DD149973A1 - Vorrichtung zur kompensation von laengenaenderungen an spindelantrieben - Google Patents

Abstract

Die Vorrichtung zur Kompensation von unerwuenschten Laengenaenderungen an Spindelantrieben ist bei allen Geraeten und Maschinen anwendbar, bei denen unter unterschiedlichen Temperaturen eine Spindel einer Baugruppe eine exakt definierte Bewegung erteilt. Mit einem geringen Aufwand soll eine exakte Ausschaltung des Temperatureinflusses ueber die gesamte Spindellaenge proportional zum Abstand einer Mutter vom Festlager der Spindel erreicht werden. Dazu ist am Festlager ein Hebel schwenkbar angeordnet, der in Nullage parallel zur Spindel gerichtet ist und mit dem die Mutter ueber einen Mitnehmer gelenkig verbunden ist. Der Hebel wird entsprechend dem Temperatureinflusz durch einen Stoeszel geschwenkt, der in einem Kanal einer Ausdehnungskammer verschoben wird.

Description

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Tite-l; Vorrichtung .zur Kompensation von Längenänderungen an Spindelantrieben

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation von unerwünschten Längenänderuagen an Spindelantrieben, bei der eine Spindel mit einem Ende in einem Festlager und mit dem anderen Ende in einem Loslager gelagert ist und von einem Antriebsmittel in der Nähe des Festlagers angetrieben wird und bei der auf der Spindel eine Mutter drehbar angeordnet ist о Die Erfindung 1st in allen Geräten und Maschinen anwendbar, bei denen unter unterschiedlichen Temperaturen eine Spindel einer Baugruppe eine exakt definiert Bewegung erteilt.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Ss ist aus der DS 1010802 bekannt zwischen dem Maschinenständer und dem darauf verschiebbar gelagerten Spindelkopf einer Fräs-, Schleif- oder Bohrmaschine einen Dehnstab anzuordnen, der sich bei einer durch Wärmeeinwirkung verursachten Ausdehnung des Spindelkopfes um einen dieser Ausdehnung ent-

sprechenden Betrag verlängert und damit die durch die Ausdehnung des Spindelkopfes verursachte \^rerschiebung des Werkzeugangriffspunktes ausgleichen soll. Diese Anordnung ist nur zum Ausgleich derjenigen Temperaturen geeignet, die in den Getrieben und Lagern der Drehspindeln entstehen. Sie ist also sehr speziell und beispielsweise zum Ausgleich von äußeren Temperatureinflüssen auf die gesamte Spindellänge nicht anwendbar.

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¹In'der DE-AS 1627038 wird eine Längenkompensation beispielsweise für Drehmaschinen mit einer Antriebsspindel und einer Matter beschrieben. Dabei ist das Pestlager der Spindel mit dem Gehäuse über eine Kompensationshülse verbunden, die bei Temperaturänderungen die gesamte Spindel entgegen der Ausdehnung bzw„ Zusammenziehung der Spindel verschiebt* Damit wird die Proportionalität der temperaturbedingten Längenänderung der Spindel in Abhängigkeit vom Abstand zum Festlager nicht berücksichtigt.

Schließlich ist eine Temperaturkompensationseinrichtung mit einer Fehlermeßvorrichtung bekannt (DE-AS 2008813), die die Verschiebungen des Supports einer Bearbeitungsmaschine mit einem Meßkopf erfaßt und in entsprechende Signale umformt, welche temperaturkorrigierte Meßwerte darstellen. Es findet jedoch keine Rückkoppelung in Form einer Lageveränderung des Supports zum Zurückführen in. die Sollage statte

Ziel der Erfindung:

Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung zur Kompensation von temperaturbedingten Längenänderung an Spindelantrieben geschaffen werden, die mit geringem Aufwand eine exakte Ausschaltung des Temperatureinflusses über die gesamte Spindellänge ermöglichte

Darlegung des Wesens der Erfindung; Die Erfindung geht daher von der Aufgabe aus, eine Kompensationsvorrichtung zu schaffen, die es gestattet, Temperatureinflüsse auf Antriebsspindeln, die in einem Fest- und einem Loslager gelagert sind, in Abhängigkeit von der Entfernung einer Spindelmutter von Festlager automatisch und vollständig zu berücksichtigen. Die Spindelmutter wird dadurch automatisch, in eine Lage gebracht, in der sie ohne Temperatureinfluß sich befinden würde.

