具有不對稱的內螺紋和外螺紋的滑動式螺紋傳動裝置以及相應的絲杠螺母的制作方法

本發明總體上涉及用于將旋轉運動轉換成縱向運動或反之的滑動式螺紋傳動裝置或滑動式螺紋驅動裝置。本發明尤其涉及具有絲杠和絲杠螺母的滑動式螺紋傳動裝置，其中，至少絲杠螺母的內螺紋或優選整個絲杠螺母由塑料制成，而絲杠的外螺紋具有比由塑料制成的所述內螺紋高的強度。

背景技術：

在螺紋傳動裝置中，區分為滾動式螺紋傳動裝置(例如具有滾珠作為滾動體的滾珠螺紋傳動裝置)和所謂的傳統的滑動式螺紋傳動裝置。本發明涉及滑動式螺紋傳動裝置。已知的是：在這種滑動式螺紋傳動裝置中在具有高強度的絲杠(例如鋼制的)上使用塑料絲杠螺母。這種滑動式螺紋傳動裝置例如由公開文獻DE 2300851已知。

具有塑料絲杠螺母的滑動式螺紋傳動裝置尤其提供以下優點：其可在極少維護的情況下運行、尤其是可在無潤滑劑的情況下運行。

EP 2 581 209 A1描述了一種這樣的滑動式螺紋傳動裝置，其專門用于運行壓力活塞，其中，內螺紋和外螺紋實施成相互不對稱，即實施有不同的幾何結構。在根據EP 2 581 209 A1的絲杠傳動裝置中，絲杠螺母內螺紋的齒側面關于徑向平面并非構造成鏡像對稱，而是構造成不對稱。在此，回歸齒側面相對于工作齒側面具有顯著較平的角度，由此，絲杠螺母可接收較大的驅動方向上的力，因為絲杠螺母齒根上的螺紋受到更好的支撐。通過該構型，即使在迄今通常需要鋼來作為絲杠螺母材料的高負載的情況下也可使用塑料作為絲杠螺母材料。在考慮該目標的情況下將EP 2 581 209 A1視為最接近的現有技術。

技術實現要素：

從前述現有技術出發，本發明的任務在于，提供一種滑動式螺紋傳動裝置，其具有絲杠螺母，該絲杠螺母完全地由塑料制成或至少在該絲杠螺母的內螺紋區域中由塑料制成，所述滑動式螺紋傳動裝置提供更長的使用壽命并且適用于更多應用。同樣提出相應地適合于這種滑動式螺紋傳動裝置的絲杠螺母。

根據權利要求1的滑動式螺紋傳動裝置和根據權利要求11的、用于這種滑動式螺紋傳動裝置的絲杠螺母相互獨立地解決前述任務。

在最簡單的實施方式中，所述任務已通過下述方式解決：絲杠螺母的內螺紋具有這樣構型的螺紋橫截面，使得螺紋螺旋的確定用于嚙合到絲杠的螺紋溝道中的齒廓截面面積以可測的程度大于絲杠螺母的螺紋溝道的空缺的溝道截面面積。這些截面面積在此是在穿過絲杠螺母或絲杠的中心縱軸線的縱截面中看的橫截面面積，該縱截面相應于示意性的所述齒廓截面。所述齒廓截面面積表示絲杠螺母的螺紋螺旋或齒部在所述平面中看的以下截面面積：所述截面面積是在位于螺紋根部上的縱軸線平行線與位于齒頂或者說頂點上的縱軸線平行線之間測量的。溝道截面面積表示絲杠螺母螺紋的螺紋溝道的相應地看的空缺面積，絲杠的外螺紋的螺紋螺旋或者說齒部嚙合到該空缺面積中。

在優選實施方案中，絲杠螺母的內螺紋的齒廓截面面積是該內螺紋的空缺的溝道截面面積的至少1.2倍大。所述溝道截面面積表示螺紋溝道的空缺面積。當前，螺紋溝道要理解為螺紋的缺口或者說螺紋槽并且并不非是螺紋螺旋或齒部。

在特別優選的實施方式中提出，正的所述齒廓截面面積具有一面積尺寸，該面積尺寸處于所述溝道截面面積的對應面積尺寸的1.2倍至2倍的范圍內，特別優選處于1.25至1.4倍的范圍內。由此，也可將至少在內螺紋區域中由塑料制成的絲杠螺母制造得具有更長的使用壽命并同時能承受很高的軸向負載。在本發明的意義上的尺寸區別很容易實施到實際中，其方式是：從具有對稱齒部的絲杠傳動裝置傳統構型出發，在絲杠方面例如將螺紋螺旋構型成比對稱的實施方案窄約10-35％而螺紋溝道構型成比對稱的實施方案寬約10-35％。在構型絲杠螺母時相應地反過來設置。

為了提高應用可能性而有利的是：對置的齒側面在絲杠螺母的內螺紋的齒廓截面中(在齒廓簡圖中)相對于徑向平面(垂直于縱軸線)實施成鏡像對稱。特別優選，設置對于傳動螺紋而言很大的齒側面角，該齒側面角處在30°至70°的范圍內，尤其在45°至70°的范圍內。在此，齒側面角要理解為螺紋齒側面相對于對置的螺紋齒側面的角度。通過相應地優化的齒側面角可實現更高的效率，其中，可同時在兩個平移方向上(即，與轉動方向無關地)獲得高的負載。

為了避免振動以及避免產生不希望的噪聲而有利的是，從齒側面到螺紋齒頂的過渡部以及從齒側面到螺紋根部的過渡部倒圓地實施。這尤其適用于絲杠螺母的內螺紋，但有利地同樣適用于絲杠的外螺紋。

在絲杠螺母的相應地倒圓的過渡部的情況下有利的是：該絲杠螺母具有螺紋橫截面，該螺紋橫截面的螺紋齒頂在螺紋螺旋的兩個齒側面之間連貫地被倒圓。因此取代傳統的面接觸可獲得螺紋齒頂的點接觸，這同樣起到減振以及降噪的作用。在實際中有利的是：至少對絲杠螺母的螺紋齒頂而言，倒圓半徑處于螺紋導程除以螺紋線數n(在多線絲杠的情況下n>1)的商的0.1倍至0.5倍的范圍內。連貫的倒圓同樣可設置在絲杠的外螺紋上，然而在這里由于顯著較窄的螺紋根部，所以以相應地在開頭提到的系數減小的曲率半徑也是符合目的。

在相應地被倒圓的齒幾何形狀中有利的是：絲杠螺母具有內螺紋，該內螺紋的螺紋深度比絲杠上的外螺紋的螺紋深度小。通過該方式可實現，即使在不希望的傾斜跑偏的情況下在外螺紋的螺紋齒頂和絲杠芯上的螺紋槽的底部(槽底)之間也僅形成最小接觸(在所述縱截面中為點接觸)。內螺紋的螺紋齒頂和外螺紋的芯上的槽底之間的接觸在任何情況下都不發生，即使在意外的橫向負載或變形時也不發生。

符合目的地由工程塑料制成絲杠螺母。特別優選由工程塑料，可注塑的、優選免潤滑的高性能聚合物制成絲杠螺母，所述高性能聚合物尤其具有填充劑和/或增強劑以改善疲勞強度且減小摩擦系數。在特別優選的實施方式中，將絲杠螺母制成為一體件。這優選例如可在一個工序中完全通過注塑方法進行，即，絲杠螺母完整地被鑄出螺母螺紋；或也可通過對鑄造或擠出成型的毛坯切削加工制成。必要時在兩種情況中都可在內螺紋區域中切削式或切削加工式地再加工，例如通過車削或鏜削。也可設想以兩個事后接合的半殼制成并且在注塑工藝上可更簡單地實現。但一體的絲杠螺母相比而言在沒有特別措施的情況下就可達到高的精度。

優選的實施方式是多線的，以提高負荷能力。通過由塑料一體地制成使得在技術上能以較小的耗費實現制造三線、四線、五線等直至大數量螺紋線(例如具有二十線內螺紋)的絲杠螺母。

所提出的絲杠螺母或所提出的滑動式螺紋傳動裝置特別適合于處于1:10至2：1范圍內的傳動比。相應地將內螺紋和外螺紋符合目的地制成有處于3-30mm范圍內的公稱直徑(在外螺紋的情況下，等于外直徑)并且制成有處于1-200mm范圍內、尤其2.5-100mm范圍內的導程。在上下文中要指出，螺紋中徑由于不相等的尺寸而并不位于在其上螺紋槽和螺紋齒具有相等寬度的高度上。簡化地可將芯直徑和公稱直徑之間的平均值用作螺紋中徑以算出導程。

