DE2007380A1 - Kugelumlaufgetriebe - Google Patents

Description

• KUGELUMLAUFGETRIEBE Die ZrSindung betrifft ein Kugelumlaufgetriebe, d.h.
• eine Treibspindel mit Kugeln, durch die Bewegung und de Messung der Bewegung einzelner Bauteile von Bearbeitungsmaschinen - insbesondere Werk@eugmaschinen - mit großer Genauigkeit und hohem Wirkungsgrad duchgeührt werden kann.
• Die von den in der Industrie gebräuchlichen Bearbestungsmaschinen gewünschte genaue Arbeitsweise bedingt die Verwendung von Antriebselementen, welche die erforderte Bewegung mit der möglichst größten Genauigkeit - praktisch genommen -ohne Reibung und Zeitverlust durchführt. Aufgaben dieser Art komme bei Bearbeitungsmaschinn und Meßanlagen jeglicher.
• Art vor, doch gewinnen sie ihre größte Bedeutung bei für eine genaue Bearbei,tung des Werkstückes bestimmten Werkze.iigmaschi nen insbesondere bei solchen nit Programmsteuerung.
• Bei den bekannten, für die Durchfuhrung von Vorschub-, Zustell- oder Bewegungsaufgaben bestimmten Anlagen kann eine große Genauigkeit mit dicht schließenden Spindeln und Muttern erzielt werden. Doch wird bei Stauerkreisen oder Servoantrieben' deren Genauigkeit als ungenügend befunden, da zwischen Spindel und Mutter ein Laufsitz verwendet wird und infolgedessen das Längsspiel der beiden eingreifenden Bauteile nicht beseitigt werden kann. Wird zwecks Terbesserung der Genauigkeit das Ausmaß dieses Spieles herabgedrückt. so wGchst die Reibung bedeutend an, d.h. der Wirkungsgrad wird sich rasch verschlechtern.
• Es sind Troibspindel mit Kugeln oder Rollen bekannt, deren Reibung geringer ist als diejenige der obenerwähnten Anlagen mit Spindeln und Muttern. Bei diesen ist die Reibungskraft unabhangig von der Geschwindigkeit. Auch ist die Reibung in Ruhelage eine äußerst geringe. Trotzdem verbreiteten sich die Treibspinsel mit Kugeln oder Rollen nicht im erwarteten Maß, da die bekannten Lösungen nicht die Erwartungen erfüllt hatten.
• In einer bekannten Treibspindel mit Kugeln laufen die Kugeln in den Rillen der mit halbkreisförmigem Gewinde versehenen Spindel, wobei die Kugeln die Kraftübertragung zwischen der ;nit demselben Gewinde versehenen Mutter und der Spindel verwirklichen. Nach einer vollen Spindeldrehung werden die Kugeln zum Vorderende des Gewindes zurückgeleitet. Die Rückführung wird mit Hilfe einer Rille zustandegebracht. Die Rille wird in der Mutter ausgebildet. In die Mutter wird eine Öffnung geschnitten, in welche ein in die Öffnung genau einpaseender, und an seiner, der Schraubenspindel zugewandten Seite mit einer Kugelbahn versehener Einsatz eingelötet wird.
• Ein Nachteil dieser ÄusfWirung ist, daß die Einsätze den Körper der Mutter mit großer Sorgfalt angepaßt werden müssen, d.h. sowohl die an der Mutter befindliche Öffnung, als auch der Einsatz mit großer Genauigkeit bearbeitet werden müssen. Während der Lötung des Einsatzes kann jedach eine örtliche Erwärmung entstehen, welche die auf ein genaues Maß geachliffene und polierte Rugelbahn stellenweise ausglüht. Die infolge örtlicher Er wärmung erfolge öliche Härteabnahme der Kugelbahn gehärteter Oberfläche veruraacht eine Verschuppung der Kugelbahn nach ei ner verhältnismäßig kurzen Betriebsdauer, eine vorzeitige; Abnutzung der Kugeln, ein Anwachsen der Reibungskraft und die Betriebsunfähigkeit der Anlage.
• In einer Ausführung dieser Art befinden sich die Kugeln in einem vollkommen geschlossenen Kanal, sodaß bei einem Kugelbruch oder bei Fehlhaftwarden von Kugeln zu einem Wechsel der Kugeln zuerst evtl das verlötete Band gelöst werden muß. einer üherwältigenden Anzahl von Fällen hat die Lösung des verlöteten Bandes ein vollständiges Zugrundegehen von Mutter und Einsatz, evtl. auch von noch brauchbaren Kugeln zur Folge.
• Die Kugeln und die ihnen zugeordneten Kugelbahnen müssen mit einer außerordentlich großen Genauigkeit erzeugt werden, da für aime Auswahl wohl kaum eine Möglichkeit besteht. Bei einer Abnutzung muß der Fehlhaft gewordene Bestandteil den Abmessungen der übrigbleibenden Bestandteile angepaßt werden, was bei weitem keine einfache Aufgabe-ist.
