DE3739059A1 - Vorrichtung zur umwandlung einer drehbewegung in eine axialbewegung - Google Patents
Vorrichtung zur umwandlung einer drehbewegung 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.
Es sind bereits vielfältige Ausführungsformen von sogenann
ten Rollspindeln mit Kugelumlauf- oder Planetenrollen-Anord
nungen bekannt. Mit Kugelumlauf-Spindelsystemen, wie sie
beispielsweise in DT 27 15 762, DE 27 50 054, DE 28 10 001,
DT 27 15 761, DT 20 51 413 dargestellt und beschrieben
sind, lassen sich keine kleinen Steigungen realisieren, da
Kugeln mit einem Durchmesser von oder unter 0,5 mm mit ver
tretbarem Aufwand kaum mehr präzise gefertigt werden können.
Außerdem ergeben sich bei der unbedingt notwendigen Kugel
führung Probleme hinsichtlich der Laufruhe und dem Ver
schleiß der Kugeln.
Planetenrollen-Spindeln, wie sie beispielsweise in
DT 20 65 442 und DE 28 38 329 dargestellt und beschrieben
sind, arbeiten mit verschiedenen Ausführungsformen der Kom
ponenten Spindel, Rollen und Mutter. Auf die Komponenten
können beispielsweise Gewinde oder Rillen geschnitten sein.
Grundsätzlich greift aber die Profilierung der Rollen sowohl
in die spindelseitige als auch in die mutterseitige Profi
lierung ein, um einen axialen Kraftfluß herzustellen. Daher
müssen auf allen drei Komponenten zueinander passende Rillen
oder Gewindegänge vorhanden sein.
Um ein axiales Wandern der Rollen zu verhindern oder zu kom
pensieren, sind sogenannte Ausrück- oder Rücksetzvorrichtun
gen für die Rollen vorgesehen, wie in DE 23 20 406,
DE 28 23 729 und DT 21 50 739 dargestellt und beschrieben,
oder es sind Zahnkränze zum Zwangsantrieb der Rollen vorge
sehen, wie in DT 26 01 493 dargestellt und beschrieben.
Ebenso können sowohl Muttern als auch Rollen nur mit Rillen
versehen sein, damit die Rollen keine Axialbewegung ausfüh
ren, während die Spindel mit einem mehrgängigen Getriebe
ausgeführt ist, dessen Gangzahl der Rollenzahl entspricht
bzw. ein Vielfaches davon ist, wie beispielsweise in
DE 28 07 952 beschrieben ist.
Auf diese Weise lassen sich sehr einfach Rollspindeln mit
größerer Steigung erstellen. Für Rollspindeln mit einer sehr
kleinen Steigung, welche kleiner als 0,3 mm/Umd ist, würde
dies jedoch bei sinnvoller Rollenzahl, welche bei mehr als
drei Rollen liegt, zu so feinen Gewindeprofilen führen, daß
deren Fertigung kaum mehr möglich ist.
Ferner sind in DT 20 59 528, DT 27 15 203, DT 27 21 977 Ge
triebe dargestellt und beschrieben, die zum Teil sogar um
schaltbar sind und die aus den Grundelementen der oben ange
sprochenen Rollenspindel-Konstruktionen aufgebaut sind.
Zur Übersetzung einer Dreh- in eine Axialbewegung sind un
terschiedliche Anordnungen geschaffen worden, die häufig so
gar mit schrägstehenden Kugellagern versehen sind, die bei
spielsweise in den DE 20 26 550, DT 17 50 637, DE 27 09 006,
DE 32 19 972 dargestellt und beschrieben sind.
Die beispielsweise bei Roboteranwendungen immer wieder erho
bene Forderung nach einem Spindelsystem mit sehr kleiner
Steigung läßt sich jedoch mit den zahlreichen, in vielen
Druckschriften beschriebenen Konstruktionen nicht oder al
lenfalls mit einem übertrieben großen Aufwand oder aber mit
Einbußen hinsichtlich der Präzision, der Laufruhe und Le
bensdauer erfüllen.
Ziel der Erfindung ist es daher, eine möglichst reibungsarme
Spindelanordnung zu entwickeln, mit welcher bei hohem Kraft
gewinn eine schnelle Drehbewegung unmittelbar in eine lang
same Axialbewegung umsetzbar ist. Gemäß der Erfindung ist
dies bei einer Vorrichtung zur Umwandlung einer - schnellen -
Drehbewegung in eine - langsame - Axialbewegung und umge
kehrt, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die Merk
male im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 oder 2 er
reicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Ge
genstand des Unteranspruchs.
Um das Ziel der Erfindung zu erreichen, müssen Spindelanord
nungen mit einer sehr kleinen Gewindesteigung verwendet wer
den, welche noch dazu sehr niedrige Reibungswerte aufweisen.
Ferner ist eine besonders kleine und gedrungene Bauweise
dann Bedingung und Voraussetzung, wenn eine Anwendung im
feinwerktechnischen Bereich vorgesehen ist, so beispielswei
se für einen elektrisch betriebenen, hinsichtlich Kraft und
Position regelbaren Robotergreifer.
Gemäß dem Kerngedanken der Erfindung sind auf planetenartig
zwischen einer Mutter und einer Spindel angeordnete Wälz-
oder Rollkörper zwei verschiedene Profilierungen aufge
bracht. Hierbei stellt die eine Profilierung den axialen
Kraftschluß zur Spindel her, während die andere Profilierung
den Kraftschluß zur Mutter bewirkt. Im folgenden werden die
se beiden, unterschiedlichen Profilierungen als mutterseiti
ge bzw. spindelseitige Profilierung bezeichnet.
Damit die Planetenrollen oder -walzen ohne eine Axialbewe
gung in der Mutter umlaufen können, weisen die mutterseitige
Profilierung der Rollen und die Profilierung auf der Mutter
selbst verhältnismäßig grobe Rillen auf. Um bei einer sinn
vollen Gewindeschnittiefe sehr kleine Steigungen zu erhal
ten, sind die spindelseitige Profilierung der Rollen oder
Walzen und die Profilierung auf der Spindel oder Welle
selbst folgendermaßen ausgebildet. Auf der Spindel ist ein
eingängiges Feingewinde aufgebracht, welches in etwa der ge
wünschten Steigung entspricht. Die Rollen oder Walzen weisen
ein entsprechend fein ausgebildetes Rillenprofil auf, so daß
dessen Rillenabstand einen exakten Eingriff in das auf der
Spindel aufgebrachte Feingewinde gewährleistet. Damit alle
Planetenrollen oder -walzen sowohl exakt in die große Profi
lierung im Inneren der Mutter als auch in die feine Profi
lierung der Spindel eingreifen, sind die großen Rillen rela
tiv zu den feinen Rillen jeder Rolle in einer von Rolle zu
Rolle unterschiedlichen, aber festen Phasenlage angeordnet
und ausgebildet.
Damit bilden die durch die grobe Profilierung im Inneren der
Mutter axial fixierten Rollen an den Kontaktstellen zur
Spindelprofilierung eine exakt in das auf der Spindel aufge
brachte Feingewinde eingreifende Mutter nach. Die Planeten
rollen oder -walzen können sich somit weiterhin aufgrund der
jeweiligen Phasenlage hinsichtlich ihrer Grob- und Feinpro
filierung nur an jeweils einer genau festgelegten, definier
ten Stelle in ihrem Rollkreis aufhalten. Daher ist auch kein
Führungskäfig erforderlich.
