EP1330615A1 - Gewindetrieb - Google Patents
GewindetriebInfo
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- EP1330615A1 EP1330615A1 EP01988831A EP01988831A EP1330615A1 EP 1330615 A1 EP1330615 A1 EP 1330615A1 EP 01988831 A EP01988831 A EP 01988831A EP 01988831 A EP01988831 A EP 01988831A EP 1330615 A1 EP1330615 A1 EP 1330615A1
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- threaded
- drive according
- threaded nut
- balls
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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- F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
- F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
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- F16H25/2427—Elements essential to such mechanisms, e.g. screws, nuts one of the threads being replaced by a wire or stripmetal, e.g. spring
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- B21F3/02—Coiling wire into particular forms helically
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B21F—WORKING OR PROCESSING OF METAL WIRE
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- B21F45/16—Wire-working in the manufacture of other particular articles of devices for fastening or securing purposes
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- F16H25/20—Screw mechanisms
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- F16H—GEARING
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Definitions
- the invention relates to a screw drive with a threaded nut, a threaded spindle and load-bearing rolling elements which are designed as balls rotating in the thread grooves of the threaded nut and the threaded spindle, a return area being provided for the balls.
- Such a screw drive is, for. B. from the international patent application WO 98/36186.
- the special feature of the known screw drive is that the threaded nut is surrounded by a further nut and is mounted in it by means of rolling elements, the nut being held axially in a fixed housing as an outer nut.
- a disadvantage of the previously known screw drive is in particular the need to manufacture the threaded nut by machining, which causes high manufacturing costs.
- the threaded nut consists of a spirally wound profile material or of a spirally wound wire material with a circular cross section, which is arranged in a sleeve.
- the profile material is designed as a rod or endless material. Due to the elasticity of the wound threaded nut, an increase in the power density as well as a uniformity of the load share reached.
- Subject of the invention are the Wind'.ingen of the spirally wound profile material placed on a block and arranged under tension in a sleeve.
- the turns of the spirally wound profile material placed on the block are preferably arranged in the sleeve so that they cannot rotate. It is thereby achieved that the reaction moment resulting from the conversion of a rotary into a translatory movement is transmitted to the sleeve.
- Suitable anti-rotation devices are, for example, axial or radial profiles or recesses in the windings.
- the track for the balls is preferably formed by a concave profiling of the profile material or by two concave profiles each of two adjacent turns of the profile material.
- At least one block contact surface of the profile material is convex or both block contact surfaces of the profile material are flat.
- an increase in the rigidity of the threaded nut is achieved in that the turns of the profile material are welded.
- FIG. 1 shows a first embodiment of the screw drive according to the invention in axial section
- FIG. 2 shows a schematic illustration of a method for producing the threaded nut of the screw drive shown in FIG. 1, and
- Fig. 3 is a simplified representation of the second embodiment of the screw drive according to the invention in axial section.
- the first embodiment of the screw drive according to the invention shown in FIG. 1 essentially consists of a threaded spindle 1, a threaded nut 2 surrounding the threaded spindle 1 and a plurality of supporting rolling elements 3 arranged between the threaded spindle 1 and the threaded nut 2.
- Both the threaded spindle 1 and the threaded nut 2 are stored in a housing, not shown in the drawing, the threaded nut 2 being secured against rotation, so that it can be set into an axial or translational movement.
- a raceway for the rolling elements 3 designed as balls serves on the one hand a helical thread groove 4 formed in the threaded spindle 1 and, on the other hand, a helically shaped thread groove 5 correspondingly shaped in the threaded nut 2 the balls 3 can run back to the beginning of the load-bearing track without any load.
- the threaded nut 2 is formed by a plurality of turns 8 of a spirally wound profile material 7, which in a sleeve is arranged, which is provided with the reference numeral 9.
- the thread groove 5 mentioned above is preferably formed by two concave profiles each having two turns 8 lying next to one another.
- step (a) the bar or endless material 7, which is profiled in cross section, is wound spirally, similar to a cylindrical spring.
- the final ball raceway or thread groove 5 arises when the cylindrical thread arrangement is prestressed on block in step b, the greatest width of the rod cross section determining the pitch of the threaded nut 2.