絲杠自身可為純金屬絲杠，例如由鉻鎳不銹鋼或由鋁制成。但處于本發明的范疇內的還有純塑料絲杠，尤其是由強度比絲杠螺母的內螺紋的塑料的強度或絲杠整體上的強度高的塑料制成的絲杠。還處于本發明的范疇中的是：例如為了改善抗磨損強度和/或優化摩擦系數，還給塑料絲杠或金屬絲杠設置合適的涂層。本發明與滑動式螺紋傳動裝置無關地整體上也涉及絲杠螺母自身并且該絲杠螺母具有之前提到的特征。該絲杠螺母例如可實施為法蘭螺母。

本發明最后同樣涉及這種螺母在滑動式螺紋傳動裝置中的應用。本發明的典型的應用領域是以下領域：在其中免潤滑性是特別有利或希望的，例如在凈化室技術或藥物技術中。但根據本發明的滑動式螺紋傳動裝置和相應的絲杠螺母也適合于很多其他應用領域，例如汽車構造、自動化設備等。

附圖說明

本發明的其他細節和優點在后面在不限制保護范圍的情況下通過參照附圖對優選實施方式的描述獲得。

在此:

圖1根據本發明的一種實施例的滑動式螺紋傳動裝置的區段的立體圖；

圖2圖1的滑動式螺紋傳動裝置的側視圖；

圖3滑動式螺紋傳動裝置的絲杠和絲杠螺母的主軸上的根據圖2中的剖面線III-III的縱剖圖；

圖4絲杠螺母的相應于圖3中IV的放大的螺紋橫截面。

具體實施方式

圖1-4示出滑動式螺紋傳動裝置10，其用于將絲杠11的轉動轉化成絲杠螺母12的縱向運動。絲杠螺母12由塑料通過注塑一體地制成。絲杠螺母12由高性能聚合物構成，該高性能聚合物尤其具有用于實現免潤滑劑的且低摩擦的運行的填充劑和/或增強劑。絲杠11由鉻鎳不銹鋼構成，該鉻鎳不銹鋼與絲杠螺母12的工程塑料相比具有較高的強度。絲杠11的外螺紋30例如是五線的，即具有五條螺紋螺旋31。絲杠螺母12的內螺紋20也相應于絲杠的五條螺紋螺旋31地在其頂部以約半徑R2同樣連貫地倒圓。

如最好從圖3-4中可看到的那樣，內螺紋20和外螺紋30實施成相對彼此不對稱，因為絲杠螺母12的螺紋螺旋21的尺寸定得比絲杠11的螺紋螺旋31顯著地大。內螺紋20的螺紋槽或螺紋溝道22與外螺紋30的螺紋溝道22表現為相應地相互共軛或互補，因為絲杠螺母12的螺紋螺旋21與絲杠11的螺紋溝道32處于嚙合中以及反之。

如更詳細地可從圖4(即絲杠螺母12的內螺紋20的螺紋橫截面的放大圖)中得知的那樣，內螺紋20具有螺紋橫截面，在該螺紋橫截面中，螺紋螺旋21的齒廓截面面積S1(粗陰影線)在這里為絲杠螺母12的螺紋溝道22(即螺紋槽)的空缺的溝道截面面積S2(細陰影線)的約1.28-1.32倍大。因此，商S1/S2在該實施例中滿足不等式1.28≤S1/S2≤1.32(其中，視說明中的構造大小而定可有在約1-5％范圍內的測量公差或制造公差)

齒廓截面面積S1和溝道截面面積S2在此是在相應于圖4的齒廓截面中測量的、位于以虛線繪制的縱軸線平行線之間的面積，其中，一條平行線(圖4左邊的)延伸通過螺紋根部26或者說形成槽底25的切線而另一平行線形成齒頂24的切線。

由于絲杠螺母12的螺紋螺旋21與絲杠11的螺紋螺旋31相比可感知地更大的尺寸，所以在塑料的強度相同的情況下可接受顯著較高的軸向負載，或者說可在迄今需要使用金屬絲杠螺母的地方使用塑料絲杠螺母。該效應尤其在大的螺紋導程的情況下以下述方式被協同增強：多線的內螺紋(在圖1至4中例如五線的內螺紋20)可用塑料尤其以注塑方法顯著輕地制造或可能首先用塑料制造。

