DE60101161T2

DE60101161T2 - Schraubgetriebe, gewindemutter und an schraube befestigtes kabel

Info

Publication number: DE60101161T2
Application number: DE60101161T
Authority: DE
Inventors: Philippe Garrec
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2000-05-26
Filing date: 2001-05-25
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2021-05-26
Also published as: JP2003535288A; JP4790965B2; US7073406B2; FR2809464B1; DE60101161D1; US20030074990A1; FR2809464A1; EP1283961B1; CA2410481A1; WO2001092761A1; ES2208604T3; EP1283961A1; ATE253696T1

Description

Der Gegenstand der Erfindung ist ein Schraubgetriebe bzw. eine Transmissionsvorrichtung mit einer Schraube, einer Schraubenmutter und einem länglichen Organ wie etwa einem Kabel, befestigt an der Schraube, dessen Bewegung man mit Hilfe der Schraube steuert, durch Umwandlung der Rotationsbewegung der Mutter in eine Translationsbewegung der Schraube.
Es gibt mehrere Arten, Bewegungstransmissionskabel anzutreiben, die schleifenförmig aufgewickelt sind oder nicht, bei denen es aber fast immer von Vorteil ist, die Motorgeschwindigkeit zu untersetzen, um die durch das Kabel übertragene Kraft zu verstärken. Ein existierendes System umfasst zwei Rollen mit unterschiedlichen Durchmessern, auf die das Kabel gewickelt wird, indem man eventuell mehrere Windungen auf die Rolle mit dem kleineren Durchmesser wickelt, um die Haftung zu vergrößern. Die kleine Rolle ist die treibende Rolle, die sich langsamer dreht aber ein größeres Moment aufweist als die große Rolle. Ein Nachteil dieses Systems ist sein großer Platzbedarf, da die beiden Rollen große Minimaldurchmesser haben, dass Verrutschungen nur schwer ganz zu vermeiden sind, und dass der Teil des Kabels auf der kleinen Rolle einer großen Winkelgeschwindigkeit ausgesetzt ist, die seine Ermüdung vergrößert und infolgedessen seinen Verschleiß beschleunigt.
Ein anderes System umfasst Getriebeuntersetzungen, aber diese mechanischen Einrichtungen weisen große Spiele auf, die sie ungenau machen, und ihr Platzbedarf ist wieder groß. Bei anderen Konzeptionen werden die Kabelbewegungen durch einen Untersetzungsflaschenzug zwischen einem Betätigungskabel und einem Antriebskabel gesteuert, aber die Flaschenzüge bilden komplizierte Einrichtungen und die Zuverlässigkeit des Ganzen ist nicht gewährleistet.
Eine letzte Gruppe von Vorrichtungen zur Bewegungstransmission auf ein Kabel, auf die sich die Erfindung bezieht, umfasst Schraube-Mutter-Systeme, bei denen ein Element durch den Motor angetrieben wird und das andere an dem Kabel befestigt ist. Diese Systeme liefern eine sehr gute Geschwindigkeitsreduzierung und eine gute nominale Festigkeit, aber es taucht das große Problem auf, dass die Elemente geführt werden müssen und dass man den möglichen Ausrichtungsfehlern zwischen der Schraube, der Mutter und dem Kabel Rechnung tragen muss.
Dieses letztere Phänomen führt zu großen Reibungen zwischen der Schraube und der Mutter und zu Biegemomenten bei der Schraube, was den Wirkungsgrad und die Lebensdauer beeinträchtigt, die man hätte erwarten können. Die Mechanismen zur fluchtenden Führung der Schraube und der Mutter, mit denen diese Mängel beseitigt werden könnten, sind zu platzaufwändig und erhöhen noch die Reibung. So ist vorgeschlagen worden (in dem französischen Patent 2 782 467), die Mutter mittels einer Kardanverbindung an einem Gestell bzw. Gehäuse zu befestigen, was ihr ermöglichen würde, den Neigungsbewegungen der Schraube zu folgen, an der das Kabel oder ein anderes Verbindungsorgan befestigt ist, wobei aber die Kardanverbindung die Mutter so umgeben muss, dass ihre Rotationsachsen in Richtung Zentrum der Mutter konvergieren, was für viele Anwendungen einen zu voluminösen Aufbau darstellt. Außerdem ist eine weitere Kardanverbindung zwischen der Schraube und dem Verbindungsorgan vorgesehen, an dem sie befestigt ist.
