DE2352453A1

DE2352453A1 - Kugel-schraubengetriebe

Info

Publication number: DE2352453A1
Application number: DE19732352453
Authority: DE
Inventors: Jacques Taillardat
Original assignee: TECH INTEGRALE CHAMBERY FRANKR
Current assignee: TECH INTEGRALE CHAMBERY FRANKR
Priority date: 1972-10-20
Filing date: 1973-10-19
Publication date: 1974-05-02
Also published as: CH583389A5; JPS4993769A; NL7314368A; FR2204270A5; US3869936A; SE396242B; GB1415116A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem

6 Prankfurt am Main Staufenstraße

Anm.: -

Firma "

LA TECHNIQUE INTEGRALE
P-73oo3 Chambery/Frankreich

Kugel-Schraubengetriebe

Die Erfindung betrifft ein Kugel-Schraubengetriebe zur Umwandlung einer translatorischen Bewegung zwischen einer Gewindespindel und einer Mutter in eine Drehbewegung oder umgekehrt.

Bekannte Schraubengetriebe dieser Art enthalten in jeder Schr-aubennut der Mutter kurz vor deren einer- »Stirnseite eine Austragstelle und kurz vor ihrer anderen Stirnseite eine Wiedereinführstelle, die durch Rückführmittel wie ein Rohr oder einen in die Dicke der Mutter eingearbeiteten Kanal zur Gewährleistung des Umlaufs der Kugeln in giner geschlossenen Bahn verbunden sindo

Im Fall des Entweichens oder der· zufälligen"Zerstörung der Kugeln der bekannten Schraubengetriebe tritt eine abrupte Unterbrechung der Verbindung zwischen den miteinander formschlüssig verbundenen Elementen der Gewindespindel und der Mutter auf, was außerordentlich gefährliche Polgen insbesondere bei ganz bestimmten Anwendungsfällen dieser Schraubengetriebe haben kann« Vor allem kann eine abrupte Trennung .zwischen Gewindespindel und Mutter zu einer schnellen Translationsbewegung der Mutter "gegenüber der pewindespindel' führen«, . · ·

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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Gefahr zu beseitigen.

Ausgehend von einem Kugel-Schraubengetriebe der eingangs genannten Art, bei welchem in jeder Schraubennut der Mutter kurz vor deren einer Stirnsteite eine Austragstelle und kurz vor deren anderer Stirnseite eine Wädereinführstelle für die mittels eines Rückführkanals in einer geschlossenen Bahn umlaufenden Kugeln vorgesehen sind, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der Mutter innerhalb eines Bereichs ihrer Schraubennut zwischen der Austragbzw. WiedereinfuhrstelIe und der dieser benachbarten Stirnseite mindestens ein Kuppelstück fest angeordnet ist, welches so geformt ist, daß es in den radial benachbarten Bereich der Schraubennut der Gewindespindel eingreift, und so bemessen ist, daß es im Fall eines Entweichens oder Bruchs der Kugeln die maximal zwischen Mutter und Gewindespindel zu übertragende Kraft aufzunehmen vermag.

In diesem letzteren Fall bleiben die Gewindespindel und die Mutter des erfindungsgemäßen Schraubengetriebes miteinander durch das bzw«, die an der Mutter befestigter!"* Kuppelstücke . miteinander gekuppelt, so daß es nicht gu einer abrupten Unterbrechung der Kupplung zwischen den eptsprechenden zusammenwirkenden Elementen der Gewindespindel und der Mutter kommen kann, da ja das Kuppelstück hzw_o die Kuppelstücke so bemessen sind, daß sie die Gesamtheit der maximal auftretenden Übertragungskraft zwischen Mutter und Gewindespindel aufzunehmen vermögen. Insbesondere kann keine plötzliche Trennung zwischen Schraube und Mutter auftreten, die zu einer sehr schnellen Translationsbewegung zwischen diesen Getriebeteilen führen würde, da die Kuppelstücke nur schraubenförmige Relativbewegungen zwischen der Gewindespindel μηα der Mutter gestatten.