• Äll diese Nachteile bringen mit sich, daß eine der-artige Anlage übermäßig kostspielig ist und bloß auf Kosten eines hohen Ausschußprozentsatzes gefertigt werden kann. Die Anlage wird oft fehlerhaft arbeiten, fhre Lebensdauer ist kurz und wird trotz außerordentlicher Genauigkeit bei dor Boarbeitung nicht mit der gewünschten-Sicherheit arbeiten.
• Es sind auch mit Kugelverbindung arbeitende Ausführungen solcher Anlagen-bekannt, wo die Rückführung der Kugeln mi' Hilfe von Röhren vorgenommen wird. Die an beiden Enden gebogenen Röhrem werden fast tangential an den Windungen verlaufend oder in irgendeiner anderen Weise an,die Mutter 0elötet. Ein-Nachteil dieser Ausführungist' daß sich die Rohre außerhalb der Mutter befinden und demzufolge zu einer Erhöhung der radialen Abmessung der Mutter beitragen. Diese Erhöhung der Abmessung hat eine Erhöhung der Abmessung und des Gewichtes der ganzen anlage zur Folge. Auch kann bei der Verlötung der Rohre die Mutter selbst ausglühen. Die Rohre müssen biegbar sein, d.h. ihr Werkstoff muß genügend weich sein, was wiederum die Widerstandskraft gegen Brinellierung beeintrEchtigt. Es wird eine den erforderlichen Rückführungen entsprechende Anzahl von Rohren benötigt, d.h. die mit Rohren versehere Mutter bildet einen verwickelten, Bchwer zugänglichen und somit einen ziemlich kostspieligen Bestandteil.
• Tn einer weiteren bekannten Ausführung wird die Rückführungsbahn oder -kanal der Kugeln in dem die Mutter verschließenden Deckel oder in einerBüchse ausgebildet. Der Deckel oder die Büchse ist gewöhnlich aus einem weichen. einer Abnützung nicht widerstehenden Werkstoff gefertigt. Die Fertigung beansprucht einen übermäßigen Arbeitsaufwand, da der in dem Deckel ausgebildete Kanal bei dem Einbau des Deckels mit großer Genaugkeit an das Gewinde angepaßt werden muß.
• Es sind auch Ausführungßformen bekannt, wo die Kugelrückleitbahn in die Spindel, oder in das Spindelgewinde eingearbeitet wird. Ein Nachteil dieser Lösung ist, daß die Fertigung der Spindel verwickelte Arbeitsgänge erfordert, womit dann der Prozentsatz von Ausachuß und fehlhaften Werkstücken gewaltig ansteigt.
• In einigen bekannten Ausführungen werden zwecks Beseitigung des längegerchteten Spieles an eine Spindel in einem bestimmten Abstand swei Muttern aufgesetzt, welche dann relativ zueinander vorgespannt werden. Die Vorspannung wird damit erreicht, daß die Muttern gegenseitig geringfügig verdreht werden.
• Infolge dieser Verdrehung werden die Muttern durch die Kugeln die Windungen der Schraubenspindel eng umfassen, d.h. das Spiel beheben. Die Behebung des Spieles durch Muttern und Änderung deren Winkellage hat jedoch eine elastische PormKnderung zur Folge, welche dann infolge der Dauers tandfe stigkeit des Werkstoffes oder einer zu starken Krafteinwirkung in eine ständige Formänderung übergehen kann, sodaß die Vorspannung unbeständig wird. Eine nachträgliche Regelung der Vorspannung kann überhaupt nicht oder- blöß auf Kosten einer beträchtlichen Nontagearbeit durchgeführt werden. Eine Änderung der Vorspannung, d.h. ein Anwachsen des Spieles, erfolgt nicht augenblicklich, sondern oft erst nach mehreren tausend Betriebsstunden fortlaufend, d.h. bis eine Änderung der Vorapannung wahrgenommen wird, können bereits mehrere tausend Werkstücke mit der Anlage gefertigt worden sein, deren Maßgenauigkeit somit den Erfordernissen nicht entsprechen wird.
• Es--ist auch eine Anordnung bekannt, bei welcher die Mutter mit einem gezahnten Kranz versehen wird., 1)er Kranz greift dann in eine Hülsen bzw. in einen entsprechend gezähnten inneren Kranz des Gehäuses ein. Die Anzahl der Zähne dieser Kränze weichen um einen einzigen Zahn voneinander ab, so daß infolgedessen der eine Kranz in bezug auf den anderen um einen äußerst kleinen Winkel verdreht werden kann, was wiederum eine verhältnisgleiche axiale Annäherung oder Entfernung sichert.
