DE19540634C1 - Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh- in eine Axialbewegung - Google Patents
Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh- in eine AxialbewegungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer
Drehbewegung in eine Axialbewegung und umgekehrt, nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Planetenrollen-Spindeln, die beispielsweise in DE-A 20 65 442
und DE-A 28 38 329 dargestellt und beschrieben worden sind,
arbeiten mit verschiedenen Ausführungsformen der Komponenten
Spindel, Roll- oder Wälzkörper und Spindelmutter. Auf die Kom
ponenten können beispielsweise Gewinde oder Rillen geschnitten
sein. Grundsätzlich greift aber die Profilierung der Roll- oder
Wälzkörper sowohl in die spindelseitige als auch in die
mutterseitige Profilierung ein, um einen axialen Kraftfluß
herzustellen. Daher müssen auf allen drei Komponenten zueinan
der passende Rillen oder Gewindegänge vorhanden sein. Ebenso
können sowohl Muttern als auch Roll- oder Wälzkörper nur mit
Rillen versehen sein, damit die Roll- oder Wälzkörper keine
Axialbewegung aus führen, während die Spindel mit einem mehr
gängigen Gewinde ausgeführt ist, dessen Gangzahl der Rollen
zahl entspricht bzw. ein Vielfaches davon ist, wie beispiels
weise in DE-A 28 07 952 beschrieben ist.
Ferner ist aus DE 37 39 059 A1 eine Vorrichtung zum Umwandeln
einer schnellen Drehbewegung in eine langsame Axialbewegung
bei hohem Kraftgewinn bekannt, was in Schnittansichten von
Fig. 3a und 3b dargestellt ist, wobei Fig. 3b eine Schnittan
sicht entlang der Linie III-III in Fig. 3a ist. Fig. 3a und
Fig. 3b zeigen mittig eine Spindelstange 1, auf der ein Feinge
winde 10 aufgebracht ist. Um die Spindelstange 1 herum sind
beispielsweise sechs Roll- oder Wälzkörper 2a′′ bis 2f′′ plane
tenartig angeordnet, die ein zu dem Spindelstangen-Feingewinde
10 passendes, entsprechend fein ausgebildetes Rillenprofil 21′′
aus nebeneinander angeordneten und parallel zueinander verlau
fenden Rillen aufweisen.
Ferner sind in den einzelnen Planetenrollen 2a′′ bis 2f′′ grobe
Führungsrillen 22′′ mit V-förmigem Querschnitt ausgebildet,
welchen in der Innenwandung der Spindelmutter 3′′ negativ aus
gebildete Führungsrillen 30′′ entsprechen.
Damit alle Planetenrollen 2′′ sowohl in die mutterseitige Ril
lenprofilierung 22′′ in der Innenwandung der Spindelmutter 3′′
als auch in das Feingewinde 10 der Spindelstange 1 exakt und
zuverlässig eingreifen, weist die dem Feingewinde 10 entspre
chende Rillenprofilierung 21′′ auf jeder der Planetenrollen 2′′
von Rolle zu Rolle eine konstante, fest vorgegebene Teilungs
verschiebung bzw. einen Teilungsversatz auf.
Nachteilig bei den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen ist
das Auftreten von Steigungsfehlern, die beispielsweise in der
Robotrik zu Positionier-Ungenauigkeiten der an der Spindelmut
ter befestigten Elemente führen. Solche Steigungsfehler ent
stehen beispielsweise durch Schlupf oder Verformung der Gewin
de.
Aus G 92 13 640.0 ist ein Spindelsystem bekannt, bei welchem
Steigungsfehler vermieden werden können. Bei diesem Spindelsy
stem greifen Planeten lediglich in das spindelseitige Gewinde,
nicht jedoch in ein mutterseitiges Gewinde ein. Statt dessen
sind die einzelnen Planeten über Zapfen in der Mutter mittels
Kugellager gelagert. Die durch die Spindeldrehung hervorgeru
fene Kraft wird somit über deren Gewindegänge auf die Planeten
übertragen und von diesen über die Axial-Kugellager in die
Mutter eingeleitet. Da die gesamte Kraftübertragung über die
Kugellager und die Planetenachsen stattfindet, kann dieses
Spindelsystem nicht zur Übertragung von großen Kräften einge
setzt werden.
