DE2823729A1

DE2823729A1 - Vorrichtung zur umwandlung einer rotationsbewegung in eine laengsbewegung und umgekehrt

Info

Publication number: DE2823729A1
Application number: DE19782823729
Authority: DE
Inventors: Sven Walter Nilsson
Original assignee: SKF Kugellagerfabriken GmbH
Current assignee: SKF GmbH
Priority date: 1977-05-31
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1978-12-07
Also published as: US4224831A; FR2393207A1; DE2823729B2; SE7706289L; GB1576702A; SE410759B; JPS53148659A; DE2823729C3

Description

SKP KUGELLAGERPAERIKEN GMBH Schweinfurt, 29.5.1978

TPA/vH/gh SW 77 Oil DT

Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt, bestehend aus einer zylindrischen Welle, einer die Welle umgebende, relativ zu dieser drehbar und längsverschieblich gehaltenen Hülse und zwischen Welle und Hülse angeordneten Wälzkörpern, die in einem Käfig eingebaut und auf einer endlosen Bahn mit mindestens einem in der einen Richtung schraubenförmig gewundenen, belasteten und einem in der anderen Richtung schraubenförmig gewundenen, unbelasteten Eahnabschnitt um die Welle herumgeführt sind, sowie an den längsseitigen Enden des Käfigs angeordneten Nockenringen zum

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- 5 axialen Führen der Wälzkörper.

Es ist eine Vorrichtung der genannten Gattung bekannt (US-PS 3 903 748), die besonders für die Verwendung als Steuer- oder Transportelement geeignet ist. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die Rotationsachsen der Wälzkörper parallel zur Achse der zylindrischen Welle ausgerichtet. Beim Führen der Wälzkörper im belasteten schraubenförmig gewundenen Bahnabschnitt entstehen somit hohe Berührungskräfte an den axial führenden Nockenringen sowie große gleitende Relativbewegungen im Wälzkontakt zwischen den belasteten Wälzkörpern und der Welle. Die Folge davon ist, daß die Wälzkörper nur mit relativ kleinen Kräften belastet werden dürfen, um die Gleitreibverluste in erträglichen Grenzen zu halten. Außerdem entsteht in der bekannten Vorrichtung ein schädlicher Verschleiß an den Berührungsflächen der Wälzkörper.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, bei der die Gleitreibverluste und der Verschleiß an den Berührungsflächen der Wälzkörper vermieden werden, so daß die Wälzkörper im Betrieb auch mit hohen Kräften zwischen Welle und Hülse belastet werden können. Dabei soll eine genaue und sichere Führung der Wälzkörper im Käfig gewährleistet sein.

Mit der Anordnung nach Anspruch 1 wird erreicht, daß die Wälzkörper im belasteten schraubenförmig gewundenen Bahnabschnitt zwischen Welle und Hülse einwandfrei rollen, so daß an den Berührungsstellen der Wälzkörper mit der Welle

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und Hülse keine Reibung verursachenden Gleitbewegungen stattfinden. Gleichzeitig wird der Vorteil erzielt, daß die Rollen nicht bzw. mit relativ kleinen Kräften in diesem Bahnabschnitt durch Anlauf an den Nockenringen geführt werden, so daß sich die Anlaufreibung verkleinert und eine ungestörte Führung der Wälzkörper einzig und allein im Käfig sichergestellt ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Uhteransprüchen beschrieben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umwandeln einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt wird in der nachfolgenden Beschreibung mehrerer AusfUhrungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zum Umwandeln einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt,

Figur 2A einen Querschnitt entlang der Linie IIA in Figur 1,

Figur 2B einen Querschnitt entlang der Linie HB in Figur 1,

Figur J5,4,5 und 6 verschiedene Wälzkörper für entsprechend abgeänderte Vorrichtungen,

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Figur 7*8 und 9 einen Querschnitt durch eine Jeweils abgeänderte Vorrichtung.

Mit 1 ist in den Figuren 1, 2A und 2B eine zylindrische Welle bezeichnet, welche von der Hülse 2 umgeben und relativ zu dieser Hülse drehbar und längsverschieblich gehalten ist. Zwischen Hülse 2 und Welle 1 ist ein ringförmiger Käfig 5 angeordnet. Der Käfig 3 besitzt am ttnfang verteilte, in Längsrichtung sich erstreckende, schlitzförmige Taschen, in denen je eine koaxial angeordnete Reihe von Wälzkörpern 4 eingebaut ist. Die radial belastbaren Wälzkörper 4 laufen zwischen der Welle 1 und der Hülse 2.