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Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß 'am Pestlager des Spindelantriebes ein zumindest über \ den Gewindeteil reichender Hebel schwenkbar angeordnet ist, daß die geometrischen Achsen von Spindel und Hebel bei nicht vorhandenem Temperatureinfluß in einer Ebene liegen, daß zwischen der Mutter und dem Hebel ein Mitnehmer angeordnet ist. der an der Mutter befestigt und an dem Hebel angelenkt ist und daß der Hebel vorzugsweise mit seinem dem Festlager entgegengesetzt liegenden Ende mit einem Stößel verbunden ist, der in einem Kanal einer mit einem temperaturabhängigen Ausdehnungsmedium gefüllten Kammer bewegbar angeordnet ist. Ausdehnungsmedium, Kammerquerschnitt, Kanalquerschnitt, Lage des Stößelangriffspunktes am'Hebel und Abstand des Hebels von der Spindel sind so aufeinander abstimmt, daß sie die thermisch bedingte Lageveränderung der ' Spindelmutter bezüglich des Festlagers der Spindel, die vom Ausdehnungskoeffizienten und der Gewindesteigung der Spindel und vom Abstand der Mutter vom Festlager abhängt, in jedem beliebigen Abstand der Mutter vom Festlager durch eine entsprechende Mutterverdrehung exakt kompensieren. Die Mutterverdrehung bewirkt eine Korrektur der Lage des mit der Mutter gelenkig verbundenen Trägers parallel zur Spindelachse <- Die Ausdehnungskammer besteht vorteilhaft aus zwei durch eine elastische Membran voneinander getrennten Teilkammern, von denen nur eine mit einem Kanal versehen ist« Das Ausdehnungsmedium, beispielsweise Silikonöl oder Quecksilber, befindet sich dabei in der Teilkammer ohne Kanal. Die Teilkammer mit Kanal ist mit einem Übertragungsmedium, vorzugsweise mit kleinen Stahlkugeln, versehen, das unmittelbar auf den Stößel einwirkt. Damit ein mit der Spindel verbundener Träger nur an der Longitudinalverstellung der Mutter, nicht aber an deren Rotation, teilnimmt, muß er mit der Mutter gelenkig verbunden uad gegen Verdrehungen gesichert sein.

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Anstatt den Stößel mit einem Ausdehnungsmedium in Verbindung zu 'bringen, kann er selbst, einseitig gerätefest eingespannt, das Ausdehnungsmedium sein. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform, ergibt sich durch Verwendung eines Temperatur- oder Längenmeßfühlers an der Spindel, der über einen. Regelkreis, einen Stellmotor und ein die Rotation des Motors in eine Linearbewegung umformendes Getriebe auf den Stößel einwirkt»

Ausführungsbeispiel:

Die Erfindung wird nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Kompensationsvorrichtung in

perspektivischer, teilweise geschnittener , Darstellung,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine Ausdehnungskammer, Fig. 3 eine Stößelanordnung für eine zweite Form

der Kompensationsvorrichtung und

Figo 4 eine dritte Ausführungsform der Kompensationseinrichtung im wesentlichen als Blockdiagramm.

Eine Spindel 1 ist mit einem Ende in einem Kugellager 2 gelagert. Das Kugellager 2 befindet sich in einer Bohrung 3 eines Lagerbocks 4 und ist zwischen einem Vorsprung 5 und einem Vorschraubgewinde.ring б axial in der Bohrung 3 des Lagerbocks 4 fixierte Ein Sicherungsring 7 bestimmt die axiale Lage des Kugellagers 2 in einer Richtung der Spindel 1, in der anderen Richtung liegt der Innenring 8 des Kugellagers 2 an einem nicht sichtbaren Bund der Spindel 1 an. Kugellager 2, Bohrung 3> Vorsprung 5> Vorschraubgewindering б bilden ein Festlager.

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Am gegenüberliegenden Ende der Spindel 1 bilden ein Kugellager 9 und eine Bohrung 10 in einem Lagerbock ein Loslager. In der Nähe des Pestlagers ist ein Antriebsmittel (Motor) 12 mit der Spindel 1 verbunden. Die Spindel 1 hat einen Gewindeteil 13_? auf dem eine Mutter 14 drehbar angeordnet ist. Die Mutter 14 wird von außen teilweise von einem zur Mutter 14 drehbar angeordneten Segment 19 umschlossen, das Teil eines im übrigen nicht dargestellten, gegen Verdrehungen gesicherten Trägers ist. Die Lagerböcke 4 und 11 ruhen auf einer Grundplatte 15. Am Lagerbock 4 ist ein mit einem Langloch 27 versehener Hebel 16 drehbar so angeordnet, daß die geometrischen Achsen von Hebel 16 und Spindel 1 in einer Ebene liegen, wenn sich der Hebel 16 in der Nullage befindet, in der kein Temperatureinfluß zu berücksichtigen ist. Es ist vorteilhaft, wenn sich der Drehpunkt des Hebels 16 am Lagerbock 4 in der Mitte des Festlagers befindet. Das Langloch 27 hat an der der Spindel 1 zugewendeten Seite des Hebels 16 eine kleinere Öffnung als an der der Spindel 1 abgewendeten Seite.

