Kupplungs-Vorrichtung an konzentrischen Maschinenelementen Die Erfindung bezieht sich auf eine Kupplungs-Vor- richtung an konzentrischen Maschinenelementen, die relativ zueinander axial verschiebbar sind, und bei denen eine Drehbewegung des einen Elementes mittels Kugeln auf das andere Element zu übertragen ist, wobei die Kugeln in axial gegenüberliegenden, in der Aussen fläche des einen Elements bzw. in der Innenfläche des anderen Elements vorgesehenen Rillen angeordnet sind. Die Vorrichtung ist zur Verwendung an Gewindesehneid- apparaten geeignet.
Bei vielen mechanischen Konstruktionen, vorzugs weise bei gewissen Gewindeschneideinrichtungen, ist es üblich, ein treibendes Element zu verwenden, welches für den Anschluss an einen rotierenden Teil eines Motors dient, sowie ein durch das treibende Element angetriebenes Element, das ein Werkzeug, z. B. ein Ge windeschneidewerkzeug trägt. Zwecks übertragung der Drehbewegung vom treibenden auf das treibende Ele ment verwendet man beispielsweise Kugeln, die in einander paarweise gegenüberliegenden, in einander ge genüberstehenden, zylindrischen Flächen des treibenden und des angetriebenen Elements vorgesehenen Rillen angeordnet sind.
Diese Kugeln ermöglichen dabei eine axiale Bewegung der Elemente im Verhältnis zueinan der, verhindern aber eine Drehbewegung der Elemente relativ zueinander.
Bei diesen bekannten Konstruktionen hat es sich als schwierig erwiesen, die Bewegung der Kugeln im Ver hältnis zu den gegenseitigen Axiallagen der Elemente zu synchronisieren. In einigen Fällen, z. B. bei der Vor richtung gemäss einer schwedischen Patentschrift, wird eine Kugel in einem Kugelkäfig angeordnet, der zwi schen den einander gegenüberstehenden, zylindrischen Flächen des treibenden und des angetriebenen Elements gelagert ist. Diese Methode weist aber den Nachteil auf, dass der Abstand zwischen den zylindrischen Flächen des treibenden und des angetriebenen Elements verhält- nismässig gross wird.
Aus diesem Grunde werden die im äusseren Element auftretenden Radialkräfte grösser, als wünschenswert ist. Bei einer solchen Konstruktion liegt also die Gefahr vor, dass Rissbildung im äusseren Ele ment vorkommen kann. Gleichzeitig neigen die momentübertragenden Kugeln zum Platzen. In diesem Fall erfolgt die Führung des treibenden und des ange triebenen Elements nicht durch die momentübertragen den Kugeln, sondern mittels anderer, kleiner Kugeln, die in demselben Kugelkäfig wie die momentübertragenden Kugeln angeordnet sind.
Bei einer anderen Methode zum Synchronisieren der momentübertragenden Kugeln sind die einander zuge wandten, offenen Rillen für die momentübertragenden Kugeln mit einer so geringen Toleranz ausgeführt, dass die Kugeln während ihres Rollens in den Rillen in ihren gegenseitigen Positionen festgeklemmt werden. Derart knappe Toleranzen sind -aber schwer zu erreichen, und die Herstellungskosten werden deswegen bei dieser Methode hoch. Es sind jedoch keine besonderen Füh rungseinrichtungen zum Steuern der Teile relativ zuein ander notwendig, da sie durch die momentübertragenen Kugeln gesteuert werden.
Die Synchronisierung der Kugeln im Verhältnis zu den gegenseitigen Axialpositionen des treibenden und des angetriebenen Elements ist besonders wichtig, da sonst die Kugeln bis zum unteren Ende der Rillen hin unterrollen oder -gleiten, und die rollende Reibung durch gleitende Reibung ersetzt wird.
Das Hauptmerkmal der Erfindung besteht darin, dass die Positionen der Kugeln in den axialen Rillen im Verhältnis zu den gegenseitigen Axialpositionen der Elemente durch mindestens ein biegsames Steuer be stimmt sind, das vom einen Ende der Rillen in einem Element zwischen dem Rillenboden und den Kugeln, um die am weitesten vom Befestigungspunkt des Steueror gans am ersten Element entfernte Kugel herum und zu einem Befestigungspunkt am anderen Element verläuft.
