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Die Erfindung betrifft einen Planetengewindetrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Aus
DE 92 14 062 U1 ist ein Planetengewindetrieb bekannt. Der Planetengewindetrieb umfasst eine Spindel und eine Mutter. Die Spindel erstreckt sich entlang einer Längsachse und ist mit einer Außenprofilierung versehen. Die Außenprofilierung ist vorliegend als mehrgängiges Spitzgewinde ausgebildet, d. h. es sind mehrere schraubenförmig um die Längsachse umlaufende Nuten vorgesehen, die im Querschnitt betrachtet V-förmig ausgebildet sind. Die Mutter umgibt die Spindel, wobei sie mit einer Innenprofilierung versehen ist. Die Teilung und die Profilform der Innenprofilierung der Mutter und der Außenprofilierung der Spindel stimmen überein. Weiter sind mehrere Planeten vorgesehen, die sich parallel zur Längsachse erstrecken, wobei sie zwischen der Spindel und der Mutter angeordnet sind. Die Planeten sind mit einer Außenprofilierung versehen, welche in die Außenprofilierung der Spindel und die Innenprofilierung der Mutter eingreift. Die Außenprofilierung der Planeten weist wiederum dieselbe Teilung und die dieselbe Profilform wie die Außenprofilierung der Spindel auf. Unter Teilung wird wie üblich die Steigung der schraubenförmigen Nuten dividiert durch die Anzahl der schraubenförmigen Nuten bzw. der Gewindegänge verstanden.
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Die Mutter ist mit einem Schmierkanal versehen, der im Bereich der Innenprofilierung eine Mündungsöffnung aufweist. Die Mutter besteht typischerweise aus Stahl, wobei sie zumindest im Bereich der Innenprofilierung gehärtet ist. Die Herstellung der Innenprofilierung der Mutter kann wahlweise mittels einer Schleifbearbeitung oder mittels einer Drehbearbeitung des gehärteten Mutterkörpers stattfinden.
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Da der Schmierkanal nur vor dem Härten der Mutter hergestellt werden kann, ergibt sich das Problem, dass der Drehmeißel zum Herstellen der Innenprofilierung der Mutter die Mündungsöffnung des Schmierkanals überstreicht. Dabei entstehen sehr harte, stoßartige Belastungen an der Schneidkante des Drehmeißels, da diese im Bereich der Mündungsöffnung vollständig entlastet wird, wobei im Übrigen die hohen Zerspanungskräfte beim Hartdrehen auf sie einwirken. Die Schneidkante des genannten Drehmeißels hat deshalb nur eine geringe Lebensdauer.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Planetengewindetrieb anzugeben, bei dem der genannte Drehmeißel länger zum Hartdrehen der Innenprofilierung der Mutter verwendet werden kann. Insbesondere sollen die stoßartigen Belastungen im Bereich der Mündungsöffnung minimiert werden.
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Gemäß dem selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass an der Mündungsöffnung eine Ausnehmung vorgesehen ist, welche tiefer als die Innenprofilierung der Mutter ausgebildet ist. Wie nachfolgendend noch dargestellt wird, kann die erfindungsgemäße Ausnehmung problemlos so gestaltet werden, dass die Kräfte, welche auf die Schneidkante einwirken, beim Übergang in die Ausnehmung langsam abfallen und wieder ansteigen. Die Ausnehmung ist tiefer als die Innenprofilierung der Mutter, damit die Schneidkante des Drehmeißels überhaupt nicht mehr mit dem Schmierkanal in Berührung kommt. Die Erfahrungen der Anmelderin haben gezeigt, dass die Lebensdauer der Schneidkante des Drehmeißels durch die erfindungsgemäße Ausnehmung typischerweise um den Faktor Acht ansteigt.
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In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Die Ausnehmung kann langgestreckt ausgebildet sein, wobei sie sich quer zur Längsachse oder in Steigungsrichtung der Innenprofilierung der Mutter erstreckt. Durch die langgestreckte Form wird erreicht, dass die Schneidkante des Drehmeißels unter einem spitzen Winkel auf den Rand der Ausnehmung stößt, und nicht wie im Stand der Technik nahezu im rechten Winkel. Hierdurch tritt gerade der Effekt ein, dass die Schneidkräfte nicht mehr schlagartig ansteigen und wieder abfallen, sondern langsam. Die langgestreckte Form der Ausnehmung hat über dies den Vorteil, dass auch dann Schmiermittel zugeführt werden kann, wenn sich ein Planet bei Stillstand des Planentengewindetriebs genau über der Mündungsöffnung des Schmierkanals befindet.