Der Hebel 16 reicht mindestens über den Gewindeteil der Spindel 1. Zwischen der Mutter 14 und dem Hebel ist ein Mitnehmer 17 angeordnet, der an der Mutter fest und am Hebel 16 gleitend angeordnet ist. Der Hebel ist an der dem Festlager entgegengesetzten Seite an einem Stößel 18 angelenkt. Der Stößel 18 ist bewegbar in einem Kanal 20 einer mit der Grundplatte 15 verschraubten temperaturabhängigen Ausdehnungskammer 21 angeordnet. Die Ausdehnungskammer 21 besteht aus zwei miteinander verschraubten Teilkammern 22, 23, die durch eine Membran voneinander getrennt sind. In der Teilkammer 22 befindet sich ein Ausdehnungsmedium 25, in der Teilkammer 23 ein Übertragungsmedium 26. Das Ausdehnungsmedium 25 wird aus

Quecksilber, das übertragungsmedium aus einer Vielzahl von kleinen Stahlkugeln gebildet.

Die Spindel 1 wird durch den Motor 12 in Drehung versetzt. Dadurch führt die MutterΊ4 eine geradlinige Bewegung parallel zur Spindel 1 aus₀ Der Mitnehmer 17 gleitet im Langloch 27 des Hebels 16. Die Mutter 14 kann keine Drehung um die Spindelachse 1 durchführen, wenn sich der Hebel 16 in der Nullage befindet, bei jeder Umdrehung der Spindel 1 bewegt sich die Mutter 14 um den Betrag der Steigung des Gewindes des Gewindeteils 13 der Spindel 1 in einer entsprechenden Richtung. Ändert sich die Umgebungstemperatur, kommt es zu einer Längenänderung der Spindel 1 о Da die Spindel 1 im Pestlager axial im Lagerbock 4 fixiert ist, kann sich die Längenänderung der Spindel 1 nur durch eine Verschiebung des gegenüberliegenden Spindelendes im Loslager ausgleichen. Durch die Längenänderungder Spindel 1 ändert sich die Steigung des Gewindes des Gewindeteils 13 in gleicher Weise. Dadurch entspricht die Verschiebuag der Mutter 14 nicht mehr dem Sollwert. Um die Abweichung der Bewegung der Mutter 14 in jeder Stellung entlang des Gewindeteils 13 der Spindel 1 zu korrigieren, wird eine Schwenkbewegung des Hebels 16 durch die Ausdehnungskammer 21 eingeleitet. Das Ausdehnungsmedium ändert mit der Temperatur sein Volumen. Die Membran 24, die die Teilkammer 22 hermetisch abschließt, um das Austreten . von Quecksilberdämpfen zu verhindern, überträgt die Volumenänderung des Ausdehnungsmediums 25 auf das Übertragungsmedium 26ν Das Übertragungsmedium 26, das aus einer Vielzahl kleiner Stahlkugeln besteht, überträgt die Volumenänderu.ig des Ausdehnungsmediums 25 auf den Stößel 18 im Kanal 20, der eine Verdrehung des Hebeis 16 einleitet. Bei einer Bewegung der Mutter 14 gleitet der Mitnehmer 17 nicht mehr auf einer Geraden in der Ebene, die die geometrische Achse der

Spindel 1 -enthalte Dadurch kommt es zu einer geringen Drehbewegung der Mutter 14 um die Achse der Spindel 1. Diese geringe Drehbewegung bewirkt'eine geringe Verlagerung der Mutter 14 'in Richtung der Spindel 1« Die geringe Drehbewegung ist abhängig von der Stelluog des Mitnehmers 17 entlang des Hebels 16 wird so bemessen, daß die Kompensation der Längenänderung der Spindel 1 durch Temperatureinwirkung in jeder Stellung der Mutter entlang der Spindel 1 erfolgt. Dazu ist erforderlich, daß das Volumen und der Ausdehnungskoeffizient des Ausdehnungsmediums 25j der Durchmesser des Stößels 18 und der Anlenkpunkt des Stößels 18 am Hebel 16 auf die Steigung und den Ausdehnungskoeffizienten der Spindel 1 abgestimmt sind«, Die durch den Mitnehmer eingeleitete Drehung und Verschiebung der Mutter 14 in Richtung der Spindel 1 ist gleich der Längenänderung der Spindel 1, die durch die Änderung der Umgebungstemperatur verursacht worden ist»

. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausfuhr ungsbeispie1 beschränkt. Beispielsweise kann der mit dem Langloch versehene Hebel 16 durch eine Gleitführung für ein Gleitstück ersetzt werden, an das ein in seiner Länge veränderbarer Mitnehmer angelenkt sein kann.

