DE10154061A1

DE10154061A1 - Spindeltrieb

Info

Publication number: DE10154061A1
Application number: DE2001154061
Authority: DE
Inventors: Ali Reza Nabavinegad
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2003-05-15

Abstract

Bei einem Spindeltrieb mit einer mit Gewinde versehenen Welle, einer auf der Welle laufenden Gewindemutter und einer an der Gewindemutter festgelegten Einrichtung, die bei Antrieb der Welle zwischen zwei Endpositionen verschiebbar ist, wird vorgeschlagen, daß die Welle im Bereich ihrer Enden an wenigstens einem ihrer Enden einen gewindefreien Bereich aufweist, die Gewindemutter bei Antrieb der Welle vor Erreichen der jeweiligen Endposition der verschiebbaren Einrichtung gegen ein in Achsenrichtung der Welle wirkendes Federelement anläuft und spätestens bei Erreichen der jeweiligen Endposition der verschiebbaren Einrichtung den gewindefreien Bereich erreicht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Spindeltrieb mit einer mit Gewinde versehenen Welle, einer auf der Welle laufenden Gewindemutter und einer an der Gewindemutter festgelegten Einrichtung, die bei Antrieb der Welle zwischen zwei Endpositionen verschiebbar ist.
Bei der Umsetzung einer Drehbewegung in eine Längsbewegung werden häufig Spindeltriebe eingesetzt. Vorrichtungen der genannten Art werden in vielen Bereichen von Industrie und Handwerk eingesetzt. Dabei gibt es Triebe, die per Hand in Bewegung versetzt werden und solche mit motorischem Antrieb. Zur erstgenannten Gruppe gehören beispielsweise Wagenheber, Schraubzwingen, Schraubstöcke oder dergleichen. Spindeltriebe mit einem Motorantrieb kommen insbesondere bei Werkzeugmaschinen zur Anwendung, beispielsweise bei Fräs- und Drehmaschinen. Bei diesen Maschinen übernehmen die Spindeltriebe den Vorschub von Werkzeug und/oder Werkstück. Dabei sind insbesondere bei Drehmaschinen Ausführungen bekannt, welche mehrere Spindeltriebe aufweisen (4-, 5-, 6-, 8-Spindler).
Bei motorbetriebenen Spindeltrieben ist es aus Gründen der Sicherheit erforderlich Mittel vorzusehen, welche bei Erreichen der Endpositionen durch die Vorschubeinrichtung den motorischen Antrieb abschalten. Nach dem Stand der Technik werden hierfür in der Regel Schalter eingesetzt, welche bei Berührung mit der Vorschubeinrichtung die Stromzufuhr zum Antriebsmotor unterbrechen. Bekannt sind auch berührlos arbeitende Vorrichtungen, wie beispielsweise Lichtschranken oder Näherungsschalter.
Die Schalter der genannten Art weisen häufig mechanisch bewegte Komponenten auf. Sie unterliegen daher einem gewissen Verschleiß, der dazu führen kann, daß deren Funktionalität beeinträchtigt ist oder die Schalter gänzlich versagen. Tritt ein solcher Fall ein, sind Mensch und Maschine in hohem Maße gefährdet. Dabei sind Verletzungen bzw. Zerstörungen von mitunter erheblichem Umfang nicht auszuschließen. Eine besondere Gefahr entsteht im Fehlerfall auch dadurch, daß der fehlerhafte Zustand in aller Regel von außen nicht erkennbar ist.

Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen Spindeltrieb anzugeben, der die genannten Risiken bekannter Antriebe vermeidet und mit einfachen Mitteln eine sichere Endabschaltung des Vorschubs gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

- die Welle im Bereich ihrer Enden an wenigstens einem ihrer Enden einen gewindefreien Bereich aufweist,
- die Gewindemutter bei angetriebener Welle
- vor Erreichen der jeweiligen Endposition der verschiebbaren Einrichtung gegen ein in Achsenrichtung der Welle wirkendes Federelement anläuft
- und spätestens bei Erreichen der jeweiligen Endposition der verschiebbaren Einrichtung den gewindefreien Bereich erreicht.

