DE3700693A1 - Kugelgewindetrieb - Google Patents

Description

Kugelgewindetrieb, bestehend aus einer Spindel mit schraubenlinienförmig umlaufender Nut und zwei auf der Spindel angeordneten und mit ihren Stirnflächen aneinander anliegenden und gegeneinander gespannten Mutterkörpern, deren Innenbohrungen ebenfalls mit schraubenlinienförmig umlaufenden Nuten versehen sind derart, daß sich die Nut in der Spindel und die Nuten in den Mutterkörpern zu einem Kugelumlaufkanal ergänzen, in dem teilweise Kugeln angeordnet sind, die durch Umlenkeinrichtungen rückgeführt werden.

Derartige Kugelgewindetriebe (auch: Kugelumlaufspindeln) sind bekannt. Die beiden Mutterkörper sind gegeneinander verspannt, um das Spiel der Kugeln, die in aller Regel an zwei Auflagepunkten im Kugelumlaufkanal aufliegen, zu begrenzen. Die Begrenzung des Spiels ist in CNC-Werkzeugmaschinen, bei denen durch Kugelgewindetriebe der Vorschub von Werkzeugen etc. gesteuert wird, besonders wichtig, um den Totgang bei Antriebsumkehr herabsetzen zu können.

Das Problem bei derartigen aus zwei gegeneinander verspannten Mutterkörpern gebildeten Kugelgewindetrieben besteht darin, die beiden Mutterkörper in der gewünschten Lage gegeneinander zu fixieren. Im allgemeinen geschieht dies dadurch, daß die aneinander anliegenden Stirnflächen der Mutterkörper mit in axialer Richtung verlaufenden Schlitzen oder Nuten versehen sind, in die Paßfedern oder Einlegeteile eingesetzt werden. Voraussetzung dafür ist aber, daß diese Nuten miteinander fluchten. Da aber die Drehstellung der beiden Mutterkörper zueinander von ihrer gewünschten Verspannung zueinander, die von Anwendungsfall zu Anwendungsfall verschieden sein kann, abhängt, und weil ferner die Schlitze bzw. Nuten von vorn herein in den Mutterkörpern vorgesehen werden müssen (vor dem Härten), ist es erforderlich, zwischen die beiden Mutterkörper eine Paßscheibe einzubringen, deren Dicke genau so abgestimmt sein muß, daß in der endgültigen gewünschten Spannung die Schlitze in den Mutterkörpern fluchten, so daß eine Paßfeder oder ein Einlegeteil eingetrieben werden kann.

Diese umständliche Art der gegenseitigen Fixierung von zwei Spindel Mutterkörpern an einem Kugelgewindetrieb setzt mehrfaches Probieren voraus; man startet mit gewissen Erfahrungswerten, spannt dann die Mutterkörper mit dem Paßstück auf das gewünschte Maß, stellt fest, wie stark dann noch die miteinander zum Fluchten zu bringenden Schlitze in den Mutterkörpern gegeneinander versetzt sind, rechnet dies auf eine bestimmte axiale Dicke der Paßscheibe um, verändert dann durch Abschleifen die Dicke der Paßscheibe, spannt erneut ein, mißt erneut, probiert erneut, usw., solange bis die gewünschte Position erreicht ist. Dieses Verfahren ist außerordentlich zeitraubend.

Demgemäß ist es Aufgabe vorliegender Erfindung, einen Kugelgewindetrieb der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß eine besonders einfache und für verschiedene Winkelstellung der Mutterkörper zueinander geeignete Fixierung derselben gegeben ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in den beiden aneinander anliegenden Stirnflächen der Mutterkörper Ringnuten angeordnet sind, daß ferner die Ringnuten eine Vielzahl Einschnitte oder Ausbuchtungen aufweisen, die in Umfangsrichtung der Ringnuten Druckflächen darstellen und der durch die Ringnuten und die Vielzahl der Einschnitte oder Ausbuchtungen sich ergebende Hohlraum zur formschlüssigen Fixierung der Mutterkörper zueinander durch einen Verriegelungskörper aus Vergußmasse gefüllt ist, der in den Einschnitten oder Ausbuchtungen Verankerungsteile bildet.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Einschnitte oder Ausbuchtungen in den Ringnuten durch sich in axialer Richtung erstreckende Bohrungen gebildet werden. Die Einschnitte können auch durch eine Riffelung oder sägezahnartige Ausbildung der Grund- oder Seitenflächen der Ringnuten gebildet werden.

