DE3245119A1

DE3245119A1 - Vorrichtung zur umwandlung einer drehenden bewegung in eine lineare bewegung

Info

Publication number: DE3245119A1
Application number: DE19823245119
Authority: DE
Inventors: Bo 73100 Köping Granbom
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-12-16
Filing date: 1982-12-07
Publication date: 1983-06-23
Also published as: DD209237A5; FR2518208A1; IT8224754A0; ZA829135B; IT8224754A1; GB2111635A; SE8107545L; DK554782A; ES518230A0; AU9134582A; JPS58109758A; IT1155379B; IL67427A0; FI824315A0; NO824223L; NL8204861A; BR8207315A; FI824315L; KR840002963A; BE895370A

Description

Vorrichtung zur Umwandlung einer rotierenden in eine lineare Bewegung · ■

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer rotierenden Bewegung in eine lineare Bewegung, wie sie im Oberbegriff des Anspruches 1 definiert ist. ■

Bekannte Vorrichtungen dieser Art wenden das Schraube-Mutter Prinzip an oder sind mit Kugelmutterschraube ausgebildet. Die erste Vorrichtung ist in ihrer Anwendung durch die starke Reibung und die damit verbundene Wärmeentwicklung begrenzt. Die letztere Vorrichtung bewirkt durch ihre Konstruktion, daß die lineare Verschiebung in Beziehung zur Drehbewegung relativ groß ist, d.h. die Möglichkeit eines Variierens der übersetzung ist begrenzt.

Um genannte Probleme zu umgehen, ist es bekannt, frei drehbare Räder oder Rollen anzuwenden, die in dem einen der in Beziehung zueinander verschiebbaren Teile gelagert sind und mit parallelen Rippen oder Nocken in Gewinde des anderen Teiles eingreifen. Durch Drehen z.B. des Gewindeteiles rollen die Räder mit den Nocken im Eingriff mit den Gewinden und verschieben dadurch das genannte mit Rädern versehene Teil. Da die Nocken geschlossenen Kreisen folgen, d.h. jeder Nocken liegt in einer eigenen Ebene, ist es nötwendig, daß die Achse des jeweiligen Rades einen Winkel geneigt ist, der dem Steigungswinkel des Gewindes entspricht, oder, wenn die Achsen der Räder parallel mit der Achse des Gewindeteiles eingerichtet sind, daß die Räder axial versetzt in Beziehung zueinander angeordnet werden. Dies bedeutet, daß es bei der Herstellung Schwierigkeiten bereitet, die an sich schon hohen Ansprüche

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an enge Toleranzen zu erfüllen, damit die Vorrichtung voll einwandfrei arbeitet.

Es sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen die Räder oder Rollen Gewinde aufweisen, die den Gewinden des Gewindeteiles entsprechen. Bei diesen Vorrichtungen bleibt jedoch das Problem bestehen, das auch bei den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen vorliegt, daß die Räder von dem Gewindeteil genau geführt und getrkeben werden und die ganze Zeit gegen die Gewinde darin anliegen und in sie eingreifen müssen. Sobald zwischen Rädern und dem Gewindeteil eine Schrägstellung eintritt, oder ein Rad aus dem Eingriff geht, ergeben sich verschiedene Radgeschwindigkeiten, und die Vorrichtung frißt sich unvermeidlich fest.

Um die zwischen den Teilen überführten Kräfte erhöhen, und damit den erhöhten Radlagerkräften genügen zu. .können, .ist es bekannt, die Räder oder Rollen mit einer Mutter zu umgeben, die längs der Innenseite mit in die Räder eingreifenden Gewinden versehen ist, die zwecks Verhütung des Wanderns der Räder in der Mutter denselben Steigungswinkel wie die Gewinde der Räder haben.Bei diesem Typ von Vorrichtung ist es gelungen, die Rotation der Räder in Beziehung zueinander dadurch zu synchronisieren, daß ein Ende des betr. Rades mit einem Zahnkranz versehen ist, der in einen entsprechenden Zahnkranz der Mutter eingreift. Aufgrund der relativ verriegelten Ausbildung müssen die Räder sowohl mit dem Gewinde.teil, der Schraube, als auch der Gewindemutter zusammenwirken. Da eine Relativbewegung zwischen der Schraube und den Rädern nicht verhindert werden kann, weist auch diese Ausbildung ernste Nachteile auf. Es ist z.B. sehr schwer, die Voi i'ichtung selbsthemmend zu machen, d.h. daß sie auch bei größerer Belastung ohne gesonderte Bremse zum Stillstand kommt. Wegen der möglichen Relativbewegung zwsischen der Schraube und den Rädern

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ist es nitwendig, bei Fahren der Vorrichtung zu einem Anschlag in einer Extremlage die ganze Vorrichtung zu zerlegen, um sie wieder in funktionstauglichen Zustand zu versetzen.