Der vorgeschlagene Spindeltrieb weist eine Welle auf, die durch einen Motor, ggf. unter Zwischenschaltung eines Getriebes, angetrieben wird. Die Welle ist mit einem Gewinde versehen, das sich in Abweichung zum Stand der Technik jedoch nicht über die volle Länge der Welle erstreckt, sondern im Bereich von deren Enden eine gewindefreie Zone beläßt. Bevorzugt wird dabei eine Lösung, die an beiden Enden der Welle eine derartige Zone vorsieht.

Entsprechend dem Stand der Technik bei Spindeltrieben ist auf der Welle eine Gewindemutter vorgesehen, die bei einer Drehung der Welle parallel zu sich selbst in Längsrichtung der Welle verschoben wird. Der Verschiebeweg ist dabei durch je eine Endposition im Bereich der Enden der Welle begrenzt. Mit Verschiebung der Gewindemutter wird die an dieser festgelegte verschiebbare Einrichtung, beispielsweise der Werkzeugschlitten bei einer Drehmaschine, in gleicher Weise in Richtung der Wellenachse verschoben.

Beim Erreichen der Endposition läuft die Gewindemutter gemäß vorliegender Erfindung in den gewindefreien Bereich der Welle ein. Einem Kerngedanken der Erfindung entsprechend dreht sich die Welle in dieser Position der Gewindemutter unter der Mutter weg, ohne einen weiteren Vorschub der Gewindemutter und der mit ihr verbundenen verschiebbaren Einrichtung zu bewirken. Solange die Drehung der Welle in der vorliegenden Drehrichtung beibehalten wird, verharren Gewindemutter und verschiebbare Einrichtung im Ruhezustand.

Beim Übergang zur entgegengesetzte Drehrichtung der Welle dagegen wird die Mutter von dem mit Gewinde versehenen Bereich der Welle erfaßt und in die Gegenrichtung verschoben. Zur Unterstützung des Einfädelvorgangs wird gemäß vorliegender Erfindung vorgeschlagen, im Endbereich der Welle ein Federelement vorzusehen, gegen das die Gewindemutter bei ihrer Bewegung auf das Wellenende zu anläuft. Das Federelement nimmt bis zum Erreichen der gewindefreien Zone durch die Gewindemutter eine gewisse Vorspannung an und übt daher auf die Mutter nach deren Einlaufen in die gewindefreie Zone einen Druck in Richtung des mit Gewinde versehen Bereichs der Welle aus. Damit wird eine Stirnseite der Mutter in ständigem Kontakt mit dem gewindeführenden Bereich der Welle gehalten, so daß bei einer Umkehr der Drehrichtung der Welle die Gewindemutter sofort von dem Gewinde erfaßt und in die Gegenrichtung bewegt wird.

Die vorgeschlagene Ausgestaltung des Spindeltriebs führt dazu, daß die Gewindemutter bzw. die an ihr festgelegte verschiebbare Einrichtung einerseits bei fortdauerndem Antrieb der Welle mit Erreichen der Endposition selbsttätig zum Stillstand und andererseits bei Umkehr der Antriebsrichtung selbsttätig in Bewegung kommt. Die Risiken für ein Fehlschlag dieser Vorgänge sind praktisch ausgeschlossen, da die eingesetzten mechanische Bauteile wesentlich betriebsicherer sind als elektrische oder elektronischen Elemente. Der vorliegende Spindeltrieb bietet daher bei der Endabschaltung eines mit motorischer Kraft durchgeführten Vorschubs höchst mögliche Sicherheit. Die hierbei eingesetzten Mittel beschränken sich auf einfach auszuführenden konstruktive Maßnahmen, die kostengünstiger als elektronische Mittel sind. Der Spindeltrieb gemäß vorliegender Erfindung bietet daher auch Kostenvorteile gegenüber entsprechenden Trieben nach dem Stand der Technik.

Bei der Ausführung des Gewindes der Spindeltriebwelle sind mehrere Varianten möglich. Für den Spindeltrieb gemäß vorliegender Erfindung bevorzugt werden Trapezgewinde und insbesondere Kugelgewinde. Beide Gewindeformen ermöglichen ein leichtes Einfädeln der Gewindemutter beim Verlassen der gewindefreien Zone der Welle. Letztgenannte Gewindeausführung bietet dabei den an sich bekannten Vorteil einer besonderen Leichtgängigkeit.