如從圖4中可看到的那樣，在絲杠螺母12中，從齒側面23到螺紋齒頂24的過渡部和從齒側面23到槽底25的過渡部被倒圓，以減弱振動。螺紋齒頂24優選在齒側面23之間連貫地(在齒廓截面中為正圓地)倒圓，優選以倒圓半徑R1倒圓，例如在具有25mm導程(以及6.35mm公稱直徑)的5線螺紋中R1≈l.6mm，即R1相應于1/5導程(相應于螺紋螺旋加上螺紋溝道的、長5mm的軸向結構長度)的0.32倍。從每個齒側面23到槽底25的過渡部也以倒圓半徑R2倒圓，其中，R2<<R1。相應地，絲杠11的齒廓截面優選在兩個過渡部上設有倒圓。因此，特別優選的是齒廓近似為圓螺紋、即完全沒有棱邊的實施方案。

原則上在運行中僅齒側面23、33的螺旋形的面在彼此上滑動。為了在意外的傾斜跑偏或損傷時避免兩側接觸或由此形成的固有振動，絲杠11的外螺紋30的螺紋深度T1稍微大于絲杠螺母12的內螺紋20的螺紋深度T2。因此最多在外螺紋30上的齒頂和內螺紋20的對應的槽底25之間形成螺旋形的線接觸。

對置的齒側面23、33在內螺紋20中以及在外螺紋30中分別實施成關于假想的徑向平面鏡像對稱，所述鏡像平面穿過圖3-4中的齒廓截面。所述齒側面圍成對于傳動螺紋而言不尋常地大的齒側面角α，在根據圖1-4的示例中為約50-60°。由于塑料特性和內螺紋20的螺紋螺旋21的良好的負荷能力可實現這樣大的齒側面角α。

始終要指出，絲杠螺母12與圖1-3所示不同地尤其可實施為法蘭螺母。

具有不對稱的內螺紋和外螺紋的滑動式螺紋傳動裝置

附圖標記列表

圖1-4:

10 滑動式螺紋傳動裝置

11 絲杠

12 絲杠螺母

20 內螺紋或者說螺母螺紋

21 螺紋螺旋(內螺紋)

22 螺紋溝道(內螺紋)

23 齒側面

24 齒頂

25 槽底

26 螺紋根部

30 外螺紋或絲杠螺紋

31 螺紋螺旋(外螺紋)

32 螺紋溝道(外螺紋)

33 齒側面

α 齒側面角

R1 半徑(齒頂處的)

R2 半徑(槽底處的)

S1 齒廓截面面積

S2 溝道截面面積

Tl 螺紋深度(絲杠)

T2 螺紋深度(絲杠螺母)

權利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種滑動式螺紋傳動裝置(10)，其用于將旋轉運動轉換成縱向運動或反之，該滑動式螺紋傳動裝置具有絲杠(11)和絲杠螺母(12)；

其中，至少所述絲杠螺母的內螺紋(20)或整個所述絲杠螺母(12)由塑料制成，而所述絲杠的外螺紋(30)與所述內螺紋(20)相比具有較高的強度；

其中，內螺紋(20)和外螺紋(30)實施成相互不對稱；

其中，所述絲杠螺母(12)的內螺紋(20)具有螺紋橫截面，在該螺紋橫截面中螺紋螺旋(21)的確定用于嚙合到所述絲杠的螺紋溝道(32)中的齒廓截面面積(S1)比所述絲杠螺母的螺紋溝道(22)的空缺的溝道截面面積(S2)大，尤其是為所述溝道截面面積的至少1.2倍；

其中，從齒側面(23)到螺紋齒頂(24)的過渡部被倒圓；

其中，所述絲杠螺母(12)具有螺紋橫截面，該螺紋橫截面的螺紋齒頂(24)在所述齒側面(23)之間連貫地被倒圓，以實現所述螺紋齒頂的點接觸。

2.根據權利要求1所述的滑動式螺紋傳動裝置，其特征在于，齒廓截面面積(S1)與溝道截面面積(S2)的商的值在1.2至2的范圍內，尤其在1.25至1.4的范圍內。

3.根據權利要求1或2所述的滑動式螺紋傳動裝置，其特征在于，從齒側面(23)到槽底(25)的過渡部被倒圓。

4.根據權利要求1至3中任一項所述的滑動式螺紋傳動裝置，其特征在于，所述螺紋齒頂(24)在所述齒側面(23)之間按照一倒圓半徑(R1)連貫地被倒圓，該倒圓半徑處于螺紋導程和螺紋線數的商的值的0.1倍至0.5倍的范圍內。

