DE4302478C2 - Gewindetrieb für Feineinstellungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gewindetrieb für Feinein­ stellungen gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Solche Gewindegetriebe kommen auf den verschiedensten Einsatzgebieten für Feineinstellungsaufgaben zur Verwendung, bspw. bei Werkzeugmaschinen, Meßgeräten, Robotern, medizinischen Geräten, Feinwerktechnik od. dgl.

Derartige Gewindetriebe bzw. Spindeltriebe sind bspw. nach der DE-PS 25 02 052 bekannt. Dieser Gewindetrieb weist einen auf der Spindel aufgeschraubten Käfig mit Schlitzen zur Lagehalterung der Rollen auf, die beidseitig an ihren Enden kegelstumpfförmig ausgebildet sind und damit an zwei entsprechend konischen Führungsringen abrollend anliegen, welche Ringe über Axialkugellager und Ringfedern innen im Getriebegehäuse abgestützt sind. Bekannt sind auch zwei andere Arten von Gewindetrieben, wobei die eine Art (US-PS 2 951 390) mit Kugeln arbeitet, die zwischen einer Spindel und einer Mutter angeordnet sind und im Bereich der Mutter durch Umlenkeinrichtungen gehalten werden (Kugelumlaufspindel). Bei der anderen Art (EP 0 331 761) sind der Spindel in einem Gehäuse mehrere Gewinderollen zugeordnet, die mit dem Gewinde der Spindel im Eingriff stehen. Dies bedarf jedoch eines beträchtlichen konstruktiven Aufwandes, da die Rollen als Planetengetriebe im Gehäuse gelagert und der Spindel zu­ geordnet werden müssen (sogenannter Satelliten-Rollen­ spindeltrieb). Soweit bekannt, sind jedoch bei diesen be­ kannten Gewindetrieben Feineinstellungen unter 0,5 mm Steigung, und zwar spielfrei, nicht möglich.

Ausgehend von einem Getriebe nach der DE-PS 25 02 052 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Lagerung und den Einbau der Rollen einfacher und übersichtlicher zu gestalten, und die Feinverstellung zwischen Spindel und Gehäuse bzw. umgekehrt zwischen Gehäuse und Spindel ohne Zwischenelemente direkt via Rollenkäfig übertragen zu können.

Diese Aufgabe ist mit einem Gewindetrieb der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an der Spindel axial hintereinander zwei Rollenkäfige angeordnet und die Rollen mit ihren Lagerzapfen in mit Distanzbüchsen zueinander fixierten Ringen der Rollenkäfige in Kugellagern gelagert sind und zwischen den benachbarten Ringen der beiden Rollenkäfige eine Ringfeder angeordnet ist, die die Rollenkäfige gegen Anschläge des Gehäuses und die mit Spiel in das Feingewinde der Spindel eingreifenden Zähne gegen die des Feingewindes der Spindel verspannt.

In bezug auf den Gewindetrieb gemäß der DE-PS 25 02 052 kommt man bei erfindungsgemäßen Gewindetrieb für die Rollen mit einfachen Käfigen aus, und die Rollen sind unmittelbar selbst in Kugellagern gelagert. Kugeln als Kopplungselemente zwischen Spindel und Führungsnuten sind entbehrlich, und die Rollen haben keine Gewinde, sondern wie beim Gewindetrieb nach der DE-PS 25 02 052 steigungsfrei umlaufende Nuten und Zähne, die aber im Querschnitt dem Gewindeprofil der Spindel entsprechen, wobei der Flankenwinkel der Zähne an den Rollen und der Gewindegänge der Spindel bspw. 60° betragen kann.

Da die drehbar in den Käfigen gelagerten Rollen einer­ seits kein Gewinde haben, sondern nur steigungsfrei um­ laufende Zähne, andererseits aber die Zähne mit dem Ge­ winde der Spindel im Eingriff stehen müssen, muß ein aus­ reichendes Spiel für eine ausreichend tragende Eingriffs­ tiefe der Rollenzähne vorhanden sein.

Dieses erforderliche Spiel wird nun aber durch die Anord­ nung einer Feder zwischen den beiden Käfigen aufgehoben, die die beiden Käfige unter Vorspannung hält und somit die Spielfreiheit in der einen und anderen Drehrichtung der Spindel gewährleistet. Tragend ist also in der einen oder anderen Richtung immer nur der eine oder andere Kä­ fig bzw. sind dessen Rollen tragend. Die Federkraft ist beim erfindungsgemäßen Gewindetrieb primär maßgebend für die Kraft, mit der die Feineinstellung vorgenommen werden kann.

