DE2461773C2

DE2461773C2 - Stellgerät als einbaufähige Baueinheit mit Spindelmuttertrieb

Info

Publication number: DE2461773C2
Application number: DE19742461773
Authority: DE
Inventors: Rudolf 4408 Dülmen Betzing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-12-30
Filing date: 1974-12-30
Publication date: 1982-09-30
Also published as: DE2461773A1

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Stellgerät als einbaufähige Baueinheit mit Spindeimuttertrieb, bei dem linear zueinander verschiebbare Teleskopteile vorgesehen sind und ein erstes Teleskopteil mit der Mutter sowie ein zweites mit der Spindel verbunden ist und Führungen für Rollen, Gleitstücke oder dergleichen vorgesehen sind, durch die die Mutter geführt ist.

Stellgeräte dieser Art sind beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 9 06 876 bekannt. Eine derartige, für Werkzeugmaschinen, z. B. Dreh- und Fräsbänke, gedachte Stellgerätekonstruktion belastet die Kugelspindel auf Zug und Druck. Die Verwendung mehrerer Kugelmuttern auf einer einzigen Spindel, erhöht die

Lastaufnahmefähigkeit des Gesamtgerätes nicht.

Stellgeräte dieser Art werden für die verschiedenen Zwecke zur Ausführung linearer Stellbewegungen benötigt Allgemein werden Trapezspindeln, aber in zunehmendem Maße auch Kugelspindeln und Kugelspindeln mit Kugelumlaufmutter verwendet Für Sonderzwecke sind auch Rollenspindelr. in verschiedenen Ausführungsformen in Gebrauch, insbesondere für Präzisionsvorgänge.

Die Trapezspindelgeräte haben den Nach,^il, ein großes Losbrechmoment aufzuweisen und somit kein ruc'icfreies Anfahren zu ermöglichen. Kugelspindelgeräte wurden bisher nur für geringere Lasten verwendet weil einerseits die Technik der Kugelspindeln gewisse Schwierigkeiten macht und andererseits die Herstellung "on Kugelspindeln mit Muttern bei großem Spindeldurchmesser nur bei sehr kurzhubigen Geräten zweckmäßig erscheint Lange Kugelspindeln großen Durchmessers sind teure Einzelanfertigungen.

Für große Kräfte und Hübe werden daher meist hydraulische Zylinder verwendet Diese sind aber nicht in allen Fällen einsetzbar. Die insbesondere bei Verwendung von öl doch etwas kompressible Flüssigkeitssäule verursacht Schwindungen und damit dynamische Belastungen, die sich nachteilig auswirken.

Auch bei Kranen sind Stellgeräte mit Spindeltrieben bekannt Ihr Einsatz ist nicht häufig.

Bei Wipp-Kranes werden die Spindelstellgeräte als Einziehwerk bezeichnet Je größer aber die zu beherrschenden Hublängen und je größer die Lasten sind, desto weniger eignet sich ein Stellgerät in den bekannten Ausführungsformen. Bei zunehmenden Kräften, insbesondere, wenn sie reversierend auftreten, muß nämlich zur Erzielung sowohl einer ausreichenden Knicksteifigkeit als auch einer ausreichenden Lastaufnahme der Spindeldurchmesser stark vergrößert werden. Dadurch werden die Kosten und der Aufwand für ein derartiges Gerät zu hoch. Hinzu kommt, daß die Herstellung von Wälzspindeln, wie beispielsweise Kugelspindeln von bestimmten Größenordnungen, Längen und Durchmessern, außerordentliche Schwierigkeiten macht, die in der erforderlichen Einzelfertigung den erforderlichen Maschinen und auch in der bei größeren Durchmessern stark gesteigerten Kugelrotationsgeschwindigkeit liegen.

