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Linearantrieb mit Gewindespindel und Wälzringmutter Die Erfindung
bezieht sich auf einen Linearantrieb mit einer Gewindespindel und einer oder mehreren
frei drehbaren Wälzringmuttern, die je einen oder mehrere radikal nach innen vorstehende
Wälzringe aufweisen, die dem Eingriff in das Spindelgewinde dienen, und deren auf
den Wälzringebenen senkrecht stehenden Rotationsmittelachsen winkelig zur Spindellängsachse
verlaufen (US-PS 2,961,887).
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Dieser bekannte Linearantrieb fieht mehrere hintereinander angeordneee
Wälzringmuttern vor, deren Rotationsmittelachsen winkelig zur Spindel längsachse
im Raum stehen und vorzugsweise um 1200 in Spindetumfangsrichtung gegeneinander
versetzt, gegenüber der Spindelachse gekippt sind. Diese Wälzringmuttern sind frei
gegenüber ihren Lagerkörpern (Außenringen) über Kugeln gelagert. Die Außenringe
sind untereinander drehsicher gekuppelt, mit einem Antrieb verbunden und ihrerseits
über Kugeln in einem Gehäusekorper gelagert. Die Spindel steht still,
die
Wälzringmuttern weisen eine Vielzahl von dicht aneinanderliegenden parallelen Wälzringen
auf. Spindel und Sälzringmuttern verdrehen sich gegeneinander nicht, sondern die
Wälzringmuttern werden durch die exzentrische Lagerung so bewegt, daß der Eingriff
zwischen den Wälzringen und den Gewinden der Spindel um die Spindel herum läuft.
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Dieses System ist außerordentlich kompliziert und schwer zu fertigen.
Die sichere Funktion muß zweifelhaft erscheinen.
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Zwar ist versucht worden, durch eine Mehrzahl von Wälzringmuttern
stets wenigstens an drei über den Umfang verteilten Bereichen einen Eingriff der
Wälzringe in das Spindelgewinde zu erzielen und damit die Spindel vor Schwenk-und
Biegekräften zu bewahren, ungelöst bleibt jedoch das Problem, wie ein durch die
Summe der Toleranzspiele in den einzelnen Eingriffsbereichen unterschiedlicher Vortrieb
verhindert werden kann. Die dadurch unvermeidlichen Hemmungen und Oberbeanspruchungen
des Gewindes und der Wälzringe scheint unvermeidbar.
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Nur wenn sichergestellt werden kann, daß jeder Wälzring bei einer
Umdrehung des Außenringes den gleichen Weg auf der Wälzbahn zurücklegt, würde dieser
Nachteil nicht eintreten.
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Es ist auch schon versucht worden, Wälzringe durch Einzel'-rollen,
die über den Umfang der Spindel verteilt angeordnet sind, zu ersetzten (US-PS 3,099,168).
Dies führt jedoch zu einer unerwünschten Funktion.
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Whnlich, wie die erstgenannte Ausfrugsform, arbeitet eine Ausführungsform
nach der DE-PS 21 37 635. Hier ist Jedoch die Spindel mit einer Vielzahl paralleler
Nuten versehen, so daß diese die Wälzringe trägt, während die Wälzmuttern ein Innengewinde
tragen. Eine Wälzmutter
ist in den Innenring eines Kugellagers eingebracht.
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Die Spindel ist vor und hinter dieser Mutter in Führungs-und Stützringen
gelagert, die ihrerseits in Kugellagern gelagert sind, so daß sie keine Rotationsbewegung
gegenüber der Spindel ausführen. Diese Führungsringe nehmen aber die gesamten Radialkräfte
auf, die von der Wälzmutter übertragen werden. Die Axialbewegung der Spindel innerhalb
dieser Führungen erzeugt einen kaum zu beherrschenden Verschleiß, da die Spindel
wie eine Feile wirkt. Da die Rotationsmttelachsen der Wälzmutter und der Spindel
parallel gegeneinander versetzt angeordnet sind und nicht gekippt sind, sind Gewindegänge
der Wälzmutter mit mehreren Wälzringen der Spindel gleichzeitig im Eingriff, so
daß die Wälzringe sich nicht der Gewindesteigung anpassen können und so sehr hohe
Flankenpressungen auftreten.
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Lediglich hilfsweise wird in dieser Literaturstelle vorgeschlagen,
wahlweise die Spindel oder die Mutter anzutreiben bzw. bestimmte Utndrehungsrelationen
zu wählen.