Es ist schon in Betracht gezogen worden _? zu der Mutter eines Schraubengetriebes der angegebenen Art mindestens eine söge- nannte ⁸?Pangrautter" hinzuzufügen, die keine -Kugeln enthält und . 409818/0382

dergestalt ausgebildet ist, daß sie unmittelbar auf die Gewindespindel aufgeschraubt wird und sich gegen diese so abstützt, daß sie sich nicht von der Kugelmutter in den vorerwähnten außergewöhnlichen Fällen trennt. Derartige Fangmuttern sind indessenvon der Kugelmutter unabhängige Teile, die das Gewicht und die Kosten des Schraubengetriebes ebenso wie die Gesamtlänge des Mutternsystems erhöhen, was für bestimmte Anwendungsfälle derartiger Bewegungsschrauben hinderlich sein kann. Das erfindungsgemäße Kugel-Schraubengetriebe enthält demgegenüber nur eine einzige Mutter, tfelche eine oder mehrere Kuppelstücke einschließt» Die Sicherung gegen Trennung wird dadurch ohne wesentliche Vergrösserung der axialen Länge der Kugelmutter besonders in dem Maß erhalten^ wo das bzw. die Kuppelstücke in den äußeren Bereichen einer Schraubennut der Mutter jenseits der Austrag- oder Wiedereinführstelle angeordnet sind, d.h. in den Bereichen der vorerwähnten Schraubennut,in denen niemals ein Umlauf der Kugeln stattfindet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Kuppelstück im wesentlichen die Form eines Torussektors mit einem etwas kleineren Querschnitt als dem der Kugel auf. Dabei ist es weiterhin zweckmäßig, wenn das Kupplungsstück, vorzugsweise in seiner Mitte und/oder an wenigstens einem seiner Enden, mindestens einen quergerichteten Ansatz trägt, der in eine Radialbohrung der Mutter eingesetzt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: .

Fig. 1 die Ansicht einer Ausführungsform eines Schraubengetriebes gemäß der

Fig. 2 einen Axialschnitt durch die Mutter des Schraubenge triebes nach Fig. 1,

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Pig.	4	6	7
bis	Io
Pig.
bis

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie III-III in Fig. 2,

in schematischer Darstellung drei verschiedene Ausführungsformen für das Kuppelstück des erfindungemäßen Schraubengetriebes und

schematische Darstellungen zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Kuppelstücks im Fall des Entweichens oder Bruchs der Kugeln.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Gewindespindel bezeichnet, in welche eine eingängige Schraubennut la mit einem im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt eingeschnitten ist. Mit 2 ist' eine Mutter bezeichnet, die, wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, im Inneren ebenfalls eine Schraubennut 2a von gleicher Steigung und gleichem Querschnitt wie die Schraubennut la der Gewindespindel 1 aufweist. Kugeln 3 von entsprechendem Durchmesser sind zwischen die Gewindespindel 1 und die Mutter 2 in den durch deren Schraubennuten la und 2a begrenzten schraubenförmigen Kanal eingesetzt. Aus Fig. 2 ist klar ersichtlich, daß die Schraubennut 2a der Mutter 2 bei 4a bzw. 4b in die Stirnsteiten 5a und 5b der Mutter 2 ausmündet und daß jeweils kurz vor der einen Stirnsteite 5a bzw. der anderen Stirnseite 5b der Mutter 2 eine Austragstellung und eine Eintragstelle vorgesehen sind. In der betrachteten Ausführungsform bestehen die Austrag- und die WiedereinführstelIe, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, aus den in geringem Abstand vor den entsprechenden Stirnflächen 5a und 5b der Schraube 2 angeordneten Mündungen 6a bzw. 6b eines in die Dicke der Mutter 2 eingearbeiteten Rückführkanals. Vor der Kante einer jeden Mündung 6a bzw. 6b, die auf der Seite des nächsten Endes 4a bzw. 4b der Schraubennut 2a gelegen ist, befindet sich je ein Abweisstück 7a bzw.7b, daß am Grunde der Schraubennut 2a der Mutter 2 auf geeignete Weise, beispielsweise durch Schweißen befestigt ist und dessen Aufgabe darin besteht, die in dieser Schraubennut 2a im Sinne des Pfeils f rollenden Kugeln aufzu-

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fangen und sie in die entsprechende-Mündung 6a umzulenken bzw. die die Mündung 6b des Rückführkanals verlassenden Kugeln 3 derart umzulenken, daß sie in die Schraubennut 2a nur im Sinn des Pfeils f, wieder eintreten können.