Im Betrieb rotiert die Welle 1 relativ zur Hülse 2, so daß die Wälzkörper 4 auf einer geschlossenen Bahn um die Welle 1 herumlaufen. Diese geschlossene Bahn besitzt einen in der einen Richtung schraubenförmig gewundenen Bahnabschnitt, in dem die Wälzkörper 4 unter Last zwischen Hülse 2 und Welle 1 laufen, sowie einen anschließenden, in der entgegengesetzten Richtung schraubenförmig gewundenen, unbelasteten Bahnabschnitt, in dem die Wälzkörper 4 axial rückgeführt (verschoben) werden» Der Verlauf der Bahn ist durch die Form der Stirnflächen 7, 8 der beiden Nockenringe 5, 6 konstruktionsmäßig festgelegt, zwischen denen die Wälzkörper 4 axial geführt sind. Die beiden Stirnflächen 7, 8 sind derart ausgebildet, daß ein schraubenförmiger Verlauf der Bahn der Wälzkörper 4 im belasteten Bahn-

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abschnitt mit kleinem Steigungswinkel und im unbelasteten Bahnabschnitt mit großem Steigungswinkel gegeben ist. Dabei ist der Steigungswinkel des belasteten Bahnabschnitts entgegengesetzt zum Steigungswinkel des unbelasteten Bahnab-Schnitts am Umfang der Welle gerichtet.

Die Nockenringe 5* 6 greifen in seitliche, ringförmige Einbuchtungen des Käfigs 3» ^so daß diese die in Jeder Tasche des Käfigs eingebauten Wälzkörper 4 seitlich führen.

Bei ihrem Italauf werden die im unbelasteten Bahnabschnitt befindlichen Wälzkörper 4 durch die Nockenringe 5* 6 relativ zur Welle 1 und zur Hülse 2 in axialer Richtung verlagert und axial riickgeführt. Die Strecke der axialen Verlagerung entspricht dabei der entgegengesetzten Verlagerung der Wälzkörper 4 im entgegengesetzt schraubenförmig gewundenen belasteten Bahnabschnitt. Im unbelasteten Bahnabschnitt werden die Wälzkörper 4 entlastet, indem in der Bohrung der Hülse 2 eine axial durchgehende Vertiefung 9 eingearbeitet ist, welche parallel zu den Rotationsachsen der Wälzkörper 4 gerichtet ist. Dadurch können die Wälzkörper 4 im unbelasteten Abschnitt leicht axial verschoben werden, ohne daß diese Verschiebung durch Klemmkräfte der Wälzkörper 4 zwischen Welle 1 und Hülse 2 gehindert ist.

Im belasteten Bahnabschnitt werden durch die Wälzkörper 4 zwischen Welle 1 und Hülse 2 radiale Kräfte übertragen. Die entsprechende Rollreibung zwischen Wälzkörper 4 und Welle 1 bzw. Hülse 2 verhindert, daß sich Hülse 2 und

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Wälzkörper 4 gegenüber der Welle 1 durch relatives Gleiten verlagern. Im übrigen sind die Wälzkörper 4 im Käfig 3 derart angeordnet, daß ihre Rotationsachsen einen Winkel mit der Achse der Welle 1 bilden, der genauso groß ist, wie der Steigungswinkel des schraubenförmig gewundenen belasteten Bahnabschnitts. Aufgrund dieser Schiefstellung der Wälzkörper 4 im Käfig 3 wird die Welle 1 relativ zur Hülse 2 axial verlagert, wenn sich diese in der Hülse 2 drehend bewegt.

Die Größe dieses Schiefstellungswinkels entspricht der Größe des Steigungswinkels des schraubenförmig gewundenen, belasteten Bahnabschnitts, in dem die Wälzkörper 4 laufen. In diesem belasteten Bahnabschnitt werden die in den Taschen des Käfig 3 eingebauten Wälzkörper 4 ohne weiteres schraubenförmig um die Welle 1 geleitet, wobei die Stirnflächen 7, 8 der Nockenringe 5, 6 die Wälzkörper 4 seitlich führen, ohne daß von den Nockenringen 5# 6 größere FUhrungskräfte auf die Wälzkörper 4 übertragen werden müssen.