Durch die vorliegende. Erfindung, wie sie in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche definiert ist, werden die Nachteile beseitigt, die mit herkömmlichen Mechanismen zur Umwandlung einer rotierenden in eine lineare Bewegung verknüpft sind. Es wird eine Vorrichtung geschaffen, die bei Fahren zum Endanschlag sich nicht verriegelt, die selbsthemmend gemacht werden kann, und die so ausgebildet ist, daß das übersetzungsverhältnis im Rahmen der Grundform der Vorrichtung relativ weitreichend gemacht werden "kann/

Die Erfindung wird nachstehend in Form von Beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der

Fig. 1 ein schematischer Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist,

Fig. 2 die in dieser Ausführungsform enthaltene Gewindeschraube sowie eine mit der Schraube zusammenwirkend« Rolle zeigt,

Fig. 3 ein Teilschnitt von Schraube und Rolle ist,

Fig. 4 ein schematischer Schnitt eines Teiles in dieser Ausführungsform ist,

Fig. 5 ein Schnitt längs V-V in Fig. 4 des Teiles in Fig. h ist,

Fig. 6 schematisch eine andere Nockenausbildung zwischen Schraube und Rolle zeigt,

Fig. 7 ein schematischer Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung ist, und

Fig. 3 ein Teilschnitt einer weiteren Ausführungsform der ErfindSng ist.

Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung besteht aus einer mit Gewinden 2 versehenen Schraube 1. In einem.

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Lagergehäuse 3 lagert eine Anzahl Rollen oder- Räder 4, die mit Gewinden 5.versehen sind, die entgegengesetzt zur Schraube 1 laufen und dieselbe Steigung wie die Schraubengewinde haben. Die Schraube 1 wird von einem Elektromotor 6 angetrieben, der in einem Zylinder 7 fest gelagert ist. " Das Lagergehäuse 3 ist mit einer Stange 8 verbunden, die in sich die Schraube 1 aufnehmen kann und in Lagern 9 am Ende des Zylinders 7 verschiebbar gelagert ist. Die Stange 8 wird mit Hilfe der Peripherie des Lagergehäuses 3 gleitbar im Zylinder getragen. An den'freien Enden des Zylinders 7 und der Stange 8 sind Befestigungsösen 10 angeordnet. Bei Aktivierung des Elektromotors 6, und dadurch erfolgender Rotation der Schraube 1, rollen die Rollen 4 auf der.Schraube 1, wodurch infolge des Eingriffes der Gewinde ineinander die Lagerhülse 3 und die Stange 8 in Beziehung zum Zylinder 7 verschoben v/erden·.

Urr. Relativbewegung zwischen den Gewinden der Schraube und den Gewinden der Rollen zu verhindern, und dadurch bei Fahren der Vorrichtung gegen einen Endanschlag Festklemmen des'Lagergehäuses 3 mit den Rollen zu verhüte^ weist die Schraube 1 längs ihrer ganzen Länge an den Gewindespitzen ange-ordnete Nocken 11 auf. Siehe insbesondere Fig. 2. und 3. Die .betr. Rolle 4 ist zwischen den Gewinden 5, d.h. den Gewindeböden, mit entsprechenden Nocken 12 versehen. In Fig. 2 und 3 aind die Schraube 1 und eine Rolle 4 getrennt voneinander gezeigt, aber in montiertem Zustand sollen die Rollen und die Schraube mit ihren Gewinden und Nocken ineinander eingreifen. Dieser montierte Zustand ist schematisch aus Fig. 4 und 5 ersichtlich, wo eine Schraube 1 mit fünf mit ihr in Eingriff stehenden Rollen 4 (nur eine dargestellt) gezeigt ist. Wie aus Fig. 2 und 4 hervorgeht, hat die betr. Rolle 4 an jedem Ende einen Achszapfen 13, der mit einer Anzahl paralleler trapezförmiger Kämme 14 versehen ist. Das Lagergehäuse 3 ist an jedem Ende mit einem ej nwärtsgerichtete'n Flansch oder einer Verdickung 15 versehen, die eine nach innen weisende' Lagerfläche 16 aufweist,

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längs deren innerer Peripherie den Kämmen 14 entsprechende parallele Nuten 17 angeordnet sind. Wie aus Fig. 4 deutlich ersichtlich ist, greift in montiertem Zustand die betr. Rolle mit ihrer mit Gewinde und Nocken versehenen Peripherie in die mit Gewinde und Nocken versehene Außenseite der Schraube 1 ein und stützt sich gegen diese ab, und mit ihren Achszapfen 13 ruht sie gegen die Lagerfläche 16 des Lagergehäuses 3, mit den Kämmen 1*1 in den Nuten 17 laufend. Da die fünf Rollen in einer gemeinsamen Ebene mit Hilfe der Kämme-14 und Nuten IJ am'Lagergehäuse 3 axial verriegelt sind, ist jede Rolle k auf eine klar definierte Lage längs der Peripherie der Schraube 1 hingewiesen, im vorliegenden Fall mit einer Fünftelteilung voneinander. Ein die Teilung aufrechterhaltender Rollenlagerhalter ist nicht erforderlich.