Bei der dargestellten Ausbildung der beiden Mutterkörper an ihren aneinander anliegenden Stirnseiten ergibt sich ein zusammenhängender außen abgeschlossener Hohlraum mit Teilen in jedem der Mutterkörper, der durch Verpressen mit einer Vergußmasse, die aushärtet, gefüllt wird. Es entsteht dabei ein Verriegelungskörper, der formschlüssig in beiden Mutterkörpern verankert ist. Dies ist bei den verschiedensten relativen Winkelstellungen beider Mutterkörper zueinander möglich, da die Verankerungshohlräume bzw. die sich dabei am Verriegelungskörper ergebenden Verankerungsteile keine bestimmte Ausrichtung zueinander haben müssen, da das Vergießen erst nach der Verspannung der Mutterkörper zueinander erfolgt. Der Verriegelungskörper ist dadurch, daß er durch Vergießen eines geschlossenen Hohlraumes entsteht, korrosionsgeschützt. Es können auch von außen her keine Beschädigungen auftreten. Die Formschlußverbindung wird dadurch stabil, daß kein Teil des Verriegelungskörpers nach außen entweichen kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es stellen dar:

Fig. 1 ein Kugelgewindetrieb nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 die Auflage einer Kugel 7 bei einem Kugelgewindetrieb nach Fig. 1;

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel;

Fig. 4 die Einzelheit IV in Fig. 3;

Fig. 5 die Ansicht des Mutterkörpers 40 in Richtung der Pfeile V-V und

Fig. 6 der durch Ausfüllung der Ringnuten 33, 43 und der Bohrungen 34, 44 (Fig. 4) mit Vergußmasse entstehende Verriegelungskörper 50.

Fig. 1 zeigt einen Kugelgewindetrieb nach dem Stande der Technik. Er wird gebildet durch eine Spindel 1 mit einer schraubenlinienförmig verlaufenden Nut 2, auf der ein mit einem Flansch 4 versehener Mutterkörper 3 angeordnet ist, der, mit gleicher Steigung wie die Nut 2, innen ebenfalls mit einer schraubenlinienförmig umlaufenden Nut 5 versehen ist. Die Nuten 2 und 5 ergänzen sich zu einem im Querschnitt kreisförmigen Kugelumlaufkanal 6. In einem Teil dieses Kanals, der einem vollen Umlauf des Kugelumlaufkanals 6 entspricht, sind Kugeln 7 angeordnet. Sie werden jeweils an einer Stelle entlang dieses Umlaufs durch ein Umlenkstück 8 wieder an den Ausgangspunkt in dem Kugelumlaufkanal 6 zurückgeführt. In Fig. 1 sind zwei Umlenkstücke 8 eingezeichnet, jedoch in verschiedener Ansicht. Es ist ersichtlich, daß die Kugeln in axialer Richtung und die axiale Länge eines Umlaufs des Kanals wieder um eine Steigung zurückgeführt und gleichzeitig über den Hügel zwischen zwei angrenzenden Umläufen der Nut 2 hinübergehoben werden. Andere Umlenkeinrichtungen, z.B. über eine Bohrung im Mutterkörper (vgl. US-PS 28 44 044) sind ebenfalls möglich.

Eine Kugel 7 sitzt in einem Kugelumlaufkanal 6 derart, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Es ergibt sich eine 2-Punkt-Auflage.

Um einen spielfreien Lauf, wie er für CNC-Werkzeugmaschinen erforderlich ist, zu gewährleisten, müssen Spindel und Mutterkörper, wie durch die Pfeile 9 und 9′ angedeutet, gegeneinander verspannt sein. Dies erreicht man, wenn man, wie in Fig. 3 gezeigt, zwei Mutterkörper 30 und 40 auf einer Spindel 54 mit Nut 55 anordnet und gegeneinander spannt. Der Mutterkörper 30 weist eine Nut 35, der Mutterkörper 40 eine Nut 45 auf. Dann entsteht in einem Kugelumlaufkanal 6 zwischen dem einen Mutterkörper und der Spindel das Bild nach Fig. 2. In dem anderen Kugelumlaufkanal zwischen dem anderen Mutterkörper und der Spindel 1 sind Mutterkörper und Spindel in entgegengesetzter Richtung verspannt. Von der Spannung beider Mutterkörper auf der Spindel 1 gegeneinander hängt das Spiel bei Bewegungsumkehr (Totgang) ab. Man kann also damit das Spiel des Laufs der Mutterkörper auf der Spindel einstellen, wobei selbstverständlich in Kauf genommen werden muß, daß mit zunehmender Spannung der beiden Mutterkörper gegeneinander auch das Antriebsdrehmoment größer wird, das erforderlich ist, um die Spindel relativ zu den beiden gegeneinander verspannten Mutterkörpern 30, 40 zu verdrehen.

Zur Vervollständigung der Darlegung sei noch ergänzt, daß derartige Kugelumlauftriebe für Schlittenführungen in CNC-Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, wobei ein Werkzeugschlitten od. dgl. mit dem Flansch 4 (Fig. 1 bzw. Fig. 3) verbunden ist, während die Spindeln 1 bzw. 54 von einem Motor drehangetrieben werden.

Wie eingangs ausgeführt, besteht die Notwendigkeit, die beiden Mutterkörper 30 und 40 in der Position, in der sie im gewünschten Maß gegeneinander verspannt sind, derart festzulegen, daß ein Lösen nicht mehr möglich ist. Diese Position entsprechend einer ganz bestimmten Drehlage beider Mutterkörper 30 und 40 zueinander. Diese soll fixiert werden.