Alle diese Gründe haben bisher verhindert, daß neuzeitliche Kugelumlaufspindeltriebwerke bei Stellgeräten für Krane und dergleichen Verwendung gefunden haben. Diese Gründe haben aber auch die breite Verwendung auf anderen Gebieten der Technik, beispielsweise beim Schiffbau und in der Industrie verhindert

Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, ein Stellgerät zur Bewältigung sehr großer Lasten, beispielsweise 200 bis 500 Tonnen mit sehr langen Hüben, beispielsweise 5 bis 10 Meter zu schaffen, bei dem große Spindeldurchmesser vermieden werden und dadurch Kosten eingespart werden.

Mit dem Anspruch 1 ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß mehrere getrennte, jeweils aus Kugelspindel und Kugelumlaufmutter gebildete synchron angetriebene Spindelmuttertriebe vorgesehen sind, deren Kugelumlaufmuttern jeweils über kardangelenkige Verbindungen untereinander und mit einem der Teleskopteile und die Kugelspindeln in Grenzen axialbeweglich beidendig über Zuglager mit einem fest mit dem Antrieb verbundenen Teleskopteil gekoppelt sind.

Durch die ausschließliche Verwendung der Spindeln

für Zugbelastungen erhöht sich die von jeder einzelnen Kugelspindel zu übertragenden Last um ein Vielfaches im Vergleich zu einer auch mit Druckkräften belasteten Kugelspindel, Durch die Vermehrfachung derartiger Kugelspindeltriebe und ihre gemeinsame Wirkung auf die Teleskopteile ergibt sich eine weitere Lastvervielfachung und eine Konstruktionsvereinfachung, weil einheitliche Bauteile mehrfach verwendet werden können. Die Zugkräfte des Stößels werden auf das getriebese'itige Zuglager und die Druckkräfte auf das äußere Zuglager übertragen und von diesem dann als Druckkräfte auf das äußere, beispielsweise als einfaches Gittergerüst aufgebaute Teleskopteil weitergegeben. Die Reaktionsmomente und die Führungskräfte werden ebenfalls auf dieses Gerüst übertragen. Es ergibt sich somit eine sehr einfache und mit geringem Aufwand erstellbare Gesamtkonstruktion, in der trotz einheitlichen Spindeldurchmessers und einheitlichen Kugelumlaufmuttern nur durch die Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Spindeltrieben das Gerät für unterschiedliche Lasten ausgelegt werden kann. Es werden Verlegungen der Spindeln vermieden, Stoßbelastungen nur gedämpft übertragen und '.uch bei geringfügig ungleichen Steigungen der Kugelrinnen in der Kugelspindel Zwängungen vermieden.

Die Ansprüche 2 und folgende geben ausgestaltende Lösungen als Ergänzung zum Anspn-ch 1 und zeigen die Möglichkeit, die Zahl der verwendeten Spindelmuttertriebe durch Zusammenfassung mehrerer Gruppen noch zu erhöhen. Die Zeichnung zeigt mit

F i g. 1 eine Anordnung eines Stellgerätes in einem Auslegerkran,

F i g. 2 ein Stellgerät, teilweise geschnitten in Seitenansicht,

F i g. 3 einen Querschnitt durch das Stellgerät nach F i g. 2 mit Blick auf das Mutternanschlußstück,

Fig.4 einen Teilschnitt durch die kardanische Aufhängung der Muttern,

F i g. 5 einen Teilschnitt der Rollenführung,

F i g. 6 die prinzipielle Darstellung einer Stößelaus-⁴⁰ führung mit - wei getrennten Mutternanschlußstücken und zwei Stößeln, die auf eine gemeinsame Last wirken, F i g. 7 ein Zuglager in Schnittdarstellung,

F i g. 8 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform mit zwei mal drei Spindelmuttertrieben,

F i g. 9 eine Ausführungsvariante zu F i g. 8 für zwei Mutternanschlußstücke und konzentrische Stößel, die kugelig gelagert sind,

Fi g. 10 eine Ausführungsvariante mit 2 · 6 Spindeln, die auf eine gemeinsame Last wirken. ^M