Als Federelement zur Unterstützung des Einfädelvorgangs wird eine Schraubenfeder vorgeschlagen, welche den gewindefreien Bereich umfaßt und endseitig jeweils mit einer in die Feder eingreifenden Hülse abgeschlossen ist. Der Innendurchmesser von Hülsen und Feder sind so bemessen, daß die Feder über die Gewindekämme hinweg verschiebbar ist. Die Welle des Spindeltriebs gibt der Feder auf diese Weise eine gute axiale Führung.

Zusätzlich zur Abschaltung des Vorschubs mittels einer Welle mit gewindefreiem Bereich gemäß vorliegender Erfindung kann der vorgeschlagenen Spindeltrieb auch mit Schaltern ausgestattet werden, welche durch die Gewindemutter oder ein durch sie verschiebbares Element des Spindeltriebs auslösbar sind. Diese Schalter lassen sich beispielsweise zur doppelten Absicherung der Endabschaltung nutzen oder auch zur Steuerung von Arbeitsabläufen, die von der Position der verschiebbaren Einrichtung abhängig sind. In letzterem Fall sind die Schalter an den relevanten Positionen der Verschiebeeinrichtung installiert und erzeugen bei Kontakt mit der Gewindemutter oder einem durch sie verschiebbaren Element ein Signal, das zur Steuerung des weiteren Arbeitsablaufs genutzt wird. Die doppelte Absicherung läßt im allgemeinsten Fall offen, welche der beiden Maßnahmen (Schalter, mechanischer Freilauf) zuerst Aktivierung findet. Besonders bevorzugt ist, den mechanischen Freilauf als letzte Absicherung zu nutzen, d. h. daß die Bewegung der Gewindemutter über den Schalter abgestoppt wird und erst dann, wenn der Schalter aufgrund eines Defektes in seiner Funktion ausfällt, der Freilauf in Aktion tritt, um etwaige Schäden abzuwenden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spindeltriebs ist vorgesehen, daß die Welle und die Gewindemutter gegen andere Ausführungen mit anderer Steigung des Gewindes und/oder anderer Position der gewindefreien Bereiche austauschbar ist. Durch diese Ausbildung lassen sich beispielsweise unterschiedliche Vorschubgeschwindigkeiten bei gleicher Umdrehungszahl der Welle realisieren.