Man greift also auf ein anderes Mittel zurück, um die Ausrichtung zwischen dem Transmissionsorgan wie etwa dem Kabel, der Schraube, an der dieses Organ befestigt ist, und der Mutter zu verbessern, oder wenigstens, um die Auswirkungen der Ausrichtungsmängel abzuschwächen.
In ihrer allgemeinsten Form betrifft die Erfindung also ein Getriebe, gebildet durch ein langgestrecktes Organ, einen Motor und ein System aus Schraube und Mutter, bei dem die Mutter die Schraube gleiten lässt, die Schraube angetrieben wird durch den Motor und das Organ an der Schraube so befestigt ist, dass man die Bewegung des Organs durch die Schraube mit Hilfe einer Umwandlung der Rotationsbewegung der Mutter in eine Translationsbewegung der Schraube steuern kann, wobei ein Verbindungsteil des Organs mit einer Befestigungseinrichtung des Organs an der Schraube eine in Bezug auf die Schraube flexible Winkelposition besitzt und wobei dieses Getriebe dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schraube einen axialen Hohlraum aufweist und die Befestigungseinrichtung in diesem Hohlraum sitzt.
Die Befestigungseinrichtung befindet sich vorzugsweise in Höhe einer Mittelstellung der Mutter auf der Schraube. Aus dieser Konzeption resultiert, dass das zwischen der Mutter und dem Befestigungspunkt des Transmissionsorgans auf die Schraube ausgeübte Biegemoment proportional ist zu einem kurzen Hebelarm: es ist also klein.
Der Hohlraum und das langgestreckte Organ können an einem Ende oder an beiden Enden aus der Mutter nach außen münden, insbesondere wenn das Organ spulenförmig aufgewickelt ist. Das Organ kann ein völlig flexibles Kabel, eine steife Stange oder auch ein flexibler Stab sein. Die Befestigungsmittel können dann etwas unterschiedlich sein. Im Falle eines flexiblen Teils ist eine Crimpverbindung in der Schraube ausreichend. Wenn nicht, muss eine einfache oder doppelte Gelenkverbindung oder ein Kugelgelenk vorgesehen werden, um eine Winkelveränderung zwischen der Stange und der Schraube zuzulassen.
Wenn das Transmissionsorgan nicht torsionssteif ist, empfiehlt es sich, eine kippfreie Rotationsarretierungseinrichtung der Schraube in Bezug auf ein Gehäuse oder eine andere ortsfeste Stelle vorzusehen. Es kann sich um einen Wagen handeln, rollfähig in Richtung der Schraube, oder allgemeiner um eine Verbindung mit zwei transversalen Freiheitsgraden wie zum Beispiel eine Oldham-Kupplung, oder um jede andere Verbindung mit derselben Eigenschaft.
Die Befestigungseinrichtung des langgestreckten Organs kann in der Schraube festgehalten werden durch eine Distanzhülse, die der Befestigungseinrichtung als Anschlag dient, und eine auf der Schraube angebrachte hohle Kappe, die sich auf der Distanzhülse abstützt und von dem langgestreckten Transmissionsorgan durchquert wird.
Die Erfindung wird besser verständlich durch die detaillierte Beschreibung der 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 und 10, die alle unterschiedliche Ausführungsarten der Erfindung darstellen.
