F i g. 1, 2 und 3 weist die Vorrichtung eine drehbare Welle 1 auf, die in drei in einem Gehäuse angeordneten Kugellagern 2, 3 und 4 geführt ist. Jede der inneren Wälzbahnen 6 der Kugellager bildet eine öffnung, in der ein Ring 7 mit einem Durchmesser R befestigt ist, der größer als der Außendurchmesser r der Welle 1 ist. Das mittlere Kugellager 3 ist gegenüber den beiden anderen Lagern etwas versetzt, derart, daß die Welle 1 zwischen drei Punkten eingespannt ist. Die auf jeden Ring 7 wirkende resultierende Kraft R' wird, wie später an Hand der F i g. 12 noch näher erläutert, durch Anziehen der Schrauben 30 eingestellt. Während einer Umdrehung läuft die Welle 1 daher in den Kugellagern und nimmt dabei die Ringe mit. Mit o ist der Reibungswinkel bezeichnet, der bei Längsverschiebung der Welle zwischen dieser und einem der Ringe 7 auftritt.
Die äußere Wälzbahn 8 jedes Kugellagers liegt in einer halbkreisförmigen Ausnehmung einer Halterung 9, die über zwei als Schwenkachsen dienende Zylinder 10 auf einem drehbar im Gehäuse 5 gelagerten Teil 12 ruht. Die. Gegenflächen für die Zylinder 10 werden von den Stirnflächen 11 der Lagerteile 12 gebildet und sind senkrecht zu einer Ebene orientiert, die durch die drei Berührungspunkte der Welle 1 mit den Ringen 7 verläuft. Die Zylinder 10 liegen in auf den Gegenflächen 11 eingelassenen Nuten, die zueinander und zu einer durch den Ring 7 gehenden Ebene parallel orientiert sind.
Durch diese Anordnung wird erreicht, daß jede Halterung 9 und damit der betreffende Ring 7 um den einen oder den anderen der beiden Zylinder 10-verschwenkbar ist. Mit ß ist der Winkel des Berührungsbogens des Abrollpunkts auf den Zylindern 10 bezeichnet.
Das Lagerteil 12 bildet einen zu den Gegenflächen 11 senkrecht orientierten und mittels eines Kugellagers 13 in einer Ausnehmung des Gehäuses 5 gelagerten zylindrischen Körper. Mit Hilfe eines Betätigungshebels 14, dessen Bewegung durch zwei einstellbare Anschläge 15 begrenzt ist, lassen sich über die weiteren Hebel 16 und 17 die Lagerteile 12 um senkrecht zur Welle 1 orientierte Achsen, wie auf F i g. 3 durch Doppelpfeile angedeutet, drehen, wobei sich jeweils die beiden äußeren Lagerteile 12 in entgegengesetzter Richtung zum mittleren Lagerteil 12 bewegen und sich bei dieser Drehung die Winkelstellung der Ringe 7 in bezug auf die Welle 1 ändert.
Da sich die Welle 1 gegenüber dem Gehäuse 5 dreht, rollt sie in den Ringen 7, nimmt dabei die Kugellager mit und verschiebt sich mehr oder weniger schnell in Abhängigkeit von der Neigung der Kugellager in der einen oder anderen Richtung. In der Darstellung nach F i g. 4 beträgt die Axialgeschwindigkeit der Welle null, während die Welle in den Darstellungen nach F i g. 5 bzw. nach F i g. 6 einen axialen Vorschub in Richtung des Pfeiles f 1 bzw. f 2 erfährt. Die Geschwindigkeit der axialen Verschiebung kann somit innerhalb eines maximalen Winkels a eingestellt werden, um den sich die Kugellager mit ihren Halterungen verschwenden lassen.
Die Oberfläche der Welle 1 ist vorzugsweise gehärtet, so daß elastische Deformationen infolge der erhöhten radialen Drucke, denen die Welle ausgesetzt ist, vermieden werden. Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich, wenn die beiden Durchmesser r der Welle und R der Ringe 7 so weit als möglich einander genähert werden und wenn der Querschnitt der Ringe 7 verhältnismäßig groß gemacht wird.
Auf F i g. 12 sind die auf die Welle bzw. die Ringe wirkenden Kräfte schematisch dargestellt. Da die Welle bei ihrer Vorschubbewegung einer axialen Kraft Fa ausgesetzt ist, setzt sich die resultierende Kraft R' aus dieser Axialkraft Fa plus der radial auf die Welle wirkenden Kraft zusammen, welche, wie erwähnt, durch das Anziehen der Schrauben 30 nach F i g. 1 vorgebbar ist. Diese resultierende Kraft R' bildet mit der Radialkraft P einen Winkel O. Die Bedingung, unter der kein Schlupf zwischen Welle und Ringen auftritt, ist durch die Ungleichung O < o gegeben, wobei o der_ bereits erwähnte Reibungswinkel ist.
Wenn diese Bedingung erfüllt ist, dann nimmt die Welle die Ringe 7 mit, was eine sehr kleine Verschwenkung der Halterungen 9 um die betreffenden, als Schwenkachsen dienenden Zylinder 10 zur Folge hat. Das durch diese Verschwenkung erzeugte Drehmoment sucht die Welle gegen die Ringe 7 zu verklemmen und verhindert damit ein axiales Gleiten der Welle relativ zu den Ringen 7. Die Welle erfährt also bei ihrer Rotation lediglich eine genau durch den eingestellten Winkel a (F i g. 6) der Verschwendung der Ringe bestimmte Vorschubbewegung.
Bei dem in F i g. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden Zylinder durch eine Stange 18 von quadratischem Querschnitt ersetzt, deren Kanten 19 und 20 die Schwenkachsen bilden. Um diese Bewegung möglich zu machen, ist die Stange mit geringem Spiel im Lagerteil 12 angeordnet.
Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 8 zeigt zwei Stangen 21 von rechteckigem Querschnitt, die mit Spiel in Nuten im Lagerteil 12 und der Halterung 9 angeordnet sind. Eine Axialbewegung der Welle verursacht eine Schwingung der beiden Stangen um ihre Kanten 22 und 23, durch die wiederum die Halterung in Querrichtung geneigt wird. Der Berührungspunkt des Ringes 6 wandert daher um eine Achse, die der Diagonalen durch den Querschnitt der Stangen entspricht.
In dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 9 schließlich besteht die Halterung aus den Backen 31, die das Kugellager mittels Schrauben 32 einklemmen. Die Halterung schwingt auf den Stangen 33, von denen jeweils eine Fläche als Schneide ausgebildet ist.
In F i g. 10 ist eine Werkzeugmaschine abgebildet, deren beweglicher Tisch 24 das Gehäuse 5 trägt und deren Rahmen 25 mit den Lagern versehen ist, in denen die Welle 1 drehbar, jedoch axial fest ruht. In F i g. 11 ist das Gehäuse 5 in zwei Lagern des Rahmens 25 drehbar angebracht, und die Welle 1 ist fest mit dem Maschinentisch verbunden. Ein am Gehäuse befestigtes Zahnrad 27 überträgt die Drehbewegung, während die Regelung des Hebels 14 mit Hilfe einer genuteten Muffe 28 erfolgt, welche in Axialrichtung beweglich und von einem Hebel 29 betätigt wird.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Die Vorrichtung kann z. B. mehr oder weniger als drei mit Ringen versehene Lager aufweisen. Im Falle, daß nur ein oder zwei Lager verwendet werden, sind die auf die Welle und die Lager wirkenden Belastungen jedoch recht beträchtlich. Die Kugellager können auch durch herkömmliche Wälzlager ersetzt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Rollringgetriebe zur Umwandlung einer drehenden in eine hin- und hergehende Bewegung mit einer in mindestens einem Ring abrollenden rotierenden Welle, wobei der Ring um seinen durch den Abrollpunkt zwischen Ring und Welle gehenden Durchmesser drehbar ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der Ring (7) außerdem mit seinem Lager (2, 3, 4) in einer durch die Achse der Welle (1) und den Abrollpunkt zwischen Ring und Welle gehenden Ebene um der eine erste oder um eine zweite von zwei beiderseits der den Abrollpunkt enthaltenden diametralen Ebene gelegenen Schwenkachsen (10; 19, 20; 22, 23; Schneiden der Teile 33) schwenkbar ist, wobei die Resultierende (R nach F i g. 12) der auf den Ring ausgeübten Kräfte kleiner als die durch den Reibungswinkel (g) zwischen Ring und Welle bestimmte Reibungskraft bleibt und die erwähnte Schwenkbewegung durch eine axiale Verschiebung der Welle erzeugt wird, wodurch die Welle eingeklemmt und der Axialverschiebung entgegengewirkt wird.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager (2, 3, 4) für den Ring (7) an einer Halterung (9; 31, 32) befestigt ist und daß diese Halterung eine senkrecht zu der durch die Wellenachse und den Abrollpunkt von Ring und Welle gehenden Ebene gerichtete Fläche hat, die unter Zwischenfügung der Schwenkachsen (10; 19, 20; 22, 23; 33) gegen eine entsprechende Gegenfläche (11) eines mit dem Gehäuse (5) des Getriebes verbundenen Lagerteils (12) gepreßt wird.
3. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwenkachsen durch zwei parallele Zylinder (10) gebildet werden, die in entsprechenden Nuten auf den einander gegenüberliegenden Flächen von Halterung (9) und Lagerteil (12) eingreifen.
4. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwenkachsen durch eine Stange (18) von prismatischem Querschnitt gebildet werden, von der zwei Kanten (19, 20) die genannten Schwenkachsen bilden.
5. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schwenkachsen durch zwei parallele Stangen (21; 33) gebildet werden, von denen jede mindestens eine als Schneide dienende Kante (22, 23) als Schwenkachse aufweist.
6. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (7) aus einer Metallstange von rundem Querschnitt besteht, die in einer entsprechenden Ausnehmung des Lagers (2, 3, 4) angeordnet ist.
7. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager ein Kugellager (2, 3, 4) ist, dessen innere Wälzbahn (6) den erwähnten Ring (7) aufnimmt und dessen äußere Wälzbahn (8) in der erwähnten, schwenkbaren Halterung (9; 31, 32) befestigt ist. B.
Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (12), gegen welches die erwähnte schwenkbare Halterung (9; 31, 32) unter Zwischenschaltung der Schwenkachsen gepreßt wird, zur Einstellung des gewünschten Vorschubs in an sich bekannter Weise drehbar (Lager 13) im Gehäuse (5) angeordnet ist.
9. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) in an sich bekannter Weise in drei Ringen (7) gelagert ist, von denen einer die Welle in einem Sinne und die beiden anderen die Welle im entgegengesetzten Sinne einklemmen.
10. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise die Welle (1), drehbar in einem Rahmen (25) gelagert ist, während das Gehäuse (5) drehfest in einem gegenüber dem Rahmen beweglichen Tisch (24) angeordnet ist.
11. Getriebe nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (5) in an sich bekannter Weise eine Drehantriebsvorrichtung sowie eine Steuervorrichtung (14) für den Vorschub bei der Rotation umfaßt. In Betracht gezogene Druckschriften: »Konstruktion«, H. 10, 1956, S. 423 bis 428; »Rollringgetriebe-ein neues Maschinenelement«.