Dazu ist folgendes vorgesehen:

In den beiden Stirnflächen 32 und 42 der Mutterkörper 30 und 40 befinden sich jeweils auf der Innenseite, wie aus Fig. 4 zu ersehen, umlaufende Ringnuten 33 bzw. 43. Von jeder dieser Ringnuten gehen in axialer Richtung eine Vielzahl von axialen Bohrungen 34 bzw. 44 aus. Entlang des Umfangs ist jede dieser Ringnuten 33 bzw. 43 mit mindestens zwei einander diametral gegenüber liegenden Einspritzöffnungen 15 bzw. 25 versehen, die zu den Ringnuten hin einen Kanal bilden.

Befinden sich die beiden Mutterkörper 30, 40 in der Position zueinander, in der sie fixiert werden sollen, dann wird der zusammenhängende Hohlraum, der teilweise durch die Ringnut 33, teilweise durch die Ringnut 43, sowie durch die Bohrungen 34 und 44 gebildet wird, durch Vergußmasse ausgefüllt. Das Einfüllen bzw. Einpressen oder Vergießen erfolgt durch die Einspritzöffnungen 15, 25. Die Vergußmasse härtet aus. Es entsteht ein aus Vergußmasse gebildeter Verriegelungskörper 50, wie er in Fig. 6 dargestellt ist. Er besteht im wesentlichen aus einem Ring 51 (entsprechend den beiden miteinander fluchtenden Ringnuten 33, 43) und einer Vielzahl von ersten Verankerungsfingern 52, die durch das Eindringen der Vergußmasse in die Bohrungen des einen Mutterkörpers entstehen, sowie ferner durch eine Vielzahl ebenfalls axial gerichteter weiterer Verankerungsfinger 53, die durch das Eindringen der Vergußmasse in die axialen Bohrungen des anderen Mutterkörpers entstehen. Der ausgehärtete Verriegelungskörper greift also mit den Verankerungsfingern formschlüssig in die Mutterkörper ein. Er klebt also nicht nur an ihnen, sondern bildet praktisch in seiner Substanz eine Verriegelung, wobei die Lage der Verankerungsfinger 52 (auf der einen Seite des Verriegelungskörpers 50) zu den Verankerungsfingern 53 (auf der anderen Seite des Verriegelungskörpers) durch die Drehposition der beiden Mutterkörper in der endgültigen und gewünschten Lage zueinander bestimmt ist. Der Verriegelungskörper entsteht erst durch das Vergießen im endgültigen Zustand, so daß nicht von vorn herein eine ganz bestimmte Stellung der Mutterkörper zueinander gegeben sein muß. Dies vereinfacht die Herstellung einer solchen Verriegelung im Vergleich zu den bekannten Verfahren ganz außerordentlich.

Die Einschnitte oder Ausbuchtungen, die im Ausführungsbeispiel durch die Bohrungen 34 und 44 gebildet werden, können auch andere Form haben. Wichtig ist, daß Verankerungsteile des Verriegelungskörpers entstehen, die in Umfangsrichtung der Ringnuten an zugeordneten Druckflächen in den Mutterkörpern formschlüssig anliegen.

In Fig. 3 sind ferner noch Öffnungen 60 eingezeichnet, die zum Einsetzen der Umlenkstücke 8 dienen.

Claims (3)

1. Kugelgewindetrieb, bestehend aus einer Spindel (54) mit schraubenlinienförmig umlaufender Nut (55) und zwei auf der Spindel angeordneten und mit ihren Stirnflächen (32′, 42′) aneinander anliegenden und gegeneinander gespannten Mutterkörpern (30, 40), deren Innenbohrungen ebenfalls mit schraubenlinienförmig umlaufenden Nuten (35, 45) versehen sind derart, daß sich die Nut (55) in der Spindel (50) und die Nuten (35, 45) in den Mutterkörpern (30, 40) zu einem Kugelumlaufkanal (6) ergänzen, in dem teilweise Kugeln (7) angeordnet sind, die durch Umlenkeinrichtungen (8) rückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in den beiden aneinander anliegenden Stirnflächen (32, 42) der Mutterkörper (30, 40) Ringnuten (33, 43) angeordnet sind, daß ferner die Ringnuten eine Vielzahl Einschnitte oder Ausbuchtungen (34, 44) aufweisen, die in Umfangsrichtung der Ringnuten Druckflächen darstellen, und der durch die Ringnuten (33, 43) und die Vielzahl der Einschnitte oder Ausbuchtungen (34, 44) sich ergebende nach außen abgeschlossene Hohlraum zur formschlüssigen Fixierung der Mutterkörper (30, 40) zueinander durch einen Verriegelungskörper (50) aus Vergußmasse gefüllt ist, der in den Einschnitten oder Ausbuchtungen Verankerungsteile (52, 53) bildet.

2. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte oder Ausbuchtungen in den Ringnuten (33, 43) durch sich in axialer Richtung erstreckende Bohrungen (34, 44) gebildet werden.

3. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte durch eine Riffelung oder sägezahnartige Ausbildung der Grund- oder Seitenflächen der Ringnuten (33, 43) gebildet werden.