Die Vorgabe unterschiedlicher Positionen des gewindefreien Bereichs kann dann von Interesse sein, wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der gewindefreie Bereich zur Begrenzung des Vorschubs der verschiebbaren Einrichtung bei Durchführung eines Arbeitsvorganges genutzt wird. Diese Möglichkeit des Spindeltriebs gemäß vorliegender Erfindung kommt insbesondere bei kritischen Arbeitsvorgängen zum Tragen, die mit absoluter Sicherheit bei einer bestimmten Position der verschiebbaren Einrichtung enden müssen. Solche Arbeitsvorgänge können beispielsweise beim Innendrehen oder Ausdrehen eines Werkstücks auf Drehmaschinen anfallen. Die Position des Werkstücks und des gewindefreien Bereichs sind in diesem Fall so auf einander abzustimmen, daß das Ende des Vorschubs an der gewünschten Position zu liegen kommt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen. In diesem Teil wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spindeltriebs anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 eine Aufsicht auf einen Spindeltrieb
Fig. 2a + b verschiedene Ausführungen der Welle
Aus Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau eines Spindeltriebs gemäß vorliegender Erfindung zu erkennen. Er weist eine mit Gewinde versehene Welle 1, eine auf der Welle laufende Gewindemutter 2 und einen an der Gewindemutter festgelegten verschiebbaren Schlitten 3 auf, der bei Antrieb der Welle 1 zwischen zwei Endpositionen 4, 5 verschiebbar ist. Bei vorliegender Ausführungsform erfolgt der Antrieb mittels eines Motors 6 und eines (in der Zeichnung nicht dargestellten) Getriebes, die rechtwinklig zur Welle 1 angeordnet sind.
Die Welle 1 ist im Bereich 7 mit einem Gewinde versehen, während an deren Enden je eine gewindefreie Zone 8, 9 vorgesehen ist. Bei Antrieb der Welle 1 wird die Gewindemutter 2 und der an ihr festgelegte Schlitten 3 in Längsrichtung der Welle zum Wellenende hin verschoben. Kurz vor Erreichen der Endposition 4 bzw. 5 läuft die Gewindemutter 2 gegen eine Federelement 10, 11 an, das bei weiterer Verschiebung der Mutter eine gewisse Vorspannung annimmt. Dieser Vorgang führt dazu, daß auf die Gewindemutter 2 in der zur Verschiebung entgegengesetzten Richtung einen gewisser Druck ausgeübt wird.
Beim Erreichen der Endposition 4 bzw. 5 läuft die Gewindemutter 2 in den gewindefreien Bereich der Welle 8 bzw. 9 ein. Hierdurch wird der Vorschub von Gewindemutter 2 und Schlitten 3 beendet. Dabei dreht sich die Welle 1 unter der Mutter 2 weiter, ohne jedoch einen weiteren Vorschub der Gewindemutter zu bewirken.
Gewindemutter 2 und Schlitten 3 verharren solange im Ruhezustand, wie sich die Drehrichtung der Welle 1 nicht ändert. Beim Übergang zur entgegengesetzte Drehrichtung der Welle dagegen wird die Mutter 2 von dem mit Gewinde versehenen Bereich der Welle erfaßt und in die Gegenrichtung verschoben. Dabei wird der Einfädelvorgang durch das Federelement 10 bzw. 11 unterstützt, das die Mutter während ihres Aufenthaltes in der gewindefreien Zone 8 bzw. 9 in ständigem Kontakt mit dem mit Gewinde versehenen Bereich 7 der Welle 1 hält.
In Fig. 2a und 2b ist jeweils die Welle 1 und die auf ihr laufende Gewindemutter 2 dargestellt. Wie der Zeichnung zu entnehmen ist, sind bei vorliegender Ausführung die gewindefreien Bereiche 8 bzw. 9 am Wellenende bzw. in gewissem Abstand vom Wellenende angeordnet. In Fig. 2a ist eine Welle mit Kugelgewinde und Fig. 2b eine Ausführung mit normalem Gewinde wiedergegeben.
Der vorliegende Spindelantrieb ermöglicht bei laufender Welle eine selbsttätige Endabschaltung des Schlittenvorschubs und bei Umkehr der Drehrichtung der Welle ein selbsttätiges Anfahren des Schlittens in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung. Die hierbei eingesetzten Mittel beschränken sich auf einfache und daher kostengünstige konstruktive Maßnahmen.

Claims

1. Spindeltrieb mit einer mit Gewinde versehenen Welle (1), einer auf der Welle laufenden Gewindemutter (2) und einer an der Gewindemutter festgelegten Einrichtung (3), die bei Antrieb der Welle zwischen zwei Endpositionen (4, 5) verschiebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Welle (1) im Bereich ihrer Enden an wenigstens einem ihrer Enden einen gewindefreien Bereich (8, 9) aufweist,
die Gewindemutter (2) bei Antrieb der Welle (1)
vor Erreichen der jeweiligen Endposition (4, 5) der verschiebbaren Einrichtung (3) gegen ein in Achsenrichtung der Welle wirkendes Federelement (10, 11) anläuft
und spätestens bei Erreichen der jeweiligen Endposition (4, 5) der verschiebbaren Einrichtung (3) den gewindefreien Bereich (8, 9) erreicht.

2. Spindeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde als Kugelgewinde und die Gewindemutter (2) als Kugelgewindemutter ausgebildet sind.

3. Spindeltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
das Federelement (10, 11) eine Schraubenfeder
und im gewindefreien Bereich (8, 9) angeordnet ist.

4. Spindeltrieb nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß
Schalter vorgesehen sind,
welche durch die Gewindemutter (2) oder ein durch sie verschiebbares Element (3) des Spindeltriebs auslösbar sind.

5. Spindeltrieb nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) und die Gewindemutter (2) gegen andere Ausführungen mit anderer Steigung des Gewindes und/oder anderer Position der gewindefreien Bereiche (8, 9) austauschbar ist.

6. Verwendung des Spindeltriebs nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gewindefreie Bereich (8, 9) zur Begrenzung des Vorschubs der verschiebbaren Einrichtung (3) bei Durchführung eines Arbeitsvorganges genutzt wird.