DE3635040A1 - Schraubengetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Schraubengetriebe nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Ein Schraubengetriebe dieser Art ist durch die DE-PS 35 05 467 bekannt und wird vorzugsweise für die Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung verwendet. Bei entsprechend großer Gewindesteigung kann dieses Schraubengetriebe auch umgekehrt, nämlich zur Erzeugung einer Drehbewegung durch eine Linearbewegung eingesetzt werden. Anstelle der eingängigen ist auch eine mehrgängige Ausführung möglich, wodurch bei gleicher Tragfähigkeit höhere Steigungen erzielt werden. Das Gewinde ist als Trapezgewinde ausgeführt, wobei relativ großflächige Gewindeflanken im Sinne einer hohen Tragfähigkeit erreicht werden. Bei axialer Belastung wird eine möglichst auf die gesamte Gewindelänge verteilte Last angestrebt, d. h. das Gewinde der Spindel und das der Mutter müssen mit extrem geringen Toleranzen gefertigt werden. Um nicht alle Gewindeabmessungen mit extremer Genauigkeit fertigen zu müssen, bzw. eine individuelle Paarung zu vermeiden, weist die Spindel gegenüber der Mutter in vielen Fällen ein geringes axiales Spiel auf, wodurch bei rein axialer Belastung zwischen den unbelasteten Gewindeflanken ein geringer Spalt entsteht.

Bei umgekehrter axialer Belastung verlagert sich der Spalt zu den anderen Gewindeflanken des äußeren und inneren Gewindes. Bei radialer Belastung stehen demgegenüber an der entsprechenden Umfangsstelle des Gewindes beide Gewindeflanken des inneren mit denen des äußeren Gewindes in Berührung. Das bekannte Schraubengetriebe ist so ausgeführt, daß in diesem Fall beispielsweise im Bereich der belasteten Gewindeflanken zwischen der Gewindescheitelfläche des inneren Gewindes und dem Rillenboden des äußeren Gewindes Berührung besteht.

Bei komplexer Lastverteilung kann der Fall eintreten, daß die Mutter gegenüber der Spindel schiefgestellt oder gekippt ist. Dieser Grenzfall hat gerade bei Schraubengetrieben nachteilige Folgen für die Funktion, insbesondere wenn durch Linearbewegung der Mutter ein Drehen der Spindel oder entsprechend bei Linearbewegung der Spindel ein Drehen der Mutter erzielt werden soll. Durch die Schiefstellung wird die Tragfläche auf ein Minimum reduziert und es verbleibt lediglich eine verschwindend kleine Linien- oder sogar Punktberührung an zwei radial/axial gegenüberliegenden Übergangsbereichen von Gewindeflanke zur Gewindescheitelfläche des äußeren Gewindes auf der Gewindespindel mit der entsprechenden Teilfläche des inneren Gewindes der Mutter. In vielen Fällen bewirkt diese Schiefstellung ein Verklemmen unter geringer Verformung der Berührungsflächen. Ein relatives Drehen zwischen Mutter und Spindel ist in diesem Fall nur erschwert möglich. Bei dem genannten Beispiel der Umwandlung lineare in drehende Bewegung tritt Selbsthemmung auf, die eine Bewegung nicht mehr gestattet. Die Schiefstellung muß erst wieder korrigiert werden, um eine einwandfreie Funktion sicherzustellen.

Bei der bekannten Ausführung werden unter Kippbelastung die Gewinde über die Scheitelflächen am Rillenboden abgestützt.

Ein Verklemmen ist dadurch nahezu vermieden. Im Sinne einer leichtgängigen Funktion ist es dabei nicht erforderlich, daß die Gewindeflanken berührungsfrei bleiben. Auch hier kann Berührung auftreten; es muß lediglich darauf geachtet werden, daß keine von der Kippkraft verursachte Kraftkomponente im Bereich der Gewindeflanke auftritt. Dies ist jedoch durch fertigungsbedingte Toleranzfehler nicht immer möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schraubengetriebe der eingangs genannten Art zu schaffen, das unter Schiefstellung zwischen Mutter und Gewindespindel eine noch leichtgängigere Funktion aufweist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Gewindeflanken mindestens eines Gewindes in radialer Richtung ein konvexes Profil und der Rillenboden mindestens eines Gewindes einen mittig verlaufenden Sockelvorsprung und beiderseits dazu, demgegenüber radial tiefer angeordnete Eckbereiche aufweisen, wobei unter maximaler Schiefstellung der Gewinde zueinander zwischen den Übergangsbereichen der Gewindeflanken zur Gewindescheitelfläche des einen Gewindes und den Bodenflächen der Eckbereiche des anderen Gewindes mindestens ein geringer Spalt vorgesehen ist.