Ein Kran nach F i g. 1 ist auf einem Gleis 27 fahrbar geführt, und sein Kranarm 28 trägt eine Last 29. Ein Stellgerät 1 ist zwischem dem Kranarm 28 und dem Ende des Mastes 30 eingeschaltet. Das Stellgerät 1 ist über Zapfen 31 an seinem Antrieb 13 aufgehängt Mit⁵⁵ dem Antrieb 13 fest verbunden ist das erste 3 oder zweite Teleskopteil 5. Eines der beiden bildet das äußere Teleskopteil 19, das als Rohr, Gitterkonstruktion 26 oder dergleichen ausgebildet sein kann. Bei einem Hub von beispielsweise 6 m sollten die Teleskopteile 3 und 5 ^M jeder etwa acht Meter lang und zwei Meter im Überlappungsbereich aneinander geführt sein. Eines dieser beiden Teile bildet den Stößel 16, während das andere fest mit dem Antrieb 13 verbunden ist. Der Anschluß an den Kranarm 28 erfolgt über das Gelenk⁶⁵ 25.

Nach Fig. 2 gehören zu den Spindelmuttertrieben 2 Kugelspindeln 9 mit ihre- als Kugelumlaufmuttern 10 ausgebildeten Muttern 4. Die Spindeln 6 sind parallel zu dem Stößel 16 und um diesen herum angeordnet. Dabei können handelsübliche gerollte Kugelspindeln 9 Verwendung linden, weil der Durchmesser gering ist Um Druckkräfte von 1001 übertragen zu können, müßte bei Verwendung nur einer einzigen Spindel von 6 bis 8 Meter Länge schon etwa ein Spindeldurchmesser von 260 bis 320 mm Verwendung finden. Eine solche Spindel wäre eine Sonderanfertigung, außerordentlich schwer und sehr teuer. Werden aber statt dessen drei Spindeln verwendet, die alle gleichmäßig nur Zugkräfte zu übertragen haben, können handelsübliche Spindeln mit einem wesentlich geringeren Durchmesser Verwendung finden.

In dem Antrieb 13 ist ein Getriebe und die Verlagerung der Spindeln 6 in den Zuglagern 12 untergebracht Das Getriebe kann beispielsweise aus einem Untersetzungs- und einem Planetengetriebe bestehen, von dem aus das Antriebsmoment in gleicher oder ggf. auch unterschiedlicher Richtung auf die Spindeln 6 übertragen wird.

Die Kugelumlauf muttern !0 sind über kardangelenki-. ge Verbindungen 11 mit dem Mutternanschlußstück 18 verbunden. In dem Mutternanschlußstück 18 ist eine Kugelpfanne 32 angeordnet, in der eine Gelenkkugel 17 gelagert ist, die das Ende des inneren Teleskopteiles 15, Stößel 16 bildet, der im Anschlußblock 42 geführt ist. Dieser enthält auch die oberen Zuglager 12 für die Spindeln 6.

Die auf den Stößel wirkenden Biegekräfte werden in dem Abschlußblock 42 und an Schienen 20 Führungen 7 (siehe auch F i g. 3 und 5) abgesetzt

Die vom inneren Teleskopteil 15, Stößel 16 zu übertragenden axialen Kräfte werden über die Anschlußöse 48 weitergegeben.

Die Anordnung der Muttern 4 ist den F i g. 3 und 4 zu entnehmen. Sie sind über kardangelenkige Verbindungen 11 mit dem Mutternanschlußstück 18 über Kreuzgelenke 34 verbunden, wobei sich die Sch'yenkachsen 35, 35' der Kreuzgelenke 34 in der gedachten Längsachse der Spindeln 6 schneiden. Beispielsweise wird die kardangelenkige Verbindung 11 dadurch gebildet, daß die Drehzapfen 36 über Nadellager 37 in dem Mutternanschlußstück 18 so gelagert sind, daß gewisse axiale Verschiebungen möglich sind wobei an den Drehzapfen 36 Gabelstücke 38 sitzen, in denen über die Lagerzapfen 39 die Kugelumlaufmuttern 10 gelagert sind. Dadurch wird erreicht, daß die Kugelumlaufmuttern 10 pendelnd beliebige Stellungen einnehmen können und somit auch die vom Stößel 16 auf das Mutternanschlußstück 18 übertragenden Kräfte gleichmäßig auf die Spindein 6 verteilt werden können.