Aus EP 0 168 942 ist ein weiteres Spindelsystem bekannt, bei
welchem die Planeten in ein spindelseitiges Gewinde, nicht
aber in ein mutterseitiges Gewinde eingreifen. Entsprechend
dem vorstehend beschriebenen Spindelsystem sind die Planeten
ebenfalls in der Mutter gelagert. Die Lagerung der Planeten
über entsprechende Zapfen ist als Gleitlagerung ausgeführt und
dient nicht zur Kraftübertragung, sondern zur lagegenauen Po
sitionierung der Planeten in der Mutter.
Zur Kraftübertragung von den Planeten auf die Mutter ist zwi
schen diesen ein Ring mit Innengewinde angeordnet; in dieses
Innengewinde greifen die Planeten ein. Der Ring ist über Na
dellager in der Mutter gelagert und in dieser somit frei dreh
bar. Die Kraftübertragung findet daher von den Planeten über
den Zwischenring auf die Nadellager und von diesen auf die
Mutter statt.
Ein derartiges Spindelsystem weist insbesondere den Nachteil
auf, daß die Kraftübertragung über Nadellager stattfindet,
welche eine hohe Reibung und damit einen schlechten Wirkungs
grad aufweisen. Daher können auch mit diesem Spindelsystem
nicht hohe Drehzahlen übertragen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Um
wandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung zu schaffen,
bei der selbst bei Schlupf kein Steigungsfehler und daraus re
sultierende Positionier-Ungenauigkeiten auftreten und die so
wohl bei hohen Drehzahlen als auch bei großen zu übertragenden
Kräften einsetzbar ist.
Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe bei einer Vorrichtung
zur Umwandlung einer Dreh in eine Axialbewegung und umgekehrt
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merkmale in
dessen kennzeichnenden Teil erreicht. Vorteilhafte Weiterbil
dungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind
Wälz- oder Rollkörper in einer Spindelmutter über drehbar ge
lagerte Führungsringe gehaltert. Zwischen den Wälz- oder Roll
körpern sind in der Spindelmutter beispielsweise gehalterte
Kugel- oder Rollenlager vorgesehen, so daß der Abstand zwi
schen den Wälz- oder Rollkörpern konstant bleibt, das heißt,
die Roll- oder Wälzkörper wandern nicht planetenartig um die
Spindelstange, sondern sind in der Spindelmutter gehäusefest
gelagert.
Somit entsteht keine Relativbewegung mehr zwischen den plane
tenartig angeordneten Wälz- oder Rollkörpern und der Spindel
mutter. Aufgrund der fehlenden Relativbewegung kommt es auch
bei Schlupf nicht zu einem Steigungsfehler. Somit erfolgt bei
der erfindungsgemäßen Ausführungsform eine axiale Kraftüber
tragung von den Gewindegängen der Spindelstange auf die Wälz- oder
Rollkörpern und von diesen über die Führungsringe auf die
Spindelmutter.
Hierbei sind die einzelnen Roll- oder Wälzkörper über zwischen
ihnen und der Spindelmutter gehäusefest angeordnete Kugel- oder
Rollenlager abgestützt und gleichzeitig untereinander auf
Abstand gehalten. Der Kraftfluß von den Wälz- oder Rollkör
pern auf die Spindelmutter verläuft somit nicht mehr, wie bei
der bekannten Ausführungsform beispielsweise in Fig. 3a über
die Führungsrillen der Wälz- oder Rollkörpern und die Füh
rungsrillen in der Spindelmutter.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann somit kein auf Schlupf
beruhender Steigungsfehler auftreten, da die Roll- oder Wälz
körper über Lager bzw. über eine Rollen- oder Gleitlagerung
der Führungsringe in der Spindelmutter geführt sind. Somit
hängt die Gesamtsteigung des Spindelsystems nur von der Stei
gung der Spindelstange ab.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Aus
führungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen
im einzelnen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine axiale Schnittansicht einer bevorzugten Ausfüh
rungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 3,
und
Fig. 3a und 3b Schnittansichten in axialer Richtung bzw. ent
lang einer Line III-III in Fig. 3a einer bekannten Vor
richtung zur Umwandlung einer Dreh- in eine Axialbewe
gung.