Durch die konvexe Ausführung einer der Gewindeflanken wird auch unter extremen gegenseitigen Verschiebungen der Gewinde, wie sie unter Kippbelastung an den äußeren Gewindegängen auftreten, eine Kantenberührung und damit hohe Flächenpressung vermieden. Die konvexe Krümmung erstreckt sich über die gesamte Höhe der Gewindeflanken in radialer Richtung mit einem großen Radius, so daß sich eine extrem geringe Krümmung ergibt. Bei den genannten Verschiebungen der Gewinde untereinander steht somit immer ein gekrümmter Abschnitt der Gewindeflanken mit dem anliegenden Gewinde in Verbindung. Kanten- oder Eckbereiche sind somit nicht im Eingriff.

Dadurch wird die Leichtgängigkeit unter Schiefstellung weiter verbessert. Der Sockelvorsprung in der Mitte des Rillenbodens dient als radiale Abstützung für die Scheitelfläche des anderen Gewindes. Die betreffenden Übergangsbereiche dieses Gewindes zwischen den Gewindeflanken und der Scheitelfläche können dabei in den durch die sich an den Sockelvorsprung seitlich anschließenden, tieferliegenden Eckbereiche gebildeten Freiraum berührungslos hineinreichen. Eine genaue Bearbeitung der Eckbereiche ist deshalb sowohl hinsichtlich der Abmessungen als auch hinsichtlich der Oberflächengüte nicht erforderlich. Lediglich die Anlauffläche des Sockelvorsprunges sollte bearbeitet werden, um ein leichtgängiges Gleiten auch bei Schiefstellung zu erzielen. Dabei ist es zweckmäßig, die Kantenfläche abzurunden.

Ein völlig konvex abgerundetes Profil ist, wie nach einem weiteren Merkmal der Erfindung gekennzeichnet ist, von besonderem Vorteil.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die an der konvex profilierten Gewindeflanke des einen Gewindes anliegende Gewindeflanke des anderen Gewindes mit demgegenüber größeren Radius gekrümmt. Durch diese Maßnahme wird eine bessere Schmiegung der aufeinanderliegenden Gewindeflanken erzielt und dadurch die differentielle Flächenbelastung reduziert. Dies ergibt weitere Vorteile hinsichtlich einer leichtgängigen Ausführung.

Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Schraubengetriebes werden im folgenden an dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 den teilweisen Längsschnitt eines Schraubengetriebes,

Fig. 2 den vergrößerten Längsschnitt des Gewindeprofils unter gleichgerichteter Radiallast und

Fig. 3 das Gewindeprofil nach Fig. 2 bei Schiefstellung der Gewindespindel gegenüber der Gewindemutter.

Das in Fig. 1 dargestellte Schraubengetriebe besteht aus einer Gewindespindel 1 und einer Mutter 2 , die beide über ein im wesentlichen trapezförmiges Gewinde 3 verbunden sind. Das innere Gewinde 3 der Mutter 2 und das äußere Gewinde 3 der Gewindespindel 1 sind so aufeinander abgestimmt, daß sich sowohl ein axiales als auch ein radiales Spiel ergibt. Wenn die Gewindespindel 1, wie dargestellt, gegenüber der Mutter 2 axial mit einer Kraft F belastet wird, bewirken die geneigten Gewindeflanken 5 eine Zentrierung, so daß mindestens theoretisch über den gesamten Umfang ein gleich­ mäßiger Spalt 4, der dem Radialspiel entspricht, gegeben ist. Unter dieser Bedingung trägt eine der Gewindeflanken 5 auf der gesamten Länge des Gewindes 3 innerhalb der Mutter 2 und steht mit der entsprechenden Gewindeflanke 5 der Gewindespindel 1 in Berührung. An der anderen Gewindeflanke 5 ergibt sich dadurch ein Spalt 6 der dem Axialspiel entspricht. Die Steigung des Gewindes 3 ist relativ groß, wodurch die Mutter 2 unter der axialen Kraft F auf die Gewindespindel 1 ein Drehmoment erfährt.