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Die Oberfläche der Ausnehmung kann als Abschnitt eines Kreisringes ausgebildet sein. Hierbei ist insbesondere daran gedacht, die Ausnehmung mittels eines Scheibenfräsers herzustellen, dessen Schneidkante die Form eines Halbkreises aufweist, dessen Durchmesser dem Querschnittsdurchmesser des Kreisringes entspricht. Mit dieser Form der Ausnehmung wurden von der Anmelderin besonders hohe Standzeiten der Schneidkante des Drehmeißels erzielt. Dies ist neben der oben vorgeschlagnen langgestreckten Form auch auf die stetig zu- und abnehmende Tiefe der Ausnehmung zurückzuführen, die ebenfalls ein langsames Abfallen und Ansteigen der Schneidkräfte am Drehmeißel bewirkt.
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Der Querschnittsdurchmesser des Kreisringes kann zwischen 1- und 5-mal so groß sein, wie die Teilung der Innenprofilierung der Mutter. Mit diesen Abmessungen werden besonders lange Standzeiten des genannten Drehmeißels erreicht.
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Der Außendurchmesser des Kreisringes kann zwischen 3- und 8-mal dem Querschnittsdurchmesser des Kreisrings betragen. Bei diesen Abmessungen ergibt sich eine langgestreckte Ausnehmung, die ein besonders günstiges Längen-Breiten-Verhältnis aufweist, so dass die Standzeit des Drehmeißels besonders lang ist. Sofern zur Herstellung der Ausnehmung ein Scheibenfräser verwendet wird, darf der genannte Außendurchmesser nicht größer als der Durchmesser der Innenprofilierung der Mutter sein, da der Scheibenfräser sonst nicht in die Mutter eingeführt werden kann.
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Der Schmierkanal kann in Form einer Stufenbohrung mit einem ersten und einem zweiten Durchmesser ausgebildet sein, wobei der erste Durchmesser im Bereich der Mündungsöffnung kleiner als der zweite Durchmesser ist. Der große zweite Durchmesser setzt dem zugeführten Schmiermittel einen geringen Fließwiderstand entgegen. Der kleinere erste Durchmesser wird am Übergang zur erfindungsgemäßen Ausnehmung gewählt, damit diese nicht übermäßig breit ausgeführt werden muss. Hierdurch würde sich die Tragfähigkeit des Planetengewindetriebes unnötig vermindern.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
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1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Planetengewindetriebs;
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2 eine perspektivische Ansicht des Hauptkörpers der Mutter vor der Herstellung der Innenprofilierung;
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3 eine Teilschnittansicht des fertigen Hauptkörpers der Mutter im Bereich der Mündungsöffnung des Schmierkanals;
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4 eine Vorderansicht eines Scheibenfräsers zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ausnehmung; und
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5 eine Draufsicht des Scheibenfräsers nach 4.
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1 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Planetengewindetriebs 10. Der Planetengewindetrieb 10 umfasst eine Spindel 30, die sich entlang einer Längsachse 11 erstreckt. Die Spindel 30 besteht aus Stahl und weist eine Außenprofilierung 31 auf, die im Gewinderollverfahren hergestellt ist, wobei sie nach dem Gewinderollen gehärtet wurde. Die Außenprofilierung 31 ist in Form eines Spitzgewindes ausgeführt, das beispielsweise fünf Gänge aufweisen kann. Demnach sind insgesamt fünf im Querschnitt betrachtet V-förmige Nuten vorgesehen, die schraubenförmig bezüglich der Längssachse 11 verlaufen. Der Abstand dieser Nuten in Richtung der Längsachse 11 wird als Teilung bezeichnet, wobei die Teilung gleich der Steigung der einzelnen Nut dividiert durch die Anzahl der Nuten ist.