Die Maßgabe, daß die zueinander parallelen Nuten und Zähne der Rollen in bezug auf ihre Horizontale in Abhän­ gigkeit der Umfangszuordnung der Rollen zur Spindel ent­ sprechend höhenversetzt angeordnet sein müssen, ergibt sich daraus, daß die Rollen im Käfig bspw. mit 120° (bei drei Rollen) versetzt angeordnet sind und deren Zähne aufgrund der Steigung des Spindelgewindes entsprechend dieser Steigung jeweils an einer höher gelegenen Stelle am Spindelgewinde im Eingriff stehen.

Die Ausführungsform mit zwei Käfigen wird zwar bevorzugt, da hierbei in beiden Drehrichtungen die gleiche Belastung aufgenommen werden kann. Wenn aber der Belastung in nur einer Richtung Rechnung zu tragen ist, muß nur der Spiel­ freiheit für diese Richtung Rechnung getragen werden, d. h., in solchen Fällen kann vorteilhaft statt des einen Käfigs lediglich ein Widerlager im dann entsprechend kür­ zer bemessenen Gehäuse vorgesehen werden, zwischen dem und dem verbliebenen Käfig die Feder angeordnet ist.

Der erfindungsgemäße Gewindetrieb und weitere vorteil­ hafte Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Es zeigt schematisch

Fig. 1 einen Schnitt durch den Gewindetrieb;

Fig. 2 eine Draufsicht auf den Gewindetrieb gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 stark vergrößert die Zuordnung der Zähne und Nuten zu einem Gewindegang der Spindel zur Ver­ deutlichung des Höhenversatzes von drei um je­ weils 120° versetzt angeordneten Rollen im Käfig.

Der Gewindetrieb besteht aus einer Spindel 1 mit spitzem Feingewinde 2 geringer Steigung, die zwischen mindestens drei mit dem Feingewinde 2 im Eingriff stehenden, in ei­ nem Gehäuse 3′ drehbar gelagerten Rollen 4 geführt ist.

Für diesen Gewindetrieb ist nun wesentlich, daß an der Spindel 1 axial hintereinander zwei Rollenkäfige 5 mit mindestens je drei parallel der Spindel 1 zugeordneten Rollen 4 und die beiden Käfige 5 unter Anordnung einer Feder 6 zwischen den Käfigen 5 in einem Gehäuse 3′ axial fixiert sind. Die Rollen 4 sind dabei auf ihrer Umfangs­ fläche F, dem Feingewinde 2 der Spindel 1 entsprechend, mit mehreren steigungsfrei senkrecht zur Rollenachse 4′ umlaufenden Nuten 7 und Zähnen 8 versehen, die in bezug auf die Horizontale H in Abhängigkeit der Umfangszuord­ nung der Rollen 4 zur Spindel 1 entsprechend höhenver­ setzt angeordnet (siehe Fig. 3) sind. Dies ist auf einfache Weise beim Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, daß die Rollen mit entsprechend unterschiedlich hohen Sockeln 14 versehen sind, die in bezug auf ihre Anordnung im Käfig ihre Anordnung am federfernen Ende des jeweiligen Käfigs 5 finden.

Um die Montage und auch Fertigung möglichst einfach zu gestalten, ist jeder der beiden Käfige 5 aus einem oberen und einem unteren Ring 9, 9′ gebildet und die beiden Ringe 9, 9′ sind mit von Schrauben 10 durchgriffenen Büchsen 11 auf Distanz gehalten.

Bei der Feder 6 handelt es sich zweckmäßig um eine han­ delserhältliche Ringfeder, dessen Ringfederblatt gewellt ausgebildet ist, was nur schematisch angedeutet ist.

Beim gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind, was unter Bezug auf Fig. 2 deutlicher wird, in jedem Käfig in paralleler Eingriffszuordnung zur Spindel 1 drei um 120° zueinander versetzte Rollen 4 angeordnet und ferner drei Distanzbüchsen 10, die mit Schrauben, wie in Fig. 1 dar­ gestellt, zwischen den Ringen 9, 9′ verspannt sind.