• Ein Nachteil dieser Ausführung ist, daß zwecks .Vorspannung für eine besondere Zähnung gesorgt werden muß, also ein Umstand, welcher die Fertigungskosten bedeutend erhöht.
• Zweck der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und damit einem dringenden Bedürfnis der Hersteller und Betriebe nachzukommen.
• kifgabe der Erfindung ist es, eine Treibspindel mit Kugeln geringer radialer Abmessung,und geringen Gewichtes, mUglichst einfacher Bauart zu entwickeln, wo sich eine Verlötung beim Zusammenbau erübrigt. Auch soll die Anlage aus leicht zu bearbeitenden Bestandteilen bestehen. Die ineinander-greifenden Bauteile sollen keine übermäßig genaue Bearbeitung erfordern und frei aneinander gepaßt werden können. Ferner sollen fehlerhaft gewordene Teile ohne Schwierigkeit ausgewechselt werden können. Außerdem sollen die Muttern ohne dauernde Formänderung der arbeitsleistenden Teile vorgespannt und von außen zu einem jeden beliebigen Zeitpunkt auf eine einfache Weise geregelt und neu eingestellt werden können.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch .gelöst, daß die Muttern unter Zwischenschaltung von Tellerfedern mittels in das Getriebegehäuse eingeschraubten Verschlußmuttern vorgespannt sind und daß die Muttern in ihren Stirnflächen und der Mantelfläche ausgebildete, an den Stirnflächen mit Deckeln und an der Mantelfläche mit einer Deckplatte abgedeckte Kugelrückführbahnen aufweisen.
• Die Erfindung soll nachstehend an einem AusfUhri,sbei spiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen Fig. 1 einen Iängsschnitt des erfindungsgemäßen Kugelumlaufgetriebes, Fig. 2 einen Schnitt II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt einer Mutter des Getriebes, der die eingefräste Kugelbahn erkennen läßt, Fig. 4 eine Draufsicht der Mutter nach Fig. 2, Fig. 5 die Lage der Kugeln zwischen Mutter und Spindel.
• Auf der Spindel 1 sind die Muttern 2 und 3 durch einen Zwischenraum getrennt angeordnet. Die Spindel 1, sowie die Muttern 2 und 3 haben Gewindenuten, in welchen Kugeln 4 rollen. Die Verbindung zwischen der Spindel 1 und den Muttern 2, 3 wird durch die Kugeln 4 zustandegebracht.
• Die Muttern 2 und 3 sind im Gehäuse 5 eingefaßt und werden durch die in die Nute 6 des Gehäuses 5 hineinragenden Keile 7 in unverdrehbarer Lage gehalten.
• Die Muttern 2' und 3 werden an beiden Enden durch in der Form von Scheibenringen ausgebildeten Deckeln 8 abgeschlossen.
• Die Stirpflächen der Muttern sowie die Deckel 8 liegen aneinander an.
• An die beiden äußeren Deckel 8 stützen sich die auf die Spindel 1 gezogenen Tellerfedern. Die Tellerfedern 9 werden an den Deckel P von den in die beiden Enden des Gehäuses 5 eingeschraubten und in ihrer eingeschraubten Lage von den Schrauben 10 festgehaltenen Verschließmuttern Il gedrückt. Der Raum zwisehen der Telle-rfeder 9, dem Gehause 5 und den Verschlußmuttern 11 wird von den Dichtungsringen 12 ausgefüllt. über den Verschlußmuttern 11 ist Je eine weitere Sicherungsmutter (Torsatzmutter) 13 in die Spindel 1 eingeschraubt. An der zur Spindel 1 gerichteten Seite der Sicherungsmutter 13 befindet sich eine zur Aufnahme des Dichtunge- und Reinigungeringes 14 geeignete Vertiefung -.
• In die-Stirn- und Seitenfläche der Muttern 2 und 3 ist je eine Kugelrückführbaha 15 vertieft Diese Kugel@bahn wird an den Stirnflächen der Muttern von den Deckeln 8, an der Mantelseite von einer in die in die Seitenfläche der Muttern vertiifte Nute 16 AFig. 4) gesetzte Deckplatte 17 abgeschlossen. Die unteren und oberen Enden der Deckplatte 17 sind zwecks Führung der Kugeln 4 zur Spindel 1 zu gebogen. Die Deckplatte 17 wird in der Nute 16 durch Schrauben festgehalten. Doch können die Schrauben fortfallen, da die Innenfläche des Gehäuses 5 in montierter Lage die Deckplatte 17 in einer in die Nute 1s gedrückten Lage festhält.