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Wie dies geschehen soll ist nicht gesagt. So ist auch nicht erkennbar,
wie es möglich sein soll, mehrere Gewindegänge bzw. mehrere Tragpunkte bei der vorgesehenen
Konstruktion zum Tragen zu bringen. Eine solche Anordnung mag auf sehr kurzen Wegen
und bei sehr geringen Kräften anwendbar sein, nicht aber fÜr Linearantriebe, wie
sie die Erfindung erreichen will Ausgehend von der Erkenntnis, daß es nicht möglich
erscheint mehrere Wälzringe gleichzeitig die orschubarbeit leisten zu lassen, ohne
daß sich ein derartiger Schraubentrieb selbst zerstört, will die Erfindung eine
klemmfrele verlustarme Funktion sicherstellen, und das Problem lösen, wie der Vortrieb
ausschließlich durch die Abwälzung der drehbar angetriebenen Spindel an den Wälzringen
von Wälzringmuttern zu einer Vereinfachung und Verbesserung der Funktion führt.
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Der Anspruch 1 löst diese Aefgab-.
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Die Wälzringtransportmutter liegt mit zwei gegenüberliegenden Eingriffsbereichen
zweier auf Abstand angeordner Wälzringe im Spindelgewinde an. Dadurch wird der Kippwinkel
der Rotationsmittelachse der Wälzringmutter allein schon durch den Innendurchmessser
der Wälzringe und den Abstand der Wälzringe voneinander sowie den Durchmessern des
Gewindes bestimmt. Die Wälzringe können sich über eine entsprechende bewegliche
Lagerung ihrer Außenringe in die jeweils richtige Position einstellen und lassen
sich dort arretieren. Raumgelenklager, vorzugsweise Kuglgefenklager, sind besonders
geeignet.
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Die radialen Kräfte, die auftreten, können elastisch aufgefangen werden.
Die Führungskräfte sollen, wie im Anspruch 6 ausgeführt, ebenfalls durch wälzende
Berührung zwischen dem Fehrungsmittel und der Spindel aufgefangen werden, wobei
allerdings hier keine Transportarbeit geleistet werden soll, sondern die Wälzringe
lediglich mitlaufen.
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Um stets gleiche Umlaufbahnen bzw. Umlaufbahnen gleichen Durchmessers
oder gleicher Länge zu erzielen, Jo daß zwei oder mehr Vortriebselemente nicht gegeneinander
arbeiten, wählt die Erfindung den einfachsten Weg, nur jeweils einen Wälzring mit
Transportarbeit zu belasten, während zwei weitere Wälzringe jeweils Führungs- und
Stützfunktionen uberehmen.
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Die bekannten Ausführungsformen scheitern daran, daß unvermeidlich
mehrere Eingriffsbereiche gleichzeitig tragen können und so zu einer Gegeneinanderarbeit,
zu Verschleiß und unnötigen Reibungsverlusten führen.
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Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, die bekannten sogenannten
Kugelumlaufmuttertriebe durch eine technisch einfachere und narrensichere Technik
zu ersetzen
Die Erfirdung geht von der Überlegung aus, daß eine
angetriebene Spindel die geringsten Umlaufmassen in Bewegung setzt und somit die
Spitzenkräfte, die bei Beschleunigung auftreten, reduziert werden können. Gleichzeitig
wird erreicht, daß sich die Rotationsmittelachse der Wälzringmutter nicht planetenartio
um die Spindelachse rotierend bewegt und somit eine Rütteiwirkung vermieden wird.
Wie in einem Planetengetriebe, rollt die Spindel am Innenumfang der Wäizringmutter
ab. Zwischen beiden tritt nur dann Schlupf ein, wenn die Wälzringmuttern abgebremst
werden. Dies tritt aber bei der gewählten Ausführungsform nicht ein.
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Die Rotationsmittelachsen der nur der Führung dienenden Wälzringe
unterliegen nicht den gleichen Gesetzen, wie die fur Transportarbeit herangezogenen
Wälzringe der Transportmutter.
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Durch die Einstellbarkeit des Kippwinkels können die Eingriffsbereiche
beider Wälzringe stets spielfrei zum Eingriff gebracht werden. Es entfällt das bei
Kugelumlaufmuttern erforderliche Vorspannen von zwei Muttern gegeneinander.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausfuhrungsbeisiel der Erfindung -Eine Gewindespindel
1 ist von einer Wälzringmutter 2 umgeben, die nach innen vorstehende Wälzringe 3
aufweist, die je nach Lastrichtung die axiale Last übernehmen.