Die 1 zeigt eine Endlosschraube bzw. Gewindestange 1, die von einem Ende zum anderen von einem Hohlraum 2 durchquert wird und in deren Mitte sich ein Crimpverbindungselement 3 befindet, befestigt auf einem Transmissionskabel 4, das den Hohlraum 2 von einem zum anderen Ende durchquert und an dem ein nicht dargestelltes Teil befestigt ist, das bewegt werden soll. Das Kabel 4 kann eine Endlosschleife bilden, insbesondere bei dieser Konstruktion, oder ein Segment. Das Crimpverbindungselement 3 wird auf jeder Seite des Hohlraums 2 durch ein hülsenförmiges Distanzstück 5 festgehalten, das sich jeweils zwischen dem Element 3 und einer der Öffnungen des Hohlraums 2 erstreckt, wo es durch eine Kappe 6 festgehalten wird, die einen Innengewindeteil 7, der auf den letzten Windungen der Schraube 1 sitzt, eine zentrale Durchlassöffnung 8 des Kabels 4 und einen Anschlagteil 9 umfasst, der die Hülse 5 in dem Hohlraum 2 hält.
Die 2 zeigt eine analoge Konstruktion, wo aber der Hohlraum 10 ein Blindloch ist und das Crimpverbindungselement 3 sich auf dem Boden dieses Hohlraums abstützt. Es ist dann ein Ende eines Kabels 11 von endlicher Länge, auf dem das Crimpverbindungselement befestigt ist. Man sieht ein einziges System aus Distanzhülse 5 und Kappe 6.
Die Erfindung kann anstelle eines flexiblen Kabels eine steife Stange 12 umfassen (3). Das Crimpverbindungselement wird dann durch ein Gelenk ersetzt, insbesondere durch ein Doppelgelenk oder ein Kugelgelenk 13, in dem ein Ende der Stange 12 befestigt ist. Weitere Aspekte der Konstruktionen der 1 und 2 bleiben möglich und man trifft darüber hinaus wieder auf ein System mit als Distanzstück dienender Hülse 5 und als Anschlag dienender Kappe 6.
In der 4 ist ein komplettes Getriebe dargestellt. In einem Gehäuse 14 sitzt ein hohler Motor 15, der eine Nabe 16 antreibt, die sich außerhalb des Motors erweitert, um eine Aufnahme 17 zu bilden, die einer Mutter 18 als Sitz dient, welche entsprechend einer der vorangehenden Definitionen eine Schraube wie zum Beispiel die Schraube 1 der 1 bewegt. Diese Schraube sitzt in der Mutter 18 und kann entsprechend der ihr aufgezwungenen Bewegung in die Nabe 16 eindringen, die auf jeden Fall von einem Zweig bzw. Strang des Kabels 4 durchquert wird. Das andere Ende der Schraube 1 trägt eine Tragachse 19 von Rollen 20, die in weit offenen Rillen 21 eines zum Gehäuse 14 gehörenden Halters 22 rollen. Dieses mit der Schraube 1 verbundene Rollwagensystem widersetzt sich den Drehungen der Schraube 1 und ermöglicht folglich, dass sich der Wagen bei Drehung der Mutter 18 längs der Rillen 21 verschiebt, im Wesentlichen parallel zur Schraube 1, wobei er dank der Breite der Spur und der Öffnung der Rillen 21 kleinen transversalen Kippbewegungen der Schraube 1 in dem Halter 22 nachgibt, in Abhängigkeit von der auf das Kabel 4 ausgeübten Zugkraft. Die Nabe 16 ist in dem Gehäuse 14 in einem Paar von Lagern 23 gelagert.
Die mechanische Verbindung zwischen der Schraube 1 und dem Organ, das sie führt, hier der Halter 22, muss im Wesentlichen einer Oldham-Kupplung entsprechen, welche die Eigenschaft hat, die Bewegungen in den beiden transversalen Richtungen der Teile, die sie verbindet, zu absorbieren. Bei der vorhergehenden Realisierung nach dem Stand der Technik können die Rollen 20 sich seitlich bewegen, ohne die Spuren der Rillen 21 zu verlassen, und in der anderen Richtung, indem sie sich aus den Spuren erheben. Es muss nicht sein, dass die Rollen 20 eng in den Rillen 21 geführt werden, da sie vor allem dazu dienen, sich der Rotation der Schraube 1 zu widersetzen.