Gemäß der Erfindung ist mindestens ein Kuppelstück von beispielsweise der in Fig. 4 gezeigten Form an der Mutter 2 in einem Bereich ihrer Schraubennut 2a befestigt, der sich zwischen der Austrag- oder Wiedereinführstelle der Kugeln 6a-7a bzw. 6b-7b und der benachbarten Stirnseite 5a bzw. 5b der Mutter 2 befindet. Bei der betrachteten Ausführungsform sind zwei Kuppelstücke 8a und 8b vorgesehen, von denen ein jedes die in Fig. 4 perspektivisch dargestellte Form eines schraubenförmigen Torussektors besitzt, der im Querschnitt einen Durchmesser d ein wenig unterhalb desjenigen der Kugeln 3 (Fig. 2) aufweist. Ein jedes der Kuppelstücke 8a und 8b trägt bei der betrachteten Ausführungsform in seiner Mitte einen Ansatz 9a bzw. 9b, der in eine Radialbohrung loa bzw. lob der Schraube 2 einpresst ist. Bei der betrachteten Ausführungsform sind die beiden Kuppelstücke 8a und 8b diametral entgegengesetzt zur Achse A der Schraubenmutter 2 angeordnet, und ein jedes von ihnen weist, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, eine Bogenlänge öG auf, die dem zwischen einem jeden Abweisstück 7a bzw. 7b und" dem entsprechenden Ende 4a bzw. 4b der Schraubennut 4a der Mutter 2 bestehenden Abstand entspricht, wobei dieser Abstand läng der Schraubennut gemessen ist. Schließlich sind die Festigkeit des ,die beiden Kuppelstücke 8a und 8b bildenden Materials sowie die Abmessungen der verschiedenen Abschnitte so ausgewählt, daß sie den maximalen Axialkräften zu widerstehen vermögen, die ,.zwischen der Schraube 1 und der Mutter 2 im Fall des Entweichens oder der Zerstörung der Kugeln 3 auftreten. Diese letztere Bedingung lässt sich mit Hilfe der Fig. 7a bis Io genau bestimmen.

Fig. 7 zeigt einen Ausschnitt aus einem axialen Längsschnitt durch den von den Schraubennu.ten la und 2a der Gewindespindel

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1 bzw. der Mutter 2 begrenzten Schraubenkanal, wobei die Schnittebene derart gelegt ist, daß sie vor einer Kugel 3 verläuft. Pig. 7 zeigt, daß im Fall der normalen Funktion des erfindungsgemäßen Kugel-Schraubengetriebes die Kugeln zwischen den gegeneinanderweisenden Gewinden der Spindel 1 und der Schraube 2 einen konstanten Abstand e über die gesamte Länge der Mutter zwischen der einen Stirnseite 5a und der anderen Stirnseite 5b aufrechterhalten. Fig. 8 zeigt einen Schnitt in einer Ebene, die derjenigen der Fig. 7 entspricht, jedoch lotrecht zur Längsachse B des Kuppelstückes 8a (Fig. 4) gerichtet ist. Auf dem Niveau dieser Schnittebene wird im vorstehend in Betracht gezogenen Fall der normalen Funktion derselbe Abstand e zwischen den Gewinden der Spindel 1 und der Schraube 2 aufrecht erhalten, und, da der Durchmesser e des Kuppelstücks 8a kleiner als der Durchmesser der Kugeln 3 ist, besteht ein Abstand 11 zwischen jedem Kuppelstück wie dem Kuppelstück 8a und dem Grund der Schraubennut la der Gewindespindel 1.

Die Fig. 9 und Io entsprechen dem Fall, in welchem die Kugeln 3 durch Zufall auf der Mutter 2 des erfindungsgemäßen Schraubengetriebes entwichen sind und in welchem u.a. unter der Wirkung der auf die Gewindespindel und die Mutter ausgeübten Kräfte diese aufgehört haben, koaxial zueinander zu sein. Die Schnittebene der Fig. Io entspricht derjenigen nach Fig. 7: das Fehlen der Kugel 3 hat unter den vorerwähnten Kräften das Hervorrufen der Annäherung der Gewinde der Spindel 1 und der Schraube 2 ermöglicht. Die Schnittebene der Fig. 9 entspricht demgegenüber derjenigen nach Fig. 8. Fig. 9 zeigt, daß im vorerwähnten außergewöhnlichen Fall die Annäherung der Gewindespindel 1 und der Schraube 2 an einem Ende der Mutter, beispielsweise am entgegengesetzten Ende ein Anwachsen des Abstandes zwischen den Gewinden der. Spindel 1 und der Mutter 2 bis zu. einer Größe E nach sich gezogen hat, die oberhalb der Normal größe e (Fig. 7 und 8) liegt. Der Achsenversatz zwischen der Ge-

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windespindel und der Mutter hat andererseits ein Verschieben des unteren Teils (in Fig. 9) des Kuppelstückes 8a gegen die eine Flanke der Schraubennut la der Gewindespindel 1 hervorgerufen. Der Querschnitt 12 des Kuppelstückes 8a, der in Pig. 9 durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist, muß daher so bemessen werden, daß er der Halfte der maximalen Übertragungskraft zwischen der Gewindespindel 1 und der Mutter-2 im vorerwähnten Ausnahmefall standhält, da ja zwei Kuppelstücke 8a und 8b bei der betrachteten Ausführungsform vorgesehen sind. ■"