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Ein Wälzring liegt auf der gegenüberliegenden Seite ebenfalls im Gewinde
der Spindel an und wirkt als Führungswiderlager, ohne unmittelbar Transportarbeit
zu leisten.
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Auf der Wälzringebene 5 steht senkrecht die Rotationsmittelachse 6
der als Transportmutter dienenden Wälzringmutter 2, wobei diese Achse die Spindelldngsachse
7 mittig zwischen zwei in Spindellängsrichtung zueinander versetzten, einander gegenüberliegenden
Eingriffsbereichen 8, der im Abstand voneinander in dieser Mutter angeordneten Wälzringe
3 schneidet.
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Der Kippwinkel 12 ist durch das satte Anliegen der beiden Eingriffsbereiche
3 festgelegt. Elastische Stellglieder 13, Schrauben 14* legen den Einstellwinkel
fest und sorgen so für eine saubere Anlage. Gewisse Fertigungsungenauig. keiten
werden elastisch aufgefangen. Die Wälzringmuttern 2 sind in einer für die Übertragung
von Axialkräften geeigneten Weise über Kugeln 17 in einem Lagerteil 9 gelagert,
das ein Gelenklager 10, vorzugsweise Raumgelenklager 11 bildet. Ein Raumgelenklager
ermöglicht Kippungen der Wälzringmuttern 2 in mehrere Richtungen und somit eine
Anpassung an unterschiedliche Gewindesteigungen, Wälzringdurchmesser und dergleichen.
Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, dan Lagerkörper 9, beispielsweise ähnlich
wie bei einem ientDIocK, in einem elastischen, vorzugsweise dämpfungselastischen
Medium zu lagern bzw. einzubetten. Stellglieder 13, die Schrauben 14 sein
können,
können entweder selbst elastisch nachgiebig ausgebildet sein bzw. auf elastisch
nachgiebige Glieder 15, Plastlscher Ring 18 wirken.
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Die zwischen dem Anlagebereich 8, beispielsweise des unteren wälzringes
3 auftretenden Radialkräfte wirken im Sinne einer Schwenkung bzw. Biegung der Spindel
um einen im Eingrlffsbereich 8 des oberen Wälzringes 3 gebildeten Drehpunkt, So
daß die Spindel in der Zeichnungsebene nach rechts schenken möchte. Daran wird sie
gehtndert durch den Eingriffsbereich 8 zwischen dem Stützring 18 und der Gewindespindel
1, so daß die drei Eingriffsbereiche 8 ein Dreieck bilden, dessen Fläche möglichst
durch die Spindelachse gehen soll. Beringe Abweichungen sind natürlich zulässig,
Da mehrere Wälzringe 3 als Stützringe 18 Verwendung finden könnten, gilt diese Regel
natürlich jeweils nur für die beiden Transportringe und einen der mäglichen Stützringe.
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Hingewiesen ist in der Zeichnung durch die Andeutung der Achsen,
daß der Kugelmittelpunkt bei den Kugelgelenklagern symmetrisch zu den Wälzringebenen
angeordnet ist und bei der Transportmutter natürlich vorzugsweise im Schnittpunkt
zwischen der Spindel achse 7 und der Rotationsmittelachse 6 6 liest. Vorzugsweise
schneidet sich ebenfalls auch die Rotationsachse des Stützringes im Kugelmittelpunkt
19.
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Die übrige, konstruktive Ausführungsform ändert sich mit den Umständen.
Die Zeichnung zeigt ein Gehäuse 20, das als Kugelgelenk, Außenlager 21, ausgebildet
ist.
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Es sind aber auch andere Ausführungen denkbar, mit denen die Erfindung
durchführbar erscheint.
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Mit A ist der LaufKreisdurchmesser bezeichnet, mat B der Laufkreisradius
für die Spindel, mit C der Laufkreisdurchmesser für den Stützring 18.
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Es versteht sich von selbst, daß bei angetriebener Spindel das Gehäuse
20 linear gegenüber der Gewindespindel 1 bewegt Wird und die entsprechenden Obertragungsmittel
tragen muß.
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Es wurde weiterhin darauf verzichtet, Führungsmittel darzustellen,
mit denen das Gehäuse 20 geführt und gegen Drehung gesichert ist. Derartige konstruktive
Einzelheiten sind bei Linearantrieben dieser Art allgemein bekannt.