Bei einer Vorrichtung mit Elementen, die um eine senkrechte Achse drehbar sind, kann ein Steuerorgan, z. B. ein Band am oberen Rillenende des einen Elements befestigt, sich unter der Kugel oder den Kugeln erstrek- ken, und am anderen Element befestigt sein. Eine Vor- richtung mit Elementen, die um eine waagerechte Achse drehbar sind, lässt sich so ausbilden, dass zwei Steueror gane an je einem Rillenende des einen Elements befe stigt, um die Kugeln herum verlaufen, und am anderen Element befestigt sind.
Wenn die Synchronisierung der Kugeln durch ein Band erfolgt, kann letzteres am besten aus einem ver- hältnismässig dünnen und leicht biegsamen Material, z. B. dünnen Bandstahl, ausgeführt sein. Die Enden des Bands können winklig von seinem Rand herausragende Befestigungszungen besitzen, die zwecks Montage des Bands von den Enden der Rille in gefräste Nuten im betreffenden Element eingeführt und dort festgeklemmt sind.
Da die Kugeln am besten nicht direkt auf den Steu erorganen rollen sollen, können diese in Aussparungen der genannten axialen Rillen der Elemente liegen. Bei Verwendung mehrerer Steuerorgane ist es vorteilhaft, wenn diese in Ebenen gelegt werden, die durch die ge meinsame Achse der Kugeln verlaufen und einen Win kel miteinander bilden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 einen Gewindeschneidapparat teilweise im Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1,
Fig. 4 ein beim Gewindeschneidapparat für die Syn- chronisierung verwendetes, dünnes Stahlband, Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine Reihe von Kugeln bei Elementen, die um eine waagerechte Achse drehbar sind, und Fig. 6 eine Endansicht der in Fig. 5 dargestellten Rillen mit Kugeln.
Mit 1 ist in der Zeichnung ein Dorn zum Aufspan nen in einer Maschinenspindel, z. B. in einer Bohrma schine, bezeichnet. Dieser Dorn weist eine Rille 2 für einen Haltering 3, eine zylindrische Führungsfläche 4, und ein mit Gewinde versehenes Ende 5 auf. Am Ende 5 ist ein Übertragungsteil 6 festgeschraubt, der teils mit einer zylindrischen Partie 7, teils mit einem nach aussen gerichteten Flansch 8 versehen ist. Im Flansch 8 ist eine Anzahl Löcher 9 auf einem zu der Achse des Teils 6 konzentrischen Kreis angeordnet. In den Löchern 9 sind Kugeln 10 angebracht.
Auf der zylindrischen Führungs- fläche 7 ist das treibende Element 11 drehbar ange bracht. Dieses ist an der Aussenseite mit Gewinde 12 versehen, auf welchem eine Hülse 13 festgeschraubt ist. Die Hülse 13 weist einen Boden 14 auf, zwischen wel chem und einem gegen den Flansch 8 anpressbaren Ring Federn 15 und 16 angebracht sind. Die Federn bestehen aus einer inneren Partie von sogenannten Scheibenfedern 15 und einer äusseren, zylindrischen Schraubenfeder 16.
Das den Kugeln 10 zugewandte Ende des Treibenden Elements 11 ist mit radialen Aus sparungen 17 versehen, in welche die Kugeln 10 von den Federn 15 und 16 über eine Scheibe 18 hinunterge- drückt werden. Auf das andere Ende des treibenden Elements 11 ist eine Aussenhülse 45 aufgeschoben, im Verhältnis zu welcher ein Sperring 19 nicht drehbar, aber axial verschiebbar ist. Der Sperring 19 weist Sperr zähne 20 auf, die durch eine Federkraft 21 in einen ent sprechenden Einschnitt 22 im Unterende der Hülse 13 eingedrückt werden können.
Durch ein Verschieben des Sperrings 19 nach unten in der Figur werden die Sperrzähne 20 aus dem Eingriff mit den Einschnitten 22 gelöst und die Hülse 13 lässt sich dann zur Einstellung des auf den Kugeln 10 aus geübten Druckes nach unten oder nach oben schrauben. Dadurch können die federbetätigten Kugeln 10 als ein. Überlastungsschutz dienen, indem sie bei Überlastung des treibenden Elements 11 gelöst werden.