Wenn die Rollen 20 jedoch in Rillen 21 laufen, die zu eng sind, um Ausschläge der Schraube 1 zuzulassen, kann die notwendige Nachgiebigkeit wieder hergestellt werden, indem die Rollen 20 auf einen Rahmen 30 montiert werden, der eine zentrale Gleitschiene 31 umfasst, ausgerichtet in Richtung Öffnung der Rillen 21, auf der ein Ansatz 32 der Schraube 1 gleitet (7), oder wenn eine Blattfeder 33, nachgiebig in derselben Richtung, den Ansatz 32 mit einem Wagen 34 verbindet, der die Rollen 20 trägt (8). Ein Faltenbalg könnte die Blattfeder 33 ersetzen; der Zusammenbau wäre dann nachgiebig in der Richtung der Breite der Rillen 21, was ermöglichen würde, diese zu ersetzen durch eine starre Führung in Form von zu der Schraube 1 parallelen Gleitführungen 35, auf denen Ringe 36 gleiten, verbunden mit einem Wagen 37, der auch mit einem Ansatz 38 der Schraube 1 verbunden wäre, entweder durch einen Faltenbalg 39 (9) oder durch eine Oldham-Kupplung (10).
Man sieht, dass das Crimpverbindungselement 3, das sich im Wesentlichen auf halber Länge der Schraube 1 befindet, also im Wesentlichen in einer Mittelstellung, auf geringem Abstand zur Mutter 18 bleibt, selbst dann, wenn die Schraube 1 sich in ihrer Endstellung befindet: wenn sie durch das Kabel 4 einer Vertikalbiegung ausgesetzt wird, bleibt die zwischen ihr und der Mutter 18 wirkende Kraft mäßig, was die Risiken einer Verklemmung und Durchbiegung der Schraube 1 sowie von Reibungen zwischen ihr und der Mutter 18 wesentlich reduziert und definitive Schäden verhindert. Die im Labor durchgeführten Versuche haben dies bewiesen: insbesondere entsprachen die gemessenen Reibungen den theoretischen Werten des Schraube-Mutter-Systems. Ein Effekt der Erfindung besteht also darin, diesem System seine Effizienz zu verleihen.
Die 5 ist eine analoge Konzeption, bei der der hohle Motor 15 durch einen Motor 24 ersetzt wird, der sich außerhalb des Gehäuses 14 befindet und der ein Ende der Nabe 16 antreibt, durch ein Transmissionssystem 25 mit zwischen Rollen gespanntem Riemen oder ein anderes System.
Die 6 zeigt ein Verbundtransmissionsorgan mit, im Innern der Schraube 1, einem einzigen Kabelstück 26, das mit einem komplementären Teil 27 des Organs verbunden ist, das hier geteilt ist und sich zusammensetzt aus einer Vielzahl von Kabelsträngen 28, die mit dem einzigen bzw. ungeteilten Kabelstück 26 durch eine Traverse 29 verbunden sind. Dieser Aufbau kann ggf. auf beiden Seiten der Schraube 1 vorgesehen werden. Das Organ kann eine Schleife bilden oder nicht, wie oben.
Selbstverständlich kann die Erfindung auf andere Arten angewandt werden. So kann das Rotationsarretierungsorgan weggelassen werden, wenn das Transmissionsorgan torsionssteif ist, nicht kippen kann und mit der Schraube durch eine torsionssteife Verbindung verbunden ist. Bei diesen Konstruktionen wird die Rotationsarretierung der Schraube 18 durch die den Mechanismus bildenden Elemente selbst sichergestellt. In dem Fall der 3 ist die Stange 12 torsionssteif und hält folglich die Schraube, wenn sie an einem Körper befestigt ist, der sich nicht dreht, und wenn ein Doppelgelenk das Kugelgelenk 13 ersetzt.