Radial- und Axialspiel stehen in einem bestimmten Verhältnis zueinander. Dies ist deutlich in Fig. 2 zu erkennen, wo der in Fig. 1, links oben dargestellte Gewindebereich 7 der Gewindespindel 1 und die betreffenden Abschnitte der Gewinderille 8 der Mutter 2 gezeigt sind. Auf die Gewindespindel 1 wirken gleichgerichtete Radialkräfte F, wobei diese gegenüber der Mutter 2 dem Radialspiel entsprechend radial verschoben ist. Dabei verschwindet der Spalt 4 und die Gewindescheitelfläche 9 legt sich an den Rillenboden 10 an. Das Axialspiel ist in dieser Position noch so groß, daß ein Spalt 6 zwischen den Gewindeflanken 5 verbleibt. In Fig. 2 ist dieser Spalt 6 nur an der rechten Gewindeflanke 5 gezeigt, damit er deutlicher erkennbar ist. Diese Position entsteht bei geringer Axiallast. Ebenso könnte der Spalt 6 bei umgekehrt gerichteter Axiallast an der linken Gewindeflanke 5 auftreten. Der Rillenboden 10 ist mit einem axial mittig verlaufenden Sockelvorsprung 11 versehen und setzt sich beiderseits mit jeweils einem radial tiefer liegenden Eckbereich fort. Das Profil des Sockelvorsprunges 11 ist konvex abgerundet. Die Gewindeflanken 5 der Mutter 2 sind in radialer Richtung ebenfalls geringfügig konvex abgerundet.

In Fig. 3 ist der nach Fig. 1 links oben angeordnete, äußere Gewindebereich 7 bei Schiefstellung zwischen Mutter 2 und Gewindespindel 1 unter Kippbelastung F dargestellt. Dabei bilden die Symmetrieachsen der Gewindegänge der Mutter 2 und der Gewindespindel 1 einen geringen Winkel zueinander. Durch die konvexe Krümmung der Gewindeflanken 5 der Mutter 2 bestehen auch in dieser schiefgestellten Lage mit der Gewindeflanke 5 der Gewindespindel 1 die gleichen Kontaktverhältnisse wie ohne Schiefstellung gemäß Fig. 2. Dabei entsteht keine größere differentielle Flächenbelastung als im Normalfall. Das Gewinde 3 ist so dimensioniert, daß auch bei maximaler Schiefstellung nach Fig. 3 ein geringer oder gerade kein axialer Spalt 6 besteht. Das geht aus Fig. 3 nicht so deutlich hervor. In dieser Lage kann sich jedoch das Gewinde 3 der Gewindespindel 1 nicht mit beiden Gewindeflanken 5 in dem der Mutter 2 verklemmen. Dazu trägt der Sockelvorsprung 11 mit seinem konvex abgerundeten Profil bei, der die Gewindespindel 1 an ihrer Gewindescheitelfläche 9 abstützt und ein weiteres radiales Annähern der Gewinde 3 verhindert. Der Übergangsbereich 13 zwischen Gewindeflanke 5 und Gewindescheitelfläche 9 kann, wie in Fig. 3 links dargestellt ist, von dem betreffenden Eckbereich 12 der Mutter 2 berührungslos aufgenommen werden. Der Sockelvorsprung 11, dessen Krümmungsradius und die radiale Tiefe der Eckbereiche 12 sind der besseren Erkennbarkeit wegen übertrieben dargestellt.

Claims (4)

1. Schraubengetriebe mit einem äußeren, insbesondere auf einer Gewindespindel (1) und einem inneren, insbesondere in einer Mutter (2) angeordneten, auf der gesamten Länge gleichförmigen Trapezgewinde (3), wobei unter Schiefstellung der Gewinde (3) zueinander die die Kippbelastung aufnehmenden Berührungspunkte oder -Abschnitte ausschließlich auf der Gewindescheitelfläche (9) der betreffenden Gewindebereiche (7) mindestens eines Gewindes (3) angeordnet sind und unter gleichgerichteter, radialer Belastung die beiden Gewinde (3) untereinander geringes oder kein axiales Spiel aufweisen und dabei die betreffenden Berührungsabschnitte der Gewindescheitelfläche (9) des einen Gewindes (3) mit den entsprechenden Abschnitten des Rillenbodens (10) des anderen Gewindes (3) in Berührung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeflanken (5) mindestens eines Gewindes (3) in radialer Richtung ein konvexes Profil und der Rillenbonden (10) mindestens eines Gewindes (3) einen mittig verlaufenden Sockelvorsprung (11) und beiderseits dazu, demgegenüber radial tiefer angeordnete Eckbereiche (12) aufweisen, wobei unter maximaler Schiefstellung der Gewinde (3) zueinander zwischen den Übergangsbereichen (13) der Gewindeflanken (5) zur Gewindescheitelfläche (9) des einen Gewindes (3) und den Bodenflächen der Eckbereiche (12) des anderen Gewindes (3) mindestens ein geringer Spalt vorgesehen ist.

2. Schraubengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil des Sockelvorsprunges (11) geringfügig konvex abgerundet ist.

3. Schraubengetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der konvex profilierten Gewindeflanke (5) des einen Gewindes (3) anliegende Gewindeflanke (5) des anderen Gewindes (3) mit dem­ gegenüber größerem Radius gekrümmt ist.

4. Schraubengetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Sockelvorsprunges (11) ca. ein Drittel der Gesamtbreite des Rillenbodens (10) beträgt.