An der Gitterkonstruktion 26 und/oder der Blechverkleidung 41 sind die Schienen 20 als Führungen 7 befestigt. An entsprechenden Flächen dieser Schienen stützen sich die Seitenführungsrollen 43 für in Umfangsrichtung wirkende Kräfte und dis Druckrollen 44 für radiale Kräfte ab.

Sind drei Spindelmuttertriebe 2 nicht ausreichend, um die Kräfte zu übert; jgen, so können die Spindelmuttertriebe 2 üb»;r die Dreiergruppen hinaus durch die Zusammenfassung mehrerer Dreiergruppen vervielfacht werden. Die F i g. 6,8,9 und 10 zeigen konstruktive Einzelheiten, wie das geschehen kann.

In der Fig. 6 ist als Beispiel die Zusammenfassung von zwei Gruppen vor, je drei Spindelmuttertrieben 2 gezeigt, wobei die eine Gruppe 21 an einem Mutternanschlußstück 18 und die andere 22 an einem

anderen 18' angeschlossen ist. An jedem Mutternansrhlußstück 18, 18' sind Profilträger 47 gelenkig angeschlossen, die den Stößel 16 bilden. Die Mutternanschlußstücke 18,18' sind vorzugsweise vertikal übereinander angeordnet. Sie können nach Fig. 7 dreieckig ausgebildet sein und je drei Spindelmuttertriebe 2 tragen. Die Winkelversetzung der Mutternanschlußstücke 18,18' sorgt für eine gleichmäßige Verteilung der Spindelmuttertriebe 2 auf dem Umfang. Die beiden Mutternanschlußstücke 18, 18' bleiben in Grenzen gegeneinander und die einzelnen Muttern 4 gegenüber diesen beweglich.

Die Fig.8 zeigt nun, wie ein Zuglager 12 bei Beibehaltung eines axialen Spieles X zwischen diesem und der Spindel 6 aussehen kann. Die Spindel 6 _:5 durchfaßt einen Spindelkopf 52, der mit den Rollen auf dem Lagerkörper 33 läuft. Mit einem Lagerzapfen 50 ist die Spindel 6 in einem Rollenlager 40 gelagert, das diesem ein axiales Spiel X ermöglicht. Ein Flansch 51 stützt sich auf dem Spindelkopf 52 ab. der seinerseits durch Dämpfungsglieder 14, die Tellerfedern sein können, unter Vorspannung auf die Lagerrollen 49 gedrückt wird. Die Tellerfedern 53 sollen beim Lastwechsel Dämpfungsglieder 14 bilden. Das Spiel X ist erforderlich, um die Übertragung von Druckkräften zu vermeiden, da diese von den sehr langen und dünnen Kugelspindeln nicht übertragen werden können.

Die Fig. 9 ergänzt nun die Anordnungen nach den F i g. 6 und 7. Die Profilträger 47 sind in dem Bereich der Mutternanschlußstücke 18,18' ineinander geführt und in Kugelgelenken 45 gelagert. Diese haben die gleiche Aufgabe, wie die einfachen Gelenke 46 (siehe F i g. 6).

Nach Fig. 10 sind zwei Gruppen zu je sechs Spindelmuttertrieben 2 über ein Brückenstück 54 zusammengefaßt und über die Anschlußöse 48 mit einer Last verbindbar. Vier Profilträger 47 bilden gemeinsam den Stößel 16 und sind mit ihren freien Enden 23 gelenkig an den Gelenkhebeln 24 und diese wiederum an dem Brückenstück 54 angeschlossen.