- both block contact surfaces of the profile material 7 are flat, an embodiment is also conceivable in which one of the block contact surfaces is convex.
- step c the end faces of the cylindrical thread arrangement are ground axially and their surface is provided with a radial recess 10.
- step d is inserted into the aforementioned sleeve 9, whereby the final geometry and the required rigidity are achieved under pretension.
- the radial recess 10 is preferably used to support the reaction torque which arises in the operation of the screw drive according to the invention by converting the rotary into the translatory movement.
- the sleeve 9 can be welded to the cylindrical thread arrangement. It is also possible to dispense with the sleeve 9 and to weld the individual turns 8 which are prestressed on the block.
- the geometry of the thread nut 2 produced without cutting is (Diameter, length, thread pitch, number of load-bearing revolutions) can be varied over a wide range. Since the final geometry is determined by the accuracy of the rod cross-section and the assembly of the thread arrangement in the sleeve under pretension, the tolerances for the winding can be kept relatively large, thereby achieving a cost reduction.
- the stiffness of the threaded nut can be specifically designed by suitable profiling of the rod cross-section in order to compensate for manufacturing inaccuracies of the threaded spindle 1, in particular pitch errors, by elastic deformations.
- the cylindrical thread arrangement consists of a spirally wound wire material 70 with a preferably circular cross-section, the thread groove 5 mentioned above serving as the raceway for the balls 3 being formed by surface sections of two turns 80 formed at a distance from one another.
- the spiral, spring-like arrangement is inserted into a metallic sleeve 90 with a correspondingly shaped profile.
Landscapes
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Abstract
Es wird ein Gewindetrieb vorgeschlagen, der eine Gewindemutter (2), eine Gewindespindel (1), tragende Wälzkörper (3), die als in Gewinderillen (5,4) der Gewindemutter (2) als auch der Gewindespindel (1) umlaufende Kugeln ausgebildet sind, sowie einen Rücklaufbereich (6) für die Kugeln (3) aufweist. Um die Herstellungskosten, insbesondere durch spanlose Fertigung der Gewindemutter deutlich zu reduzieren und durch eine Vergleichmässigung des Traganteils des Gewindetriebs eine höhere Leistungsdichte zu erreichen, wird erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Gewindemutter (2) aus einem spiralförmig gewickelten Profilmaterial (7) besteht.
Description
Gewindetrieb
Die Erfindung betrifft einen Gewindetrieb mit einer Gewindemutter , einer Gewindespindel und tragenden Wälzkörpern, die als in Gewinderillen der Gewindemutter als auch der Gewindespindel umlaufende Kugeln ausgebildet sind, wobei ein Rücklaufbereich für die Kugeln vorgesehen ist.
Ein derartiger Gewindetrieb ist z. B. aus der internationalen Patentanmeldung WO 98/36186 bekannt. Das Besondere an dem vorbekannten Gewindetrieb besteht darin, daß die Gewindemutter von einer weiteren Mutter umgeben und in dieser mittels Wälzkörper gelagert ist, wobei die Mutter in einem ortsfesten Gehäuse als äußere Mutter axial gehalten ist.
Als nachteilig wird bei dem vorbekannten Gewindetrieb insbesondere die Notwendigkeit empfunden, die Gewindemutter durch spanende Fertigung herzustellen, die hohe Herstellungskosten verursacht.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gewindetrieb der eingangs genannten Gattung vorzuschlagen, bei dem die Fertigungskosten durch spanlose Fertigung deutlich reduziert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Gewindemutter aus einem spiralförmig gewickelten Profilmaterial bzw. aus einem spiralförmig gewickelten Drahtmaterial mit kreisförmigem Querschnitt besteht, das in einer Hülse angeordnet ist. Das Profilmaterial ist dabei als Stab- oder Endlosmaterial ausgebildet. Durch die Elastizität der gewickelten Gewindemutter wird eine Erhöhung der Leistungsdichte sowie eine Vergleichmassigung
des Traganteils erreicht.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des
Erfindungsgegenstandes sind die Wind'.ingen des spiralförmig gewickelten Profilmaterials auf Block gesetzt und unter Vorspannung in einer Hülse angeordnet.