Da, wie in Fig. 2 und H gezeigt, den Gewinden 2 bzw. 5 der Schraube und der Rollen 4 Trapezform gegeben wurde, und da die Achszapfen 13 mit den trapezförmigen Kämmen lh versehen sind, die in die entsprechenden Nuten 17 eingreifen, ist es möglich, die während, des Betriebss der Vorrichtung wirkenden radialen Kräfte minimal zu halten, und anstelle dessen die axialen Kräfte zu isolieren, wodurch große Biegemomente im Lagergehäuse 3 vermieden werden können. Durch Anordnung einer Anzahl Kämme lh an den Achszapfen 13 wird eine relativ große, die Axialkräfte aufnehmende Lagerfläehe erhalten. Zusammen mit der"relativ großen Anliegefläche, die zwischen den Gewinden der Schraube 1 und der Rollen 4 aufgrund von deren Trapezprofil erhalten wird, kann insgesamt eine solche statische Friktion erzielt werden, daß die Vorrichtung selbsthemmend wird.

Die Anordnung von längs der Lagerf'läche 16 des Lagergehäuses 3 frei rollenden Achszapfen 13 ermöglicht in gewissem Aus- ' maß eine zweckeinstprechende Variation der übersetzung der Vorrichtung durch Änderung des Durchmessers der Achszapfen 13 (wie auch der Lagerfläche 16) unter unveränderter

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Beibehaltung der übrigen Variablen. Die Formel für die Gesamtübersetzung U, läßt sich wie folgt ableiten:

^Ut ^{= S(n}R ⁺ V - ^S ·

^d2 ·
^{WO n}p ^{= n}R

^D2

in der S = die Steigung (Rechts- bzw. Linksgewinde) der Schraube 1 und Rolle 4

dp = Durchmesser des Achszapfens 13 Dp = Durchmesser der Lagerfläche l6

η = Bewegungsstrecke des Achszapfens 13 in Beziehung zum Durchmesser der Lagerfläche 16 ,

n_R = Anzahl Umdrehungen der Rolle *4 pro Schraubendrehung

In Fig. 5 ist gezeigt, wie die Nocken der Schraube 1 und Rolle 4,anstatt an der Gewindespitze bzw. am Gewindeboden, an den Gewindeflanken angeordnet sind. In der Figur sind die- Nocken der Schraube 1 und die Nocken der Rolle iJ mit 11' bzw. 12'. bezeichnet.

.Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der die Schraube durch einen Zylinder 19 mit. Innengewinde ersetzt ist, der von einem Induktionsmotor; angetrieben wird, dessen Rotor 20 mit dem Zylinder 19- fest verbunden, und dessen Stator mit Wicklungen 21 an einer Hülse befestigt ist, die auch den Zylinder 19 drehbar im Lager 23 lagert. Eine in Beziehung zum Zylinder 19 verschiebbare Stange 2^ trägt an einem Ende die drehbar gelagerten Rollen 4 zwischen einem Paar plattenähnlicher Halter oder Mitnehmer 25· In Fig. 7 sind die Rollen auf an den Mitnehmern befestigten Achsen 26 gelagert gezeigt. Wie z.B. in Fig. 4 gezeigt, können die Rollen *J natürlich anstelle dessen Achszapfen 13 aufweisen, wobei in diesem Fall die

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Mitnehmer die Form kreisrunder Scheiben haben, die auf der Stange 2*1 befestigt periphere Lagerflächen haben, die mit Nuten, siehe Fig. 8, auf dieselbe Weise wie die vorgenannten Lagerflächen mit den Nuten 17, versehen

Durch Anwendung von Trapezgewinden an Schraube (Zylinder) und Rollen sowie zwischen Achszapfen und Lagerflächen ist es, wie genannt, möglich, die radialen Kräfte auszuschalten, wobei gleichzeitig die radiale Toleranz bei der Herstellung nicht kritisch wird. Es ist jedoch zu betonen, daß gemäß der Erfindung Trapezgewinde keine Notwendigkeit sind, sondern auch andere Typen, z.B. Spitzgewinde, angewendet v/erden können. Die Nocken der Schraube (des Zylinders) und der Rollen können vorzugsweise schräggeschnitten sein, was zu einem leiseren Lauf und zu einem Kraftsuschuß in der Achsrichtung beiträgt.