Bezugszahlenliste

1 Stellgerät

2 Spindelmuttertrieb

3 erstes Teleskopteil

4 Mutter

5 zweites Teleskopteii

6 Spindel

7 Führungen

30

35

40

8 Rollen, Gleitsteine od. dgl.

9 Kugelspindel

10 Kugelumlaufmutter

11 kardangelenkige Verbindungen

12 Zuglager

13 Antrieb

14 Dämpfungsglieder

15 inneres Teleskopteil

16 Stößel

17 Gelenkkugel

18,18' Muttemanschlußstück

19 äußeres Teleskopteil

20 Schienen .

21 eine Hälfte der Spindelmuttertriebe

22 andere Hälfte der Spindelmuttertriebe

23 freie Enden der Stößel

24 Gelenkhebel

25 Gelenk

26 Gitterkonstruktion

27 Gleis

28 Kranarm

29 Last

30 Ende des Mastes

31 Zapfen

32 Kugelpfanne

33 Lagerkörper

34 Kreuzgelenke 35,35' Schwenkachsen

36 Drehzapfen

37 Nadellager

38 Gabelstücke

39 Lagerzapfen

40 Rollenlager

41 Blechverkleidung

42 Abschlußblock

43 Seitenführungsrollen

44 Druckrollen

45 Kugelgelenke

46 einfache Gelenke

47 Profilträger

48 Anschlußöse

49 Rollen

50 Lagerzapfen

51 Flansch

52 Spindelkopf

53 Tellerfedern

54 Bruckenstück

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Stellgerät (1) als einbaufähige Baueinheit mit Spindeimuttertrieb (2), bei dem linear zueinander verschiebbare Teleskopteile vorgesehen sind und ein erstes Teleskopteil (3) mit der Mutter (4) sowie ein zweites (5) mit der Spindel (6) verbunden ist und Führungen (7) für Rollen, Gleitsteine oder dergleichen (8) vorgesehen sind, durch die die Mutter (4) geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere getrennte, jeweils aus Kugelspindel (9) und Kugelumlaufmutter (10) gebildete synchron angetriebene Spindelmuttertriebe (2) vorgesehen sind, deren Kugelumlaufmuttern (10) jeweils über kardangelenkige Verbindungen (11) untereinander und mit einem der Teleskopteile (3,5) und die Kugelspindeln (9) in Grenzen axialbeweglich beidendig über Zuglager (12) mit einem fest mit dem Antrieb (13) verbundenen Teleskopteil (3 oder 5) gekoppelt sind.

2. Stellgerät nach Anspruch 1, dadurch geksnn- _M zeichnet, ώ*3 zwischen der Kugelspindel (9) und mindestens einem Zuglager (12) Dämpfungsglieder (14) vorgesehen sind.

3. Stellgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Teleskopteil (15) als ₂s Stößel (16) ausgebildet und über eine Gelenkkugel

(17) mit einem Mutternanschlußstück (18) zug- und druckfest verbunden ist

4. Stellgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das fest mit _χ dem Antrieb (13) verbundene äußere Teleskopteil (19) Schienen (20) aufweist, in denen das Mutternanschlußstück (18) und/oder das innere Teleskopteil (14) bzw. div; Kugelumiaufmuuern (10) über Rollen, Gleitstücke oder dergleichen (8) allseitig über die gesamte Hublänge abgestützt sii. A

5. Stellgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß eine gerade Anzahl von Spindelmuttertrieben (2) vorgesehen ist, von der die eine Hälfte (21) in der einen und die andere Hälfte (22) in der anderen Richtung durch Reaktionskräfte (Pfeile Y) belastet sind, wobei für jede Hälfte ein getrenntes Mutternanschlußstück

(18) vorgesehen ist.

6. Stellgerät nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß die getrennten Mutternanschlußstücke (18) je mit getrennten, gemeinsam das innere Teleskopteil (15) bildenden Stößeln (16) verbunden sind, die ihrerseits mit ihren freien Enden (23) an einem gemeinsamen Gelenkhebel (24) angeschlos- so sen sind.