Die auf Block gesetzten Windungen des spiralförmig gewickelten Profilmaterials sind vorzugsweise in der Hülse verdrehgesichert angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß das durch die Umwandlung einer rotatorischen in eine translatorische Bewegung entstehende Reaktionsmoment auf die Hülse übertragen wird. Geeignete Verdrehsicherungs- mittel sind beispielsweise axiale oder radiale Profilierungen bzw. Ausnehmungen der Windungen.
Die Laufbahn für die Kugeln ist vorzugsweise durch eine konkave Profilierung des Profilmaterials oder durch zwei konkave Profilierungen von jeweils zwei nebeneinander liegenden Windungen des Profilmaterials gebildet.
Dabei ist mindestens eine Blockkontaktfläche des Profilmaterials konvex ausgebildet bzw. beide Blockkontaktflächen des Profilmaterials sind eben ausgebildet .
Eine Steigerung der Steifigkeit der Gewindemutter wird nach einem anderen Erfindungsmerkmal dadurch erreicht, daß die Windungen des Profilmaterials verschweißt sind.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der Rücklaufbereich für die Kugeln in der Gewindespindel ausgebildet ist.
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Gewindetriebs im Axialschnitt,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Gewindemutter des in Fig. 1 gezeigten Gewindetriebs, und
Fig. 3 eine vereinfachte Darstellung der zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen Gewindetriebs im Axialschnitt.
Die in Fig. 1 dargestellte erste Ausführung des erfindungsgemäßen Gewindetriebs besteht im wesentlichen aus einer Gewindespindel 1, einer die Gewindespindel 1 umgebenden Gewindemutter 2 sowie mehreren, zwischen Gewindespindel 1 und Gewindemutter 2 angeordneten tragenden Wälzkörpern 3. Sowohl die Gewindespindel 1 als auch die Gewindemutter 2 sind in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Gehäuse gelagert, wobei die Gewindemutter 2 gegen Verdrehen gesichert ist, so daß sie in eine axiale bzw. translatorische Bewegung versetzt werden kann. Als Laufbahn für die als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper 3 dient einerseits eine in der Gewindespindel 1 ausgebildete wendeiförmige Gewinderille 4 und andererseits eine in der Gewindemutter 2 entsprechend geformte wendeiförmige Gewinderille 5. Außerdem ist innerhalb der Gewindespindel 1 ein Rücklaufbereich bzw. -kanal 6 ausgebildet, in dem die Kugeln 3 ohne Belastung an den Anfang der tragenden Laufbahn zurücklaufen können.
Wie Fig. 1 außerdem zu entnehmen ist, wird die Gewindemutter 2 durch mehrere Windungen 8 eines spiralförmig gewickelten Profilmaterials 7 gebildet, die in
einer Hülse angeordnet sind, die mit dem Bezugszeichen 9 versehen ist. Die vorhin erwähnte Gewinderille 5 wird dabei vorzugsweise durch zwei konkave Profilierungen von jeweils zwei nebeneinander liegenden Windungen 8 gebildet.
Die einzelnen Schritte a-d eines Verfahrens zur Herstellung der Gewindemutter 2 sind in Fig. 2 dargestellt. Im ersten Schritt (a) wird das im Querschnitt profilierte Stab- oder Endlosmaterial 7 ähnlich einer zylindrischen Feder spiralförmig gewickelt. Die endgültige Kugellaufbahn bzw. Gewinderille 5 entsteht, wenn die zylindrische Gewindeanordnung im Schritt b auf Block vorgespannt wird, wobei die größte Breite des Stabquerschnitts die Steigung der Gewindemutter 2 bestimmt. Dabei sind beide Blockkontaktflächen des Profilmaterials 7 eben ausgebildet, wobei auch eine Ausführung denkbar ist, bei der eine der Blockkontaktflächen konvex ausgebildet ist. Im Schritt c werden die Endflächen der zylindrischen Gewindeanordnung axial angeschliffen und ihre Oberfläche wird mit einer radialen Ausnehmung 10 versehen. Schließlich wird die Anordnung im Schritt d in die vorhin erwähnte Hülse 9 eingesetzt, wodurch unter Vorspannung die endgültige Geometrie sowie die erforderliche Steifigkeit erreicht werden. Die radiale Ausnehmung 10 dient dabei vorzugsweise der Abstützung des Reaktionsmoments, das im Betrieb des erfindungsgemäßen Gewindetriebs durch die Umwandlung der rotatorischen in die translatorische Bewegung entsteht. Selbstverständlich sind auch andere geeignete Maßnahmen denkbar; so kann beispielsweise die Hülse 9 mit der zylindrischen Gewindeanordnung verschweißt werden. Es ist außerdem auch möglich, auf die Hülse 9 zu verzichten und die einzelnen auf Block vorgespannten Windungen 8 zu verschweißen.