Die Rollen 4 können, wie im Anschluß an Fig. 4 gezeigt,. auf Achsen gelagert sein," wobei die Endflächen der Rollen und/oder Achsen die axialen Kräfte aufnehmen. Wenn man gewillt ist, die Ungelegenheit verschiedener Rollen in ein und derselben Vorrichtung in Kauf zu nehmen, ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, die Rollen anstelle von Gewinden 5 mit parallelen Kämmen zu versehen, die" in die Gewinde 2 der Schraube (des Zylinders) eingreifen. Die Böden zwischen den Kämmen sind, wie bei der vorbeschriebenen Vorrichtung, mit Nocken versehen. Bei einer solchen Vorrichtung müssen jedoch die Kämme an der einen Rolle in Beziehung zu den Kämmen an der anderen Rolle versetzt sein, d.h. bei Anwendung von fünf Rollen bei einer Schraube mit einem Gewindeeingang müssen die Kämme einer · darauffolgenden Rolle ein Fünftel der Gewindesteigung in Beziehung zu einer vorhergehenden Rolle versetzt sein.

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Claims

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur Umwandlung einer rotierenden in eine lineare Bewegung, bestehend aus einem ersten länglichen Körper (1,19), der mit längs dem Körper sich erstreckenden Svhraubgewinden (2) versehen ist, und einem koaxial in Beziehung zum ersten Körper drehbaren zweiten Körper (3,S₃ 2^,25), der -enigstens zwei Rollen (¹O aufweist, die mit in die Svhraubgewinde des ersten Körpers eingreifenden Nocken (5)versehen sind, wodurch bei Drehung .der Körper in Beziehung zueinander der eine Körper in Beziehung zum" anderen verschoben wird, dadurch gekenn- -eichnet, daß der erste Körper (1,19) auf der die Gewinde (2) aufweisenden Seite auch mit quer zu den Gewinden und in der Verschieberichtung verlaufenden und längs im wesentlichen dem ganzen Körper sich erstreckenden Zähnen (11) versehen ist, und die jeweilige Rolle (4) quer zu deren Nocken (5) und in der Verschiebrichtung verlaufende, den Zähnen des ersten Körpers entsprechende Zähne (12) aufweist, die längs der ganzen Rolle (¹O angeordnet sind.'

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper die Form einer Schraube (1) hat, und die Rollen (k) von einem an den Enden der Rollen sich abstützenden Lagergehäuse (3) getragen werden. .

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das Lagergehäuse (3) zwei periphere, radial einwärts gewandte und axial voneinander getrennte Lagerflächen (l6) aufweist, die mit parallelen Nuten (17) versehen sind, und daß die jeweilige Rolle (4) an jedem Ende mit einem Achszapfen (13) versehen ist, der mit den Nuten (17) der jeweiligen Lagerfläche (l6) entsprechenden Kämmen (IM) ausgebildet ist.

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k. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Nuten (17) und Kämme (1*1) Trapezform haben.

5. Vorrichtung nach,einem der Ansprüche 1-k, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken der Rollen (¹I) aus Gewinden (5) gebildet sind, deren Steigung gleich der der Gewinde (2) des ersten Körpers (1), und deren Drehung entgegengesetzt zu diesen Gewinden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zusammenwirkenden Gewinde (2,5) des ersten Körpers (1) und der · Rollen (*0 Trapezform haben.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch- gekennzeichnet, daß die : Zähne- (11). des ersten Körpers (1) die Gewindespitzen durch-' schneiden, und die Zähne (12) der jeweiligen Rolle (k) am Boden zwischen den Nocken der Rolle angeordnet sind.'

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne als schräggeschnittene Zähne ausgebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6., dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (11' ) des ersten Teiles (l)und die Zähne (12') der jeweiligen Rolle (¹O. an den Gewindeflanken angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß der erste Körper die Form eines mit Innengewinde versehenen Zylinders (19) hat, und die jeweilige Rolle angeordnet ist, am jeweiligen Ende sich mittels eines Achszapfens gegen eine nach außen gewandte periphere Lagerfläehe abzustützen, die an einem platten-

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förmigen Mitnehmer (27) angeordnet ist, und der jeweilige .Achszapfen und die jeweilige Lagerfläche mit ineinander eingreifenden parallelen Kämmen versehen sind, und die Mitnehmer mit einer axial im Zylinder (19) verschiebbaren Stange (24) verbunden sind.