Es erscheint in Fig. 2 klar, daß derjenige Abschnitt der Schraubennut 2a der Mutter 2 , der dem Umlauf der Kugeln 3 dient, eine nur wenig unterschiedliche Axialerstreckung ■gegenüber der axialen Länge der Mutter 2 besitzt, so.daß die Anordnung der Kuppelstücke gemäß der Erfindung praktisch keine vermindernde Wirkung auf die^eäu-aW^iänge der Mutter des Schraubengetriebes mit sich bringt.

Die vorgeschriebene Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugel-Schraubengetriebes ist zahlreichen Abänderungen zugänglich, von denen nur einige im folgenden beispielsweise aufgezeigt werden.

Ein jedes Kuppelstück kann beispielsweise eine der in den Pig. 5 und 6 gezeigten Formen besitzen, d|,h,^vdaß sein Ansatz 9a, anstelle der Anordnung in der Mit|:e wie in Fig. 4, an einem seiner Enden wie in Fig. 5 angeordnet sein kann. Ein jedes Kuppelstück wie das Kuppelstücke 8a:kann ebenfalls, wie in Fig. 6 gezeigt, zwei äußere Ansätze 9a> und 9a_? aufweisen, die entsprechend" in zwei Radiallöcher der Mutter 2 eingesetzt sind. Die Zahl der Kuppelstücke, mit denen das erfindungsgemäße Schraubengetriebe ausgerüstet ist, steht deshalb zur Auswahl frei. Ein einziges Kuppelstück, daß an dem einen Ende der Mutter angeordnet ist, kann genügen, wenn es entsprechend bemessen ist. Falls, die Gewindespindel und

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die Mutter mehrgängige Gewinde besitzen, ist es möglich, die Mutter mit mehr als zwei Kuppelstücken gemäß der Erfindung, insbesondere einer Anzahl von Kuppelstückpaaren zu versehen, die gleich der Zahl der Gewindegänge ist· Die Relativstellungen der verschiedenen Kuppelstücke unterliegen gleichfalls der freien Wahl. Bei dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist es nicht unbedingt erforderlich, daß die beiden Kuppelstücke 8a und 8b innerhalb derselben Axialebene diametral zur Achse A der Mutter 2 versetzt angeordnet sind; sie können vielmehr um die Achse A jede beliebige Winkelstellung einnehmen. Das verwendete Material, die Form und die Abmessungen eines jeden Kuppelstückes des erfindungsgemäßen Schraubengetriebes können gleichfalls frei gewählt · werden, ebenso wie deren Mittel zur Befestigung an der Mutter. Falls die Kuppelstücke gemäß den Fig. 4 bis 6 mit quergerichteten Ansätzen versehen sind, können diese in entsprechenden Radialbohrungen der Mutter mit allen zur Verfügung stehenden Mitteln befestigt werden, wie durch Kleben, Keilverbinden, Schweißen, Einschrauben usw. Unter den Grundgedanken der Erfindung fallen jedoch ebenso Kuppelstücke, die nicht mit quergerichteten Ansätzen versehen und durch andere Mittel am Grund der Schraubennuten der Mutter befestigt sind, wie beispielsweise durch Kleben, Schweißen, Einpressen und dergleichen.

Da der herausragende Teil eines jeden Kuppelstücks, mit dem die Mutter des erfindungsgemäßen Schraubengetriebes versehen ist, in den entsprechenden Teil der Schraubennut der Gewindespindel eingreift, kann dieser Teil des Kuppelstücks als Abstreifer verwendet werden, indem er mit einem Belag aus weichem Material wie Filz, Schaumgummi oder -kunststoff, Bürstenhaar oder dergleichen versehen wird, so daß eine ständige Reinigung des Nutgrundes der Gewindespindel sichergestellt ist.

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Gemäß einer anderen Ausführungsform des erfbindungsgemäßen Schraubengetriebes trägt die Gewindespindel an wenigstens einem ihrer Enden einen Anschlag zum Abfangen der Mutter, und das Kuppelstück ist an dem entsprechenden Ende der Mutter derart angeordnet,.daß es gegen den Anschlag der Gewindespindel vor der entsprechenden Stirnseite der Mutter anläuft, so daß nicht nur diese Stirnseite, sondern auch die Kugeln·wirksam geschützt werden.