Die Schnittansicht in Fig. 1 in axialer Richtung und die
Schnittansicht in Fig. 2 entlang der Linie II-II in Fig. 1 zei
gen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. In Fig. 1
ist mittig eine Spindelstange 1 mit einem ein- oder mehrgängi
gem Feingewinde 10 dargestellt. Um die Spindelstange 1 sind in
gleichmäßigen Abständen planetenartig Roll- oder Wälzkörper
2′ angeordnet, deren Anzahl variabel ist. In Fig. 2 sind bei
spielsweise sechs Rollen 2a′ bis 2f′ dargestellt. Die Roll- oder
Wälzkörper 2a′ bis 2f′ sind mit einer dem Spindelstangen-
Feingewinde 10 entsprechenden Rillenprofilierung versehen.
Eine in die Spindelstange 1 eingeleitete Kraft wird von dem
ein- oder mehrgängigen Spindelstangen-Feingewinde 10 auf ab
schnittsweise ausgebildete Rillenprofile 21′ mehrerer
Roll- oder Wälzkörper 2′ übertragen.
Über in den Roll- oder Wälzkörpern 2′ vorgesehene, im Quer
schnitt V-förmige Führungsrillen 22′ wird die Kraft mittels
Gleitkontakt auf eine Anzahl Führungsringe 5 weiter übertra
gen. Die Führungsringe 5 sind in einer Spindelmutter 3′ durch
Kugel- oder Rollenlagerringe 6 gelagert, so daß zwischen den
Führungsringen 5 und der Spindelmutter 3′ keine in Umfangs
richtung auftretenden Kräfte bzw. Drehmomente übertragen wer
den können.
Zur Kontaktlagerung der Roll- oder Wälzkörper 2a′ bis 2f′ und
um den Abstand der Roll- oder Wälzkörper 2a′ bis 2f′ zueinan
der konstant zu halten, sind Kugel- oder Rollenlager 7 und 7′
vorgesehen, wobei die Kugel- oder Rollenlager 7 über Zapfen 8
und Buchsen 8a direkt in der Spindelmutter 3′ gehalten sind
und die den Kugel- oder Rollenlagern 7 gegenüberliegenden Ku
gel- oder Rollenlager 7′ über Zapfen 8′ und Buchsen 8a′ in
einer Abdeckung 9 gehalten sind.
Aufgrund der Anordnung der vorstehend beschriebenen Führungs
ringe 5 und der Kugel- oder Rollenlager 7 und 7′ kann zwischen
dem Feingewinde 10 der Spindelstange 1 und den Führungsrillen
22′ der Roll- oder Wälzkörper 2′ kein Schlupf auftreten. Eben
so sind durch Schlupf bedingte oder aus anderen Gründen auf
tretende Steigungsfehler ausgeschlossen.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axi
albewegung, oder umgekehrt, mit einer Spindelstange (1), einer
diese umgebenden Spindelmutter (3′) und einer Anzahl dazwi
schen angeordneter Wälz- oder Rollkörper (2′) mit zum Gewinde
(10) der Spindelstange (1) passenden Rillenprofilen (21′) da
durch gekennzeichnet, daß die Wälz- oder Rollkörper (2′) über
eine Anzahl Führungsringe (5) und über zwischen den Führungs
ringen (5) und der Spindelmutter (3′) angeordnete Lager (6)
gelagert sind und die Wälz- oder Rollkörper (2′) relativ zur
Spindelmutter (3′) und zueinander in einem fest vorgegebenen
Abstand angeordnet sind, so daß eine axiale Kraft- und Drehmo
mentaufnahme über die Wälz- und Rollkörper (2′), die Führungs
ringe (5) und die Lager (6) auf die Spindelmutter (3) statt
findet und eine Rotationsbewegung der Spindelstange (1) über
die Wälz- oder Rollkörper (2′), die Führungsringe (5) und die
Lager (6) in eine steigungsfehlerfreie Axialbewegung der Spin
delmutter (3′) umgewandelt wird oder umgekehrt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
als Lager (6) zwischen den Führungsringen (5) und der Spindel
mutter (3′) Kugeln vorgesehen sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lage der Wälz- oder Rollkörper (2′) zueinander durch in
der Spindelmutter (3) zwischen den Wälz- oder Rollkörpern (2′)
untergebrachte Kugel- oder Rollenlager (7) festgelegt ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß zur axialen Kraft- und Drehmoment
aufnahme die Wälz- oder Rollkörper (2′) im Querschnitt V-för
mige Führungsrillen (22′) aufweisen, über welche die Kraft
mittels Gleitkontakt auf eine Anzahl Führungsringe (5) über
tragen wird.
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