Im vorliegenden Fall, wo es sich um relativ steife, unnachgiebige Wälzkörper 4 (aus Stahl) handelt, sind die Wälzkörper 4 mit einer kleinen axialen Berührungslänge versehen, da steife, schiefgestellte Wälzkörper die Welle 1 nur auf einer kleinen Länge berühren können. Im übrigen sind die Wälzkörper 4 zylindrisch ausgebildet und jeweils koaxial in Reihe in den Taschen des Käfigs 3 eingebaut (Figur 1 und 2)· Di· Tragfähigkeit der Wälzkörper 4 ist wegen ihrer zylindrischen Ausbildung relativ groß. An beiden Enden Je-

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der koaxialen Reihe von Wälzkörpern 4 ist ein kugeliger Anlaufkörper zwischen dem betreffenden Nockenring 5, 6 und dem seitlich gegenüberliegenden Wälzkörper 4 zwischengeschaltet, der an den Stirnflächen 7» 8 der Nockenringe 5» 6 anläuft und zwischen Welle 1 und Hülse 2 rollt. Aufgrund seiner kugeligen Gestalt kann dieser Anlaufkörper sowohl radiale Kräfte zwischen Welle 1 und Hülse 2, als auch axiale Führungskräfte der seitlich führenden Nockenringe 5# 6 übertragen, ohne daß etwa durch Klemmen verursachte schädliche Zwangskräfte an seinen Berührungsstellen entstehen.

In Figur 3 ist eine Rolle gezeigt, die anstelle der in Figur 1 gezeigten Reihe von Wälzkörpern in Jeder Tasche des Käfigs 3 einer abgeänderten Vorrichtung als Wälzkörper eingebaut sein kann. Diese Rolle ist lang und biegsam gestaltet. Insbesondere ist diese auf dem mittleren Teil ihrer Länge durch eine schraubenförmige gewundene Feder gebildet, die zum Beispiel aus Federbandstahl hergestellt sein kann. Beide Enden der Rolle sind durch je eine seitlich an der Feder sitzende Kugel gebildet, welche im eingebauten Zustand mit dem betreffenden Nockenring 5, 6 in Berührung steht. Im Betrieb ist die lange, biegsame Rolle einer Umlaufbiegebeanspruchung ausgesetzt·

In Figur 4 ist eine andere lange und biegsame Rolle im Querschnitt gezeigt, die im Käfig 3 der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung als Wälzkörper dienen kann. Diese Rolle besteht aus mehreren, verhältnismäßig kurzen

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zylindrischen Abschnitten 10, welche koaxial in Reihe angeordnet und durch dünne, biegsame Abschnitte 11 miteinander verbunden sind.

In Abänderung der in Figur k gezeigten Rolle ist in Figur 5 eine Rolle dargestellt, bei der die dünnen biegsamen Abschnitte durch einen biegsamen Bolzen 12 und die kurzen zylindrischen Abschnitte durch auf den Bolzen 12 in kurzem Abstand voneinander aufgesetzte Ringe IjJ gebildet sind. Die zylindrischen Abschnitte der in den Figuren 4 und 5 gezeigten langen, biegsamen Rollen berühren also die Welle 1 auf einer relativ kleinen axialen Länge,

Ifai der Vorrichtung eine gewisse Stabilität zu verleihen, ist es ratsam, die Wälzkörper axial zu führen, wobei Kugeln an den Enden der Reihe bzw. der Wälzkörper angeordnet sind, die dauernd mit einer bestimmten Kraft gegen die Stirnflächen 7, 8 der Nockenringe 5, 6 angedrückt werden. Dies kann mit der in Figur 3 gezeigten Rolle dadurch bewirkt werden, daß diese bei ihrer Montage in die Vorrichtung zwischen den Nockenringen 5 und 6 elastisch zusammengedrückt wird und somit in der Vorrichtung unter gegenseitiger axialer Vorspannung läuft.