Das die beiden Käfige 5 und deren mittige Feder 6 um­ schließende Gehäuse 3 ist an einem Ende mit einem ein­ setzbaren Halte- und Federspannring 13 versehen, d. h., die Feder 6 erhält ihre erforderliche Vorspannung vom entsprechend mehr oder weniger tief in das Gehäuse 3 bspw. einschraubbaren Halte- und Federspannring 13. Wie ersichtlich, sind die Rollen 4 mit Lagerzapfen 15 verse­ hen und diese in Kugellagern 16 in den Ringen 9, 9′ gelagert.

Aus Platzgründen - ein solcher Gewindetrieb kann bspw. bezüglich seines Gehäusedurchmessers durchaus einen Durchmesser von nur 10 mm haben! - ist der Kreis 17, auf dem die Rollen 4 mit ihren Achsen 4′ gelagert sind, klei­ ner als der Kreis 18, auf dem die Achsen 10′ der Schrau­ ben 10 angeordnet sind.

Nicht dargestellt, da ohne weiteres vorstellbar, ist eine Ausführungsform derart, daß bei Feineinstellungsbelastung in nur einer Richtung statt des einen Käfigs 5 dem verbleibenden Käfig 5 ein Widerlager am Gehäuse 3 zu­ geordnet ist, zwischen dem und dem Käfig 5 die Feder 6 mit Wirkrichtung gegen die Einstellungsbelastungsrichtung angeordnet ist.

Claims (9)

1. Gewindetrieb für Feineinstellungen, bestehend aus einer zentrisch in einem Gehäuse (3) angeordneten Spindel (1) mit Gewinde (2) geringer Steigung, die zwischen mit dem Gewinde (2) im Eingriff stehenden, in einem Käfig (5) drehbar gelagerten Rollen (4) geführtist, wobei die zur Spindel (1) achsparallelen Rollen (4) auf ihrer Umfangsfläche (F), dem Gewinde (2) der Spindel (1) entsprechend mit mehreren steigungsfrei senkrecht zur Rollenachse (4′) umlaufenden Nuten (7) und Zähnen (8) versehen sind, die in bezug auf die Horizontale (H) in Abhängigkeit der Umfangszuordnung der Rollen (4) zur Spindel (1) entsprechend höhenversetzt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Spindel (1) axial hintereinander zwei Rollenkäfige (5) angeordnet und die Rollen (4) mit ihren Lagerzapfen (15) in mit Distanzbüchsen (11) zueinander fixierten Ringen (9, 9′) der Rollenkäfige (5) in Kugellagern (16) gelagert sind und zwischen den benachbarten Ringen (9, 9′) der beiden Rollenkäfige (5) eine Ringfeder (6) angeordnet ist, die die Rollenkäfige (5) gegen Anschläge (12, 13) des Gehäuses (3) und die mit Spiel in das Feingewinde (2) der Spindel (1) eingreifenden Zähne (8) gegen die des Feingewindes (2) der Spindel (1) verspannt.

2. Gewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der beiden Käfige (5) aus einem oberen und einem unteren Ring (9, 9′) gebildet ist und die bei­ den Ringe (9, 9′) mit von Schrauben (10) durchgrif­ fenen Büchsen (11) auf Distanz gehalten sind.

3. Gewindetrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (6) in Form einer Ringfeder ausgebil­ det ist.

4. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (3) an einem Ende mit einem An­ schlagringbund (12) und am anderen Ende mit einem einsetzbaren Halte- und Federspannring (13) versehen ist.

5. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (4) entsprechend ihrer Umfangszuord­ nung zur Spindel (1) mit entsprechend unterschied­ lich hohen Sockeln (14) versehen sind.

6. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Käfig drei um 120° versetzte Rollen (4) und dazwischen drei ebenfalls um 120° versetzte Di­ stanzbüchsen (11) angeordnet sind.

7. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (4) mit Lagerzapfen (15) versehen und diese in Kugellagern (16) in den Ringen (9, 9′) gelagert sind.

8. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreis (17), auf dem die Rollen (4) mit ihren Achsen (4′) gelagert sind, kleiner ist als der Kreis (18), auf dem die Achsen (10′) der Schrauben (10) angeordnet sind.

9. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei Feineinstellungsbelastung in nur einer Rich­ tung statt des einen Käfigs (5) dem ver­ bleibenden Käfig (5) ein Widerlager (5′) am Gehäuse (3) zugeordnet ist, zwischen dem und dem Käfig (5) die Feder (6) mit Wirkrichtung gegen die Einstel­ lungsrichtung angeordnet ist.