• In die Vertiefungen an den beiden Stirnflachen der Muttern 2 und 3 ist je ein Ablenkainsatz 18 fest eingebaut, Die sich an das in der Spindel 1 befindliche Gewinde anschließende Flasche 19 des Ablenkeinsatzes 18 ist fast tangential zum Gewinde und als Ausführung der Kugeln 4 aus dem-Gewinde, bzw. als Einführung der Kugeln aus der Kugelbahn 15 in das Gewinde ausgebildet.
• Beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Kugolumlaufgetriebes werden zunächst die beiden inneren Deckels 8, sodann die Muttern 2 und 3 und die äußeren Deckel 8 an die Spi,ndel 1 gezogen. Danach werden die Kugeln 4 durch die Kugelbahn 15 zwischen die Spindel sowie die Muttern 2 und 3 eingefüllt. Nach Einfüllung der Kugeln 4 werden die beckplatten 17 an die Muttern 2 und 3 gelegt oder aufgeschraubt. Sodann wird die-' ganze Einheit in das Gehäuse 5 geschoben. Danach werden die Tellerfedern 9 und die Dichtungsrings 12 an die Spindol 1 gezogen. Als nächater Schritt folgt das Aufschrauben der Verachlußmuttern 11 und nach Sicherung dieser Muttern durch die Schrauben 10 werden auch die mit den Dichtungsringen 14 versehenen Sicherungs- und Abdichtungemuttern 13 aufgeschraubt. Sodann wird das Gehäuse in der entsprechenden Bohrung der Maschine befestigt.
• Die Vorspannung der Muttern 2 und 3 wird durch die Verschlußmuttern 11 mit Hilfe der Tellerfedern 9 vorgenomsen. In der eingestellten Lage werden die Verschlußmuttern 11 von den Schrauben 10 gesichert. Nach Abschrauben der Sicherungsmuttern 13 sind die Verschlußmuttern 11 und die Schrauben 10 leicht zugänglich.
• Die wichtigsten Vorteile des erfindungsgemäßen Kugelumlaufgetriebes können folgenderweise zusammengefaßt werden: Die die Kugeln 4 führenden Schraubengänge der Muttern 2 und 3 sind nach der Fertigung der Muttern, bzw. während des Zusammenbaues des Getriebes keinen W§rmewirkungen ausgesetzt, sodaß Abmessungen und OberBlGchenbeschaffenheit unverändert bleiben. Die Kugelbahn i5 kann in der Stirn- und ManteLfläche der Muttern leicht und zu geringen Kosten ausgebildet werden. Die die Kugelbahn 15 abschließenden Bauteile sind einfach, billig und leicht fertigbar. Sie können von der Mutter mit einer Handbewegung abgehoben oder abmontiert werden, wodurch die Einfüllung der Kugeln, bzw. ihre Entfernung bei einer Schadhaftwerdung in kurzer Zeit und einfach durchgefuhrt werden kann. Die Muttern 2 und 3 werden in einfacher Weise, von außen, in kurzer Zeit vorgespannt und zwar ohne das Getriebe in einem wesentlichen Ausmaße zerlegen zu müssen. Die Vorspannung kann auch in an die Maschine montierten Lage abgeändert werden. Das Ausmaß der Vorspannung-kann auf einen -ide-alen Wert ohne Gefährdung irgendeines Bestandteiles e ngest'ellf werden Die Bauteile des erfindungsgemäßen Getriebes erfordern keine übermäßigen Fertigungskosten und beanspruchen keine besondere Maßgenauigkeit. Das Getriebe kann in geringer Zeit zusammengebaut oder zerlegt werden. Trotz der geringen Baukosten und Einfachheit arbeitet-das Getriebe auch nach langer Betriebszeit mit Sicherheit und ohne Gefahr eines Fehlbaftwerdens.
• Die Erfindung ist nicht an d-ie beisplelsweise erläuterte Ausführangsform der Bauteile beschränkt. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch Ersatz von anderen Bauteilen gleicher Arbeitsweise und Wirkung nicht eingeschränkt, bzw. geändert. So können z.B. die in der beispielsweisen Ausführung blattart,ig geformten Ablenkeinsätze 18-durch in die Mutter eingeschraubte Schrauben oder eingefügte Zapfen ersetzt werden, deren sich mit den Kugeln 4 berührende'Ebene gleichfalls tangential zu den Gewinden ausgeführt ist. Zur Sicherung der inneren Deckel 8 kann statt Schrauben auch eine die Deckel auseinander spreizende Vorrichtung, verwendet werden-. In ihrer eingestellten Lage können die Verschlußmuttern. 11 statt mit den Schrauben 10 auch in einer anderen Weise gesichert werden.