Eine andere Alternative ist in Figur 6 gezeigt, bei der zwischen den zwei Nockenringen 5* 6 in koaxialer Reihe angeordnete zylindrische Wälzkörper vorgesehen sind, die in einer Tasche des Käfigs (nicht gezeigt) eingebaut sind. Die zylindrischen Wälzkörper haben im vor-

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liegenden Fall eine relativ kurze Länge. In der Mitte dieser Reihe von Wälzkörpern ist ein Zwischenraum zur Aufnahme einer in Längsrichtung elastischen Schraubenfeder 14 als Federelement vorgesehen, welche die Wälzkörper der betreffenden Reihe gegen die Nockenringe 5, 6 drückt. An beiden Enden der Reihe sind wiederum kugelige Anlaufkörper für die Nockenringe 5» 6 angeordnet.

Uin die gewünschte Wirkverbindung der Wälzkörper 4 mit der Hülse 2 und der Welle 1 zu regeln, ist bei der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung die dünnwandige Hülse 2 mit einer kegeligen Mantelfläche sowie mit einem durchgehenden längsgerichteten Schlitz l6 versehen. Die Hülse 2 sitzt in einer entsprechend kegeligen Bohrung des Gehäuses 15* so daß der wirksame Bohrungsmesser der Hülse 2 einfach durch mehr oder weniger weites Eintreiben der Hülse 2 in die Bohrung des Gehäuses 15 eingestellt werden kann. Dieses Eintreiben erfolgt durch die Betätigung der Mutter 17» welche auf einem Gewindeabschnitt der Hülse 2 sitzt und sich an einer Stirnfläche des Gehäuses 15 abstützt.

In manchen Fällen ist eine unveränderliche Wirkverbindung (radiale Vorspannung) der Wälzkörper mit Hülse 2 und Welle 1 erwünscht, so daß eine Vorrichtung verwendet werden kann, die der in Figur 7 dargestellten entspricht. Dabei ist zwischen Welle 1 und Hülse 2 eine radiale Höhe vorhanden, die etwas kleiner ist als der Durchmesser der unbelasteten Wälakörper 18. Die Wälzkörper l8 sind übrigens

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radial elastisch ausgebildet, so daß diese beim Einbau zwischen Welle und Hülse im belasteten Bahnabschnitt unter einer bestimmten radialen Vorspannung stehen. Die radial elastische Nachgiebigkeit der Wälzkörper l8 ist hier dadurch gegeben, daß diese als dünnwandige durchbohrte Rollen ausgebildet sind.

In Figur 8 ist der Querschnitt einer abgeänderten Vorrichtung gegeben, bei der ebenfalls eine konstante Wirkverbindung (radiale Vorspannung) der Wälzkörper 4 mit Hülse 2 und WeI-Ie 1 gegeben ist. Der Durchmesser der steifen Wälzkörper 4 ist größer als die ursprüngliche radiale Höhe zwischen Welle 1 und Hülse 2. Die Hülse 2 ist übrigens biegeelastisch verformbar, so daß diese im eingebauten Zustand durch die Wälzkörper radial verformt wird. Dabei nimmt die Hülse 2, welche im ausgebauten Zustand eine kreiszylindrische Form besitzt, die in Figur 8 gezeigte polygonartige Form an, mit Ecken, die durch die Berührung der Wälzkörper 4 mit der Hülse 2 unter Vorspannung verursacht werden. Im Betrieb laufen die Wälzkörper 4 unter radialer Vorspannung um die Welle 1. Dabei verlagern sich diese Ecken an Uafang der Hülse 2. Deshalb muß in diesem Fall sichergestellt werden, daß die Hülse 2 im eingebauten Zustand in radialer Richtung frei ist und "atmen" kann.

In Figur 9 ist eine abgeänderte Vorrichtung gezeigt, bei der eine konstante Wirkverbindung Über die Wälzkörper 4 zwischen Welle 1 und Hülse 2 mit einer bestimmten radialen Vorspannung der Wälzkörper 4 gegeben ist. Der Durchmesser