Die Steigung S einer solchen Anordnung errechnet sich aus
der Spindelsteigung Ss, dem Radius der Spindel Rs sowie dem
Radius Rr der Rollen oder Walzen überschlagsmäßig entspre
chend der folgenden Gleichung:
S=Ss(1Rs/(2Rs+2Rr)) (1)
Eine weitere Ausführungsform weist im wesentlichen den glei
chen Aufbau wie oben auf, jedoch werden die feinen Rillen
der Planetenrollen oder -walzen durch zum feinen Gewinde auf
der Spindel passende Feingewinde positiver oder negativer
Steigung ersetzt, wobei statt des feinen Gewindes hier auch
feine Rillen auf der Spindel möglich sind. Es wird dann je
doch ein Käfig erforderlich, der die Rollen auf Distanz
hält. Die Steigung S einer solchen Anordnung errechnet sich
nach der nachstehend wiedergegebenen Gleichung
Ss(1-Rs/(2Rs + 2Rr)) + SrRs/Rr (2)
Bei einer solchen Anordnung lassen sich durch Variieren der
Rollensteigung und der Radien praktisch beliebige Steigungen
ja sogar negative Steigungen realisieren, ohne daß dabei die
Spindelsteigung geändert oder negativ gemacht werden müßte.
In Übereinstimmung mit dem der Erfindung zugrundeliegenden
Kerngedanken können jedoch auch die mutterseitige Profilie
rung der Rollen oder Walzen und die Profilierung auf der
Mutter fein ausgeführt werden, während die spindelseitige
Profilierung der Rollen oder Walzen durch große Rillen oder
ein grobes Gewinde gebildet wird, zu welchem dann entspre
chend ausgebildete Gewinde oder Rillen auf der Spindel gehö
ren. Durch eine solche Anordnung lassen sich jedoch in vor
teilhafter Weise nur große Steigungen realisieren.
Nachfolgend wird anhand einer bevorzugten Ausführungsform
eine besonders vorteilhafte, äußerst reibungsarme Ausfüh
rungsform für sehr niedrige Steigungen beschrieben. Es zei
gen:
Fig. 1 eine axiale Schnittansicht einer bevorzugten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vor
richtung, und
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie II-II
in Fig. 1.
Sowohl in der axialen Schnittansicht der Fig. 1 als auch in
der Schnittansicht in Fig. 2 entlang der Linie II-II in Fig. 1
ist mittig eine Spindel 1 bzw. das Ende einer als Spindel 1
ausgebildeten Welle, beispielsweise der Welle eines Antrieb
motors dargestellt. Auf einer derartigen Spindel 1 ist ein
eingängiges Feingewinde 10 aufgebracht, das beispielsweise
beispielsweise eine Steigung S von 0,25 mm oder weniger hat.
Um die Spindel 1 herum sind mehrere, in der vorliegenden
Ausführungsform sechs Rollen oder Walzen 3 planetenartig an
geordnet, wie besonders deutlich aus der Schnittansicht der
Fig. 2 zu ersehen ist. Auf den Rollen oder Walzen 3 ist eben
falls ein ausgesprochen fein ausgebildetes Rillenprofil 31
aufgebracht, wobei der Abstand der einzelnen Rillen einen
exakten Eingriff in das äußerst feine Gewinde 10 auf der
Spindel 1 gewährleistet.
Ferner sind am Umfang der einzelnen Rollen oder Walzen 3
noch grobe Rillen 32 ausgebildet, deren Abstand exakt der
gleiche ist, wie derjenige von großen Rillen 20, welche im
Inneren einer die Spindel zum Teil umgebenden Mutter 2 aus
gebildet sind.
Damit alle im vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs plane
tenartig angeordneten Rollen oder Walzen 3 sowohl in die
grobe Profilierung im Inneren der Mutter 2, d.h. in deren
verhältnismäßig grobe Rillen 20, als auch in die feine Pro
filierung auf der Spindel 1, d.h. in deren eingängiges Fein
gewinde 10, exakt und zuverlässig eingreifen, sind die gro
ben Rillen 32 relativ zu den feinen Rillen 31 jeder der Rol
len 3 in einer von Rolle zu Rolle unterschiedlichen, aber
festen Phasenlage angeordnet. Das heißt, die im Prinzip
gleich aufgebauten Rollen oder Walzen 10 weisen jeweils be
züglich der auf ihnen ausgebildeten feinen Profilierung 31
einen unterschiedlichen Phasenanschnitt auf, und müssen da
her in einer ganz bestimmten Reihenfolge angeordnet werden.