Zahlreiche Anwendungen können für die Erfindung vorgeschlagen werden. Das Transmissionsorgan kann einen Körper in Rotation oder Translation versetzen, ihn sogar Kippen oder andere Bewegungen ausführen lassen. Man sieht schon vor, die Erfindung zu benutzen, um den Lenkungsausschlag von Antriebsrädern zu regeln oder um als aktive Aufhängung eines an einem Hebel aufgehängten Rads zu dienen, in Rotation versetzt durch die Erfindung, zusätzlich zu einer klassischen Dämpfungseinrichtung.
Wenn das Transmissionsorgan flexibel ist und gespannt werden muss, kann dies durch eine Feder, ein Gegengewicht oder eine schleifenförmige Anordnung des Organs realisiert werden.

Claims

Getriebe, gebildet durch ein langgestrecktes Organ (4, 11, 12), einen Motor (15, 24) und ein System aus Schraube (1) und Mutter (18), bei dem die Mutter die Schraube gleiten lässt, die Schraube angetrieben wird durch den Motor und das Organ an der Schraube befestigt ist, so dass man die Bewegung des Organs durch die Schraube und durch eine Bewegungsumwandlung zwischen einer Rotation der Mutter und einer Translation der Schraube steuern kann, wobei ein Verbindungsteil des Organs mit einer Befestigungseinrichtung des Organs an der Schraube in Bezug auf die Schraube eine flexible bzw. nachgiebige Winkelposition besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube einen axialen Hohlraum (2) aufweist und die Befestigungseinrichtung (3, 13) in diesem Hohlraum sitzt.
Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungseinrichtung (3, 13) sich in einer Mittelstellung des Wegs der Mutter auf der Schraube befindet.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum und das Organ die Schraube ganz durchqueren.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ ein flexibles Kabel (4) ist und die Befestigungseinrichtung (3) ein Crimpverbindungselement.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ eine steife Stange (12) ist und die Befestigungseinrichtung ein Doppelgelenk umfasst.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Organ torsionssteif ist und die Schraube rotationsfrei.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube in Bezug auf ein Gehäuse (14, 22) mit einer Rotationsarretierungseinrichtung (19, 20) ausgerüstet ist.
Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsarretierungseinrichtung einen in der Richtung der Schraube rollfähigen Wagen umfasst.
Getriebe nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsarretierungseinrichtung ein Gelenk mit doppelter transversaler Kippfreiheit der Schraube zwischen der Schraube und dem Gehäuse umfasst.
Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk breite und weit offene Nuten bzw. Rillen (21) umfasst, in denen Rollen (20) des Wagens sich transversal zu der Schraube in zwei Richtungen bewegen bzw. verschieben können, wobei der Wagen (19) mit der Schraube verbunden ist.
Getriebe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gelenk breite Rillen umfasst, in denen Rollen (20) des Wagens sich transversal zu der Schraube in einer Richtung bewegen bzw. verschieben können, wobei der Wagen mit der Schraube durch eine Einrichtung (31, 33) verbunden ist, die eine Flexibilität bzw. Nachgiebigkeit in einer Öffnungsrichtung der Rillen gewährleistet.
Getriebe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (31, 33) eine Blattfeder (33) ist.
Getriebe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsarretierungseinrichtung Gleitschienen (35) umfasst auf denen ein Wagen (37) gleitet, der mit der Schraube durch eine Verbindung (39, 40) vereinigt ist, die in zwei zu der Schraube (1) transversalen Richtungen flexibel ist.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es eine in den Hohlraum (2) eingesetzte Distanzhülse (5), auf der sich die Befestigungseinrichtung (3, 13) abstützt, umfasst und eine auf die Schraube (1) montierte ausgesparte Verschlusskappe (16), die an der Distanzhülse anschlägt und von dem langgestreckten Organ durchquert wird.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das langgestreckte Organ in der Schraube (1) ein einteiliges bzw. ungeteiltes Stück (26) umfasst und außerhalb der Schraube ein geteiltes Stück (27), das mit dem ungeteilten Stück durch eine Traverse (29) verbunden ist.