Das treibende Element 11 ist an der Innenseite mit am besten drei axialen Rillen 23 versehen. Innerhalb des treibenden Elements 11 ist das angetriebene Ele ment 24 angebracht. Dieses ist an der Aussenseite mit axialen Rillen 25 entsprechend den Rillen 23 des trei benden Elements 11 versehen. In diesen Rillenpaaren 23, 25 sind momentübertragende Kugeln 26 angebracht. Zwischen dem mit Gewinde versehenen Ende 5 des Dorns 1 und dem angetriebenen Element 24 befindet sich eine Feder 27. Im unteren Teil des treibenden Ele ments 11 ist eine Festspannhülse 28 zum Einspannen von Gewindebohrern o. dgl. festgetrieben.
Diese Ein spannhülse 28 ist in einer nach innen gerichteten Füh rung 29 an der Hülse 45 geführt.
Die Kugeln 26 sind im Verhältnis zu den gegenseiti gen Axialpositionen des treibenden Elements 11 und des angetriebenen Elements 24 mittels eines Stahlbands 30 für jede Kugelreihe synchronisiert. Das Stahlband 30- ist in Fig. 4 deutlicher gezeigt, woraus hervorgeht, dass es eine längsverlaufende Partie besitzt und an seinen Enden mit von den Kanten herausragenden Befesti gungszungen 31 ausgebildet ist.
Ein Ende des Stahlbands 30 ist am oberen Ende des angetriebenen Elements 24 auf solche Weise befestigt, dass an dieser Stelle eine axial gerichtete Nute 32 eingefräst und innerhalb dersel ben eine zylindrische Aussparung 33 ausgedreht ist. Das Ende des Stahlbands wird mittels eines Halterings 34 gegen die Innenseite der Aussparung 33 festgeklemmt. Das andere Ende des Stahlbands ist in entsprechender Weise am unteren Ende des treibenden Elements 11 durch einen an dieser Stelle festgetriebenen Haltering 35 befestigt.
Ein jedes der Bänder 30 ist in einer axialen Nute am Boden der Rillen 23, 25 versenkt, da die Bänder vor zugsweise nicht die ganze Zeit dem Rollen der Kugeln ausgesetzt sein sollen.
Aus Fig. 1 ersieht man, dass das angetriebene Ele ment 24 axial verschiebbar im Verhältnis zum treiben den Element 11 ist, und dass eine gegenseitige Drehung der Teile während dieser axialen Verschiebung durch die Kugeln 26 verhindert wird. Die Kugeln 26 ruhen auf dem Stahlband 30 und nehmen deswegen an den Auf- und Abwärtsbewegungen des angetriebenen Elements 24 teil, wobei sie eine Position in der Rille haben, die den gegenseitigen Axialpositionen der Elemente ent spricht.
Wie bereits erwähnt, ist die Vorrichtung auch bei Elementen anwendbar, die um eine waagrechte Achse drehbar sind. Ein Teilschnitt durch eine solche Vorrich tung ist in Fig. 5 gezeigt. Hier sind das treibende Ele ment 36 und das angetriebene Element 37 axial beweg bar in waagerechter Richtung im Verhältnis zueinander und die in Rillen zwischen denselben angebrachten Kugeln 38 mittels zweier Stahlbänder 39 und 40 im Verhältnis zu den. Axialpositionen der Elemente 36 und 37 synchronisiert.
Das Stahlband 39 ist mittels eines Halterings 41 am einen Ende des treibenden Elements 36 und mittels eines Kegelstifts 42 am angetriebenen Element 37 befestigt. Das andere Stahlband 40 ist in entsprechender Weise durch einen Haltering 43 und einen Kegelstift 44 befestigt.
Dadurch, dass die Kugeln in Fig. 5 zwischen zwei Stahlbändern 39 und 40 gelegen sind, werden ihre Posi tionen immer im Verhältnis zu den gegenseitigen Axial positionen der Elemente 36 und 37 synchronisiert. Die Stahlbänder 39 und 40 können jedoch nicht in derselben Ebene liegen, sondern sollen, wie aus Fig. 6 ersichtlich, in Ebenen gelegen sein, die durch die gemeinsame Achse :der Kugeln und. winklig zueinander erstrecken. Die Bänder werden einander dabei, relativ gesehen, kreuzen, vom einen Ende der Kugelreihe aus gesehen.