Durch die beschriebene Art der Herstellung ist die Geometrie der spanlos hergestellten Gewindemutter 2
(Durchmesser, Länge, Gewindesteigung, Anzahl der tragenden Umläufe) in weiten Bereichen variierbar. Da die endgültige Geometrie durch die Genauigkeit des Stabquerschnitts und die Montage der Gewindeanordnung in die Hülse unter Vorspannung bestimmt wird, können die Toleranzen für das Wickeln relativ groß gehalten werden, wodurch eine Kostenreduktion erreicht wird. Durch eine geeignete Profilierung des Stabquerschnitts kann die Steifigkeit der Gewindemutter gezielt ausgelegt werden, um durch elastische Verformungen Fertigungsungenauigkeiten der Gewindespindel 1, insbesondere Steigungsfehler, auszugleichen.
Eine besonders kostengünstige Ausführung der Gewindemutter 2 ist schließlich in Fig. 3 dargestellt. Bei der gezeigten Ausführung besteht die zylindrische Gewindeanordnung aus einem spiralförmig gewickelten Drahtmaterial 70 mit vorzugsweise kreisförmigem Querschnitt, wobei die vorhin erwähnte, als Laufbahn für die Kugeln 3 dienende Gewinderille 5 durch Oberflächenabschnitte von jeweils zwei im Abstand voneinander ausgebildeten Windungen 80 gebildet wird. Die spiralförmige, federähnliche Anordnung wird in eine metallische Hülse 90 mit entsprechend ausgeformter Profilierung eingesetzt.
Claims
1. Gewindetrieb mit einer Gewindemutter (2), einer Gewindespindel (1), tragenden Wälzkörpern (3), die als in Gewinderillen (5,4) der Gewindemutter (2) als auch der Gewindespindel ( 1 ) umlaufende Kugeln ausgebildet sind, sowie einem Rücklaufbereich (6) für die Kugeln (3), dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemutter (2) aus einem spiralförmig gewickelten Profilmaterial (7) besteht.
2. Gewindetrieb mit einer Gewindemutter (2), einer Gewindespindel (1), sowie tragenden Wälzkörpern (3), die als in Gewinderillen (5,4) der Gewindemutter (2) als auch der Gewindespindel (1) umlaufende Kugeln ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindemutter (20) aus einem spiralförmig gewickelten Drahtmaterial (70) mit kreisförmigem Querschnitt besteht, das in einer Hülse (90) angeordnet ist.
3. Gewindetrieb nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen (8) des spiralförmig gewickelten Profilmaterials (7) auf Block gesetzt und unter Vorspannung in einer Hülse (9) angeordnet sind.
4. Gewindetrieb nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß die auf Block gesetzten Windungen (8) des spiralförmig gewickelten Profilmaterials (7) in der Hülse (9) verdrehgesichert angeordnet sind.
5. Gewindetrieb nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsicherung als eine radiale Ausnehmung (10) der Windungen (8) ausgebildet ist.
6. Gewindetrieb nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrehsicherung durch Verschweißen der Windungen (8) mit der Hülse (9) erfolgt.
7. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn für die Kugeln durch eine konkave Profilierung des Profilmaterials gebildet ist.
8. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn (5) für die Kugeln (3) durch zwei konkave Profilierungen von jeweils zwei nebeneinander liegenden Windungen (8) des Profilmaterials (7) gebildet ist.
9. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß beide Blockkontaktflächen des Profilmaterials (7) eben ausgebildet sind.
10. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Blockkontaktflache des Profilmaterials (7) konvex ausgebildet ist.
11. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Windungen des Profilmaterials verschweißt sind.
12. Gewindetrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rücklaufbereich (6) für die Kugeln (3) in der Gewindespindel (1) ausgebildet ist.
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