Ebenso ist es möglich, in Abhängigkeit von der Orientierung des Hebels 16 bezüglich der Schwerkraft Mittel vorzusehen, die den Hebel 16 in ständiger Berührung mit dem Stößel halten. Wenn die Dichtheit der Kammer 21 im Kanal 20 hinreichend ist, kann das Ausdehnungsmedium gleichzeitig das Übertragungsmedium, sein. Ebenso kann das Antriebsmittel der Spindel 1 außer dem Motor 12 ein Getriebe oder eine gelenkige Verbindung zwischen Motor und Spindel umfassen.

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In Fig. 3 ist ein aus* einem Reinmetall, Glas o. ä_o bestehender Stößel 28 auf einer Grundplatte 29'mit Hilfe eines Flansches 30 eingespannt. Die Einspannstelle ist durch.eine Schraube 31 fixiert.

In Fig. 4 ist eine Spindel 32 mit einem Ende in einem Loslager 33 gelagert, an dem ein Meßfühler 34 angeordnet ist. Dieser Meßfühler steht über einem Regelkreis einem Motor 36 und ein Getriebe 37 mit einem Stößel 38 in Verbindung, der seinerseits auf einen Hebel 39 einwirkt. Der Meßfühler 34 nimmt die temperaturabhängige Größe der Spindel 32 auf und leitet sie zum Regelkreis 35 weiter. Auf der Basis dieses Signals steuert der Regelkreis 35 den Motor 36 an, der das Getriebe 37 richtungsabhängig in Gang setzt, den Stößel 38 entsprechend bewegt und eine dement sprechende Hebelschwenkung einleitet. Im übrigen ist die Wirkungsweise wie zu Fig. 1 beschrieben*

Claims (2)

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   Erfindungsanspruch

   1* Vorrichtung zur Kompensation von' unerwünschten Längenänderungen an Spindelantrieben, bei der eine Spindel mit einem Ende in einem Pestlager und mit dem anderen Ende in einem Loslager gelagert ist und von einem Antriebsmittel in der Nähe des Pestlagers angetrieben wird und auf der Spindel eine Mutter drehbar angeordnet ist, gekennzeichnet dadurch, daß am Pestlager des Spindelantriebs ein Hebel schwenkbar angeordnet ist, daß die geometrischen Achsen von Spindel und Hebel bei Normaltemperatur in einer Ebene liegen, daß zwischen der Mutter und dem Hebel ein Mitnehmer vorgesehen ist, der mit der Mutter starr und mit dem Hebel gelenkig verbunden ist und daß der Hebel vorzugsweise mit seinem dem Pestlager entgegengesetzt liegenden Ende an ei-

   І5 nen Stößel angelenkt ist, 'der entsprechend einer vorzuneh-" menden temperaturbedingen Ausdehnungskorrektur der Spindel quer zum Hebel bewegt wird.
2. 2. Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der

   Stößel ein einseitig eingespannter Stab aus einen geeigneten Ю Material mit einen hohen linearen Ausdehnungskoeffizienten ist»

   Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Stößel in einem Kanal einer mit einen temperaturabhängigen Ausdehnungsmedium gefüllten Kammer bewegbar angeordnet ist«

   :5 ^ZU Vorrichtung nach Punkt 3» gekennzeichnet dadurch, daß die Kammer aus zwei Teilkammern besteht, die durch eine elastische Membran voneinander getrennt sind, von denen eine den Kanal aufweist, daß sich das Ausdehnungsmedium in der Teilkammer ohne Kanal befindet und daß sich in der Teilkammer mit Kanal ein Übertragimgsmedium befindet.

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   5· Vorrichtung- nach Punkt 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Aüsdehnungsmedium Quecksilber und das Übertragungsmedium. Stahlkugeln sind.

   Vorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß an der Spindel ein Meßfühler angeordnet ist, der über einen Regelkreis mit einem Stellmotor in Verbindung steht, der über ein Getriebe den Stößel bewegte

   Hierzu...^ Seiten Zeichnungen

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