Vorstehend wurde immer Stahlband erwähnt. Die Bänder müssen jedoch nicht unbedingt aus Stahl beste hen, sondern können aus irgendeinem anderen Material hergestellt werden, z. B. Phosphorbronze oder einem anderen dünnen, biegsamen und starken Material. Es brauchen auch nicht unbedingt Bänder zu sein, sondern Drähte können ebenso verwendet werden.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die vorstehend beschriebenen und in der beigefügten Zeich nung dargestellten Ausführungsformen beschränkt, son dern lässt sich in verschiedener Weise abändern, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.
Coupling device on concentric machine elements The invention relates to a coupling device on concentric machine elements which are axially displaceable relative to one another and in which a rotary movement of one element is transmitted to the other element by means of balls, the balls in axially opposite, in the outer surface of one element or in the inner surface of the other element provided grooves are arranged. The device is suitable for use on thread cutting machines.
In many mechanical constructions, preferably as with certain thread cutting devices, it is common to use a driving element which is used for connection to a rotating part of a motor, as well as an element driven by the driving element, which is a tool, e.g. B. carries a Ge thread cutting tool. For the purpose of transferring the rotary motion from the driving to the driving element, balls are used, for example, which are arranged in opposing pairs in opposite cylindrical surfaces of the driving and the driven element provided grooves.
These balls allow the elements to move axially in relation to one another, but prevent the elements from rotating relative to one another.
In these known constructions, it has proven difficult to synchronize the movement of the balls in relation to the mutual axial positions of the elements. In some cases, e.g. B. in front of the device according to a Swedish patent, a ball is arranged in a ball cage which is mounted between tween the opposing, cylindrical surfaces of the driving and the driven element. However, this method has the disadvantage that the distance between the cylindrical surfaces of the driving and the driven element becomes relatively large.
For this reason, the radial forces occurring in the outer element are greater than is desirable. With such a construction there is therefore the risk that cracks can form in the outer element. At the same time, the moment-transmitting balls tend to burst. In this case, the driving and the driven element is not guided by the torque-transmitting balls, but by means of other, small balls that are arranged in the same ball cage as the torque-transmitting balls.
In another method of synchronizing the torque-transmitting balls, the facing open grooves for the torque-transmitting balls are designed with such a small tolerance that the balls are clamped in their mutual positions while they are rolling in the grooves. Such tight tolerances are difficult to achieve, and the manufacturing costs are therefore high with this method. However, there are no special guiding devices for controlling the parts relative to each other necessary because they are controlled by the torque-transmitted balls.
The synchronization of the balls in relation to the mutual axial positions of the driving and driven elements is particularly important, since otherwise the balls roll or slide under to the lower end of the grooves and the rolling friction is replaced by sliding friction.
The main feature of the invention is that the positions of the balls in the axial grooves in relation to the mutual axial positions of the elements are determined by at least one flexible control from one end of the grooves in an element between the groove bottom and the balls the ball which is furthest from the attachment point of the control element on the first element and extends to an attachment point on the other element.
In a device with elements which are rotatable about a vertical axis, a control member, for. B. a band attached to the upper end of the groove of one element, extending under the ball or balls, and attached to the other element. A device with elements that are rotatable about a horizontal axis can be designed in such a way that two control organs are attached to a groove end of one element, run around the balls, and are attached to the other element.
If the balls are synchronized by a band, the latter can best be made of a relatively thin and easily flexible material, e.g. B. thin strip steel. The ends of the band can have fastening tongues protruding at an angle from its edge, which, for the purpose of mounting the band, are inserted from the ends of the groove into milled grooves in the element concerned and are clamped there.
Since it is best not to roll the balls directly on the STEUs, they can lie in recesses in the said axial grooves of the elements. When using several control organs, it is advantageous if they are placed in levels that run through the common axis of the balls and form an angle with each other.
An embodiment of the invention is shown in the drawing. 1 shows a thread-cutting apparatus partially in longitudinal section, FIG. 2 shows a section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows a section along the line III-III in FIG. 1,
4 shows a thin steel strip used in the thread-cutting apparatus for synchronization, FIG. 5 shows a partial section through a row of balls in elements which are rotatable about a horizontal axis, and FIG. 6 shows an end view of the grooves shown in FIG with balls.
With 1 is in the drawing a mandrel for Aufspan NEN in a machine spindle, for. B. in a Bohrma machine referred to. This mandrel has a groove 2 for a retaining ring 3, a cylindrical guide surface 4, and an end 5 provided with a thread. At the end 5 a transmission part 6 is screwed, which is partly provided with a cylindrical part 7, partly with an outwardly directed flange 8. In the flange 8 a number of holes 9 are arranged on a circle concentric to the axis of the part 6. Balls 10 are fitted in the holes 9.