Claims (8)

P A T E N T A N S P R Ü C H E

1. Kugelumlaufgetriebe, an deren Spindel Kugeln enthaltende Gewindenuten und voneinander durch einen Abstand getrennte, mit die Kugeln aufnehmenden Nuten versehene Muttern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Muttern (2,3) unter Zwischenschaltung von Tellerfedern mittels in das Getriebegehäuse (5) eingeschraubten Verschlußmuttern (11) vorgespannt sind und daß die Muttern (2,3) in ihren Stirnflächen und der Mantelfläche ausgebildete, an den Stirnflächen mit Deckeln (8) und an der Mantelfläche mit einer Deckplatte (17) abgedeckte Kugelrückführbahnen (15) aufweisen.

2 Kugelumlaufgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stirnflächen der Muttern (2,3) zugekehrten Enden der Deckplatten (17) zur Spindel (1) hin abgebogen sind und daß die Deckplatten (17 inder Mantelfläche der Muttern (2,3) ausgebildeten Nuten (16) gelagert sind.

3. Kugelumlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatten (17) lose in den Nuten (16) der Muttern (2,3) gelagert sind und in ihrer Lage von der Innenfläche des Gehäuses (5) gehalten werden.

4. Kugelumlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatten (17) in den Nuten (16) am Mantel der Muttern (2,3) von Schrauben festgehalten werden.

5. Kugelumlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den in den Stirnflächen der Muttern (2,3) befindlichen Vertiefungen gelagerte, die Kugeln (4) ablenkenden Einsätze (18) vorgesehen sind.

6. Kugelumlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Stirnflächen der Muttern (2,3) in die Muttern (2,3) eingeschraubte, die Kugeln (4) lenkende Schrauben oder eingefügte Zapfen vorgesehen sind.

7. -Kugelumlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mattern (2,3) mittels eines in eine Gehäusenut (6) eingreifenden Keils () gegen Verdrehung gegenüber dem Gehäuse (5) gesichert sind.

8. Kugelumlaufgetriebe nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die über die Tellerfedern (9) die Muttern (2,3) vorspannenden Verschlußmuttern (11) in ihrer eingestellten Lage mittels Schrauben (10) und Vorsatzmuttern (13) gesichert sind.