5.根據權利要求4所述的滑動式螺紋傳動裝置，其特征在于，所述絲杠螺母的內螺紋的螺紋深度(T2)比所述絲杠的外螺紋的螺紋深度(T1)小。

6.根據前述權利要求中任一項所述的滑動式螺紋傳動裝置，其特征在于，所述絲杠螺母(12)一體地制成，尤其完全以注塑方法制成或通過對一體式毛坯進行切削加工來制成。

7.根據權利要求5所述的滑動式螺紋傳動裝置，其特征在于，所述絲杠螺母(12)由可注塑并且免潤滑的高性能聚合物構成，所述高性能聚合物尤其具有填充劑和/或增強劑。

8.根據前述權利要求中任一項所述的滑動式螺紋傳動裝置，其特征在于，相對置的齒側面(23)鏡像對稱地實施成具有用于傳動螺紋的齒側面角(α)，該齒側面角尤其處于30°至70°的范圍內。

9.根據前述權利要求中任一項所述的滑動式螺紋傳動裝置，其特征在于，絲杠螺母(12)和絲杠(11)實施成多線的，尤其實施成具有多于兩條并且直至二十條的螺紋螺旋(21；31)，優選實施成具有用于處于1:10至2:1的范圍內的傳動比的公稱直徑和導程。

10.根據權利要求1至9中任一項所述的滑動式螺紋傳動裝置，其特征在于，所述絲杠(11)

-完全由塑料制成；

-完全由金屬制成，尤其由鉻鎳不銹鋼或鋁制成；或者

-由塑料或金屬制成，并且至少外螺紋具有涂層、尤其是金屬的抗磨損涂層。

11.用于根據權利要求1至10中任一項所述的滑動式螺紋傳動裝置的絲杠螺母(12)，

其中，至少所述絲杠螺母(12)的內螺紋(20)或整個所述絲杠螺母(12)由塑料制成；并且具有不對稱的螺紋橫截面；

其中，所述絲杠螺母(12)的內螺紋(20)具有螺紋橫截面，在該螺紋橫截面中螺紋螺旋(21)的確定用于嚙合到所述絲杠的螺紋溝道(32)中的齒廓截面面積(S1)比所述絲杠螺母的螺紋溝道(22)的空缺的溝道截面面積(S2)大，尤其為所述溝道截面面積的至少1.2倍；

其中，從齒側面(23)到螺紋齒頂(24)的過渡部被倒圓；

其中，所述絲杠螺母(12)具有螺紋橫截面，所述螺紋橫截面的螺紋齒頂(24)在所述齒側面(23)之間連貫地被倒圓，以實現所述螺紋齒頂(24)的點接觸。

12.根據權利要求11所述的絲杠螺母，其特征在于，齒廓截面面積(S1)與溝道截面面積(S2)的商的值處于1.2至2的范圍內，尤其處于1.25至1.4的范圍內。

13.根據權利要求11或12所述的絲杠螺母，其特征在于，從齒側面(23)到槽底(25)的過渡部被倒圓。

14.根據權利要求13所述的絲杠螺母，其特征在于，所述螺紋齒頂(24)在所述齒側面(23)之間相應于一倒圓半徑(R2)連貫地被倒圓，該倒圓半徑處于螺紋導程與螺紋線數的商的值的0.1至0.5倍的范圍內。

15.根據權利要求11至14中任一項所述的絲杠螺母，其特征在于，所述絲杠螺母(12)一體地制成，尤其完全以注塑方法制成或通過對鑄造或擠出成型的一體毛坯進行切削加工來制成。

16.根據權利要求15所述的絲杠螺母，其特征在于，所述絲杠螺母(12)由可注塑并且免潤滑的高性能聚合物制成，所述高性能聚合物尤其具有填充劑和/或增強劑。

17.根據權利要求11至16中任一項所述的絲杠螺母，其特征在于，所述絲杠螺母(12)實施成多線的，尤其實施成具有3至20條螺紋螺旋(21)。

18.根據權利要求11至17中任一項所述的絲杠螺母，其特征在于，所述絲杠螺母(12)實施成具有用于以下傳動比的公稱直徑和導程：所述傳動比處于1:10至2:1的范圍內。

19.根據權利要求11至17中任一項所述的絲杠螺母，其特征在于，相對置的齒側面(23)鏡像對稱地實施成具有用于傳動螺紋的齒側面角(α)，該齒側面角尤其處于30°至70°的范圍內。

20.根據權利要求11至19中任一項所述的絲杠螺母，

其特征在于，所述絲杠螺母(12)實施為法蘭螺母。