So unterscheidet sich beispielsweise der Phasenanschnitt des
Feingewindes 31 auf der in Fig. 1 rechts angeordneten Rolle 3
gegenüber dem entsprechenden Phasenanschnitt des ersten Ge
windegangs des Feingewindes 10 auf der in der Schnittansicht
in der Fig. 1 linken Rolle 3 um 180°, da, wie bereits mehr
fach erwähnt, bei der in den Figuren dargestellten Ausfüh
rungsform insgesamt sechs Rollen oder Walzen 3 verwendet
sind.
Das bedeutet, der von Rolle zu Rolle unterschiedliche Pha
senanschnitt des jeweils ersten Gewindegangs des auf den
Rollen 3 aufgebrachten Feingewindes 31 ergibt sich, wenn bei
einer bestimmten Rolle mit dem Zählen begonnen wird, ent
sprechend dem Produkt aus (Nummer der gerade interessieren
den Rolle - 1)×360°/Gesamtrollenanzahl.
Die in Fig. 1 dargestellte Schnittansicht der erfindungsgemä
ßen Vorrichtung weist als Staubschutz und als Halterung und
Sicherung für die Rollen oder Walzen 3 oben und unten je
weils noch eine Abdeckung 4 auf, welche zum Inneren der An
ordnung hin jeweils Ansätze 43 aufweisen, deren Anfasung je
weils der Steigung der groben Rillen 32 am Außenumfang der
Rollen oder Walzen 3 entsprechen.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine
Axialbewegung und umgekehrt, mit einer Spindel mit Außenpro
filierung, mit einer die Spindel umgebenden und relativ zu
dieser drehbaren Mutter mit Innenprofilierung und mit dazwi
schen angeordneten profilierten Wälz- oder Rollkörpern, da
durch gekennzeichnet, daß die Wälz- oder Roll
körper (3) zwei unterschiedliche Profilierungen (31; 32)
aufweisen, von welchen die eine einen axialen Kraftschluß zu
der Profilierung (10) auf der Spindel (1) und die andere
einen axialen Kraftschluß zur Profilierung (20) auf der In
nenseite der Mutter (2) herstellt.
2. Vorrichtung zur Umwandlung einer schnellen Drehbewegung
in eine langsame Axialbewegung und umgekehrt, nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilie
rung auf der Innenseite der Mutter (2) in Form von relativ
groben, im Querschnitt kreisförmigen Rillen (20) ausgeführt
ist, daß die Profilierung auf der Außenseite der Spindel (1)
ein fein ausgebildetes, schraubenlinienförmiges, eingängiges
Rillenprofil (10) ist, und daß am Außenumfang der Wälz- oder
Rollkörper (3) abwechselnd bezüglich der Rillentiefe zu
einem Teil jeder der groben Rillen (20) auf der Innenseite
der Mutter (2) passende, entsprechend grobe Rillen (32) und
dazwischen jeweils eine Anzahl fein ausgebildeter Gewinde
gänge (31) ausgebildet sind, welche der fein ausgebildeten,
eingängigen Profilierung (10) der Spindel (1) entsprechen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur exakten Fixierung der Position der
einzelnen Rollkörper die groben Rillen (32) relativ zu den
Rillen des Feingewindes (31) jedes der Rollkörper (3) in
einer von Rollkörper zu Rollkörper unterschiedlichen, aber
entsprechend der Anzahl der verwendeten Rollkörper fest vor
gegebenen Phasenlage ausgebildet sind, und die unterschied
lich ausgebildeten Rollkörper in einer ganz bestimmten Rei
henfolge zwischen der Spindel (1) und der sie teilweise um
gebenden Mutter (2) angeordnet sind.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEUTSCHE FORSCHUNGSANSTALT FUER LUFT- UND RAUMFAHR |
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8130 | Withdrawal |