The driving element 11 is rotatably mounted on the cylindrical guide surface 7. This is provided on the outside with thread 12, on which a sleeve 13 is screwed. The sleeve 13 has a bottom 14, between wel chem and a ring pressable against the flange 8 springs 15 and 16 are attached. The springs consist of an inner section of so-called disc springs 15 and an outer, cylindrical helical spring 16.
The end of the driving element 11 facing the balls 10 is provided with radial recesses 17 into which the balls 10 are pressed down by the springs 15 and 16 via a washer 18. An outer sleeve 45 is pushed onto the other end of the driving element 11, in relation to which a locking ring 19 cannot be rotated, but is axially displaceable. The locking ring 19 has locking teeth 20 which can be pressed into a corresponding incision 22 in the lower end of the sleeve 13 by a spring force 21.
By shifting the locking ring 19 downwards in the figure, the locking teeth 20 are released from engagement with the incisions 22 and the sleeve 13 can then be screwed down or up to adjust the pressure exerted on the balls 10. This allows the spring-operated balls 10 as a. Overload protection is used by being released when the driving element 11 is overloaded.
The driving element 11 is preferably provided with three axial grooves 23 on the inside. Within the driving element 11, the driven element 24 is attached. This is provided on the outside with axial grooves 25 corresponding to the grooves 23 of the driving element 11. In these groove pairs 23, 25 torque-transmitting balls 26 are attached. Between the threaded end 5 of the mandrel 1 and the driven element 24 there is a spring 27. In the lower part of the driving element 11, a clamping sleeve 28 for clamping taps or the like is driven.
A clamping sleeve 28 is guided in an inwardly directed Füh tion 29 on the sleeve 45.
The balls 26 are synchronized with respect to the axial positions of the driving element 11 and the driven element 24 by means of a steel belt 30 for each row of balls. The steel band 30- is shown more clearly in Fig. 4, from which it can be seen that it has a longitudinal part and is formed at its ends with fastening tongues 31 protruding from the edges.
One end of the steel band 30 is attached to the upper end of the driven element 24 in such a way that an axially directed groove 32 is milled in at this point and a cylindrical recess 33 is turned inside the same. The end of the steel band is clamped against the inside of the recess 33 by means of a retaining ring 34. The other end of the steel band is fastened in a corresponding manner to the lower end of the driving element 11 by means of a retaining ring 35 which is firmly driven at this point.
Each of the bands 30 is sunk in an axial groove at the bottom of the grooves 23, 25, since the bands should not be exposed to the rolling of the balls all the time.
From Fig. 1 it can be seen that the driven element 24 is axially displaceable in relation to the driving element 11, and that a mutual rotation of the parts is prevented by the balls 26 during this axial displacement. The balls 26 rest on the steel belt 30 and therefore take part in the upward and downward movements of the driven element 24, where they have a position in the groove which corresponds to the mutual axial positions of the elements.
As already mentioned, the device can also be used with elements that can be rotated about a horizontal axis. A partial section through such a device is shown in FIG. Here are the driving ele ment 36 and the driven element 37 axially movable bar in the horizontal direction in relation to each other and the balls 38 attached in grooves between the same by means of two steel bands 39 and 40 in relation to the. Axial positions of the elements 36 and 37 are synchronized.
The steel band 39 is fastened to one end of the driving element 36 by means of a retaining ring 41 and to the driven element 37 by means of a conical pin 42. The other steel band 40 is fastened in a corresponding manner by a retaining ring 43 and a tapered pin 44.
The fact that the balls in Fig. 5 are located between two steel strips 39 and 40, their positions are always in relation to the mutual axial positions of the elements 36 and 37 synchronized. The steel strips 39 and 40, however, cannot lie in the same plane, but should, as can be seen from FIG. 6, be situated in planes which are defined by the common axis: the balls and. extend at an angle to each other. The bands will cross each other, seen relatively, from one end of the row of balls.
Steel belt was always mentioned above. However, the bands do not necessarily have to be made of steel, but can be made of any other material, e.g. B. phosphor bronze or other thin, flexible and strong material. Nor does it necessarily have to be ribbon; wires can be used as well.
The invention is of course not limited to the embodiments described above and illustrated in the accompanying drawing, but can be modified in various ways without deviating from the concept of the invention.