Die Erfindung ist offensichtlich nicht an eine besondere Ausführungsform der Austragstelle und der Wiedereinführstelle für die Kugeln in der Mutter gebunden. Die erfindungsgemäßen Kuppelstücke können daher auch an schon vorhandenenund schon mit einer beliebigen Rückführeinrichtung für die Kugeln versehenen Kugeiumlaufmutternangebracht werden. Die erfindungsgemäßen Kuppelstücke lassen sich indessen in einer besonders vorteilhaften Ausführungsf-orm ausbilden, in welcher sie bei der Rückführung der Kugeln, und zwar insbesondere bei deren Austragung aus dem Schraubenkanal und ihrer Wiedereinführung in diesen Kanal mitwirken. Bei dieser vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Getriebes ist ein jedes Kuppelstück in der Weise ausgebildet und im Verhältnis zu der benachbarten Austrag- bzw. Wiedereinführstelle der Kugeln angeordnet, daß durch sie die -Führung der Kugeln im Verlaufe des Austragens und Wieder^Zurückführens sichergestellt wird. Im Ergebnis lässt sich unter Bezugnahme auf Fig. 2 leicht erkennen, daß es möglich ist, die Abweisstücke 7a und 7b wegzulassen und die entsprechenden Abschnitte der Kuppelstücke 8a und 8b bis an die benachbarten Kanten der Mündungen 6a und 6b des Rückfuhrkanals soweit zu verlängern, daß die entsprechenden Enden dieser Kuppelstücke 8a und 8b die Aufgabe der Abweisstücke 7a und 7b übernehmen, wobei die Enden der Kuppelstücke gleichfalls so ausgebildet sein können, daß die bestmögliche Führung der Kugeln zwischen der Schraubennut 2a einerseits und den Mündungen des (nicht dargestellten) Rückfuhrkanals andererseits sichergestellt ist. 409818/0362

Ansprüche

Claims

- Io -

Ansprüche

Kugel-Schraubengetriebe zur Umwandlung einer translatorischen Bewegung zwischen einer Gewindespindel und einer Mutter in eine Drehbewegung oder umgekehrt, wobei in jeder Schraubennut der Mutter kurz vor ihrer einen Stirnseite eine Austragstelle und kurz vor ihrer anderen Stirnseite eine Wiedereinfuhrstelle für die mittels eines Rückführkanals in einer geschlossenen Bahn umlaufenden Kugeln vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß an der Mutter (2) innerhalb eines Bereichs ihrer Schraubennut (2a) zwischen der Austrag- bzw. Wiedereinführstelle (4a bzw. 4b) und der dieser benachbarten Stirnseite (5a bzw. 5b) mindestens ein Kuppelstück (8a, 8b) fest angeordnet ist, welches so geformt ist, daß es in den radial benachbarten Bereich der Schraubennut (la) der Gewindespindel (1) eingreift, und so bemessen ist, daß es im Fall eines Entweichens oder Bruchs der Kugeln -(3) die maximal zwischen Mutter (2) und Gewindespindel (1) zu übertragende Kraft aufzunehmen vermag.
2. Schraubengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kuppelstück (8a, 8b) im wesentlichen die Form eines Torussektors mit einem geringfügig kleineren Querschnitt als dem der Kugel (3) aufweist.
3. Schraubengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kuppelstück (8ä, 8b) an der Mutter (2) durch Kleben oder Einpressen befestigt ist.

409818/036 2.
4» Schraubengetriebe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kuppelstück (8a, 8b) vorzugsweise in- seiner Mitte und/oder ah wenigstens einem seiner Enden mindestens einen quergerichteten Ansatz (9a, 9b) trägt, der in eine Radialbohrung (loa, lob) der Muttor

(2) eingesetzt und darin auf geeignete Weise befestigt ist,
5« Schraubengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurdh gekennzeichnet, daß das Kuppelstück (8a, 8b) auf der Seite der Schraubennut (la) der Ge^ windespindel (1) einen Abstreifer aus weichem Material trägt* .
6. Schraubengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (1) an mindestens einem ihrer Enden mit einem Anschlag für die Mutter (2) versehen ist und daß das Kuppelstück (8a, 8b) in der Mutter (2) dergestalt angeordnet ist, daß es vor der entsprechenden Stirnseite {5a bzw. Sb) der Mutter (2) gegen den Anschlag in Anlage gelangt*
7. Schraubengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet!, daß das Kuppelstück (8a, 8b) in Bezug auf die benachbarte Austrag- oder Wiedereinfuhrsteile (4a bzw. 4b) derart ausgebildet und angeordnet ist,, daß es als Leitglied für die Kugeln

(3) beim Austragen bzw. Wiedereinführen dient.

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