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der Wälzkörper 4 ist wiederum größer als die ursprüngliche radiale Höhe zwischen Welle 1 und Hülse 2. Die Hülse 2 ist an der Stelle 19 axial geschlitzt und von einem steifen Gehäuse 20 umgeben. Zwischen Hülse 2 und Gehäuse 20 ist eine Zwischenschicht 21 aus elastisch zusammendrückbaren Werkstoff, zu» Beispiel Gummi, angeordnet, welche die Hülse 2 elastisch nachgiebig hält. Bei der Montage der Vorrichtung wird die geschlitzte Hülse 2 durch Einwirkung der elastisch zusammendrüekbaren Zwischenschicht 21 gegen die Wälzkörper 4 gedrückt. Das steife Gehäuse 20 behält während der Montage und im Betrieb seine ursprüngliche Form, so daß dieses an seiner Mantelfläche in beliebiger Weise gehalten und gestützt werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt kann im Rahmen des Erfindungsgedankens weltgehend abgewandelt werden. Zua Beispiel brauchen die Wälzkörper bzw. Rollen nicht zylindrisch ausgebildet zu sein, sondern können eine konvexe oder kugelige Form haben.

Der kugelige Anlaufkörper (Figur 1,6) kann einen kleineren Durchmesser aufweisen als die Wälzkörper, so daß dieser ausschließlich axiale Führungskräfte zwischen Nockenring und Wälzkörper überträgt.

Bei der in Figur 6 dargestellten Reihe von Wälzkörpern kann anstelle der Schraubenfeder 14 irgendein gunaielastisch.es Zwischenstück als Federeleaent eingebaut sein.

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Schließlich können die einzelnen zylindrischen Wälzkörper einer Reihe auch aus einem elastisch zusammendrückbaren Werkstoff gefertigt und somit radial elastisch ausgebildet sein, damit diese unter radialer Vorspannung eingebaut werden können.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.) Vorrichtung zur Umwandlung einer Rotationsbewegung in eine Längsbewegung und umgekehrt, bestehend aus einer zylindrischen Welle, einer die Welle umgebende, relativ zu dieser drehbar und längsversehieblich gehaltenen Hülse und zwischen Welle und Hülse angeordneten Wälzkörpern, die in einem Käfig eingebaut und auf einer endlosen Bahn mit mindestens einem in der einen Richtung schraubenförmig gewundenen, belasteten und einem in der entgegengesetzten Richtung schraubenförmig gewundenen, unbelasteten Bahnabschnitt um die Welle herumgeführt sind, sowie an den längsseitigen Enden des Käfigs angeordneten Nockenringen zum axialen Führen der Wälzkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (4) im Käfig

(3) derart angeordnet sind, daß ihre Rotationsachsen einen Winkel mit der Achse der Welle (l) bilden, der genau groß ist wie der Steigungswinkel des schraubenförmig gewundenen, belasteten Bahnabschnitts.

ORIGINAL INSPECTED

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2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper als lange, biegsame Rollen ausgebildet sind.

3· Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen auf mindestens einem Teil ihrer Länge durch eine schraubenförmig gewundene Feder gebildet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen durch verhältnismäßig kurze zylindrische Abschnitte (10) gebildet sind, welche koaxial in Reihe angeordnet und durch dünne biegsame Abschnitte (11) miteinander verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das die dünnen, biegsamen Abschnitte durch einen, biegsamen Bolzen (12) und die kurzen zylindrischen Abschnitte durch auf den Bolzen (12) aufgesetzte Ringe (13) gebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig (3) am !Anfang angeordnete, in Längsrichtung sich erstreckende Taschen aufweist, in denen je eine koaxial angeordnete Reihe von Wälzkörper (4) eingebaut ist, wobei zwischen den Wälzkörpern (4) Jeder Reihe ein Zwischenraum zur Aufnahme eines in Längsrichtung elastischen, die Wälzkörper (4) der betreffenden Reihe gegen die Nockenringe (5*6) drückendes Federelement (l4) vorgesehen ist.

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7c Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement durch eine Schraubenfeder (lA) gebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (l8) zum Einbauen unter radialer Vorspannung radial elastisch ausgebildet sind.

9· Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) zum Einbauen der Wälzkörper (4) unter radialer Vorspannung radial elastisch ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) biegeelastisch ausgebildet ist und im ausgebauten Zustand eine kreiszylindrische Form aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (2) axial geschlitzt und von einer in einem steifen Gehäuse (20) angeordneten Zwischenschicht (21) aus elastisch zusammendrUckbaren Werkstoff, zum Beispiel Gurani, außen gehalten ist.

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