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Die Spindel 30 ist von einer Mutter 20 umgeben, welche einen hülsenartigen Hauptkörper 25 aus Stahl umfasst. Der Hauptkörper 25 ist an seiner Innenumfangsfläche mit einer Innenprofilierung 21 versehen. Die hinsichtlich der Teilung und der Profilform mit der Außenprofilierung 31 der Spindel 30 übereinstimmt. Die Steigung der einzelnen Nuten der Innenprofilierung 21 stimmt jedoch nicht notwendigerweise mit derjenigen der Spindel 30 überein. Die Innenprofilierung 21 kann sogar mit Nuten versehen sein, die kreisförmig um die Längsachse 11 umlaufen, so dass man von einem Gewinde mit der Steigung Null sprechen könnte.
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Zwischen der Spindel 30 und der Mutter 20 sind mehrere identische Planeten 40 angeordnet, deren Anzahl beispielsweise sieben betragen kann. Die Planeten 40 bestehen aus gehärtetem Stahl und sind mit einer Außenprofilierung 42 versehen, die hinsichtlich der Profilform und der Teilung mit derjenigen der Spindel 30 übereinstimmt. Die Außenprofilierung 42 der Planeten 40 greift sowohl in die Außenprofilierung 31 der Spindel 30 als auch in die Innenprofilierung 21 der Mutter 20 ein. Der Steigungswinkel der Außenprofilierung 42 der Planeten 40 ist identisch mit dem Steigungswinkel der Innenprofilierung 21 der Mutter 20 wobei die Steigungsrichtungen entgegengesetzt sind. Im Ergebnis findet daher bezüglich der Längsachse 11 keine Relativbewegung zwischen den Planeten 40 und dem Hauptkörper 25 der Mutter 20 statt. Einzig die gesamte Mutter 20 mit den Planeten 40 bewegt sich in Richtung der Längsachse 11 bezüglich der Spindel 30.
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Die Planeten 40 weisen eine Mittelachse 41 auf, die sich parallel zur Längsachse 11 erstreckt. Um diese Ausrichtung sicherzustellen, sind die Planeten 40 an beiden Enden mit einer Außenverzahnung 43 versehen, die in einen zugeordneten gesonderten Zahnkranz 50 mit einer angepassten Innenverzahnung eingreift. Der Zahnkranz 50 ist über mehrere Gewindestifte 51 fest mit dem Hauptkörper 25 der Mutter 20 verbunden.
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Anzumerken ist, dass die Innenverzahnung auch unmittelbar am Hauptkörper 25 der Mutter 20 ausgebildet sein kann.
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Um den Abstand der Planeten 40 in Umfangsrichtung bezüglich der Längsachse 11 festzulegen, ist an beiden Enden der Planeten 40 je eine Führungsscheibe vorgesehen, wobei die Planeten 40 mit einem Zapfen in eine angepasste Bohrung der Führungsscheibe 13 drehbeweglich eingreifen. Die Führungsscheibe 13 wird mittels eines zugeordneten Sicherungsrings 14 im Hauptkörper 25 der Mutter 20 gehalten, wobei sie bezüglich der Längsachse 11 relativ zum genannten Hauptkörper 25 verdreht werden kann, damit die Planeten 40 die erforderliche Beweglichkeit aufweisen. Weiter ist an beiden Enden des Hauptkörpers 25 je eine Enddichtung aus Gummi fest vorgesehen, deren Dichtlippe gleitend an der Außenprofilierung 31 der Spindel 30 anliegt. Dementsprechend kann Schmierfett im Inneren der Mutter 20 im Wesentlichen nicht aus dieser austreten.
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Der Hauptkörper 25 der Mutter 20 ist mit einem einstückigen Flansch 24 versehen, über den die Mutter 20 an einer übergeordneten Baugruppe, beispielsweise dem Schlitten einer Werkzeugmaschine, befestigt werden kann. In dem Flansch 24 ist ein Schmierkanal 60 vorgesehen, der zur Innenprofilierung 21 der Mutter 20 führt. Der Schmierkanal 60 ist aus mehreren Bohrungen zusammengesetzt, die an der Außenoberfläche des Hauptkörpers 25 mit einer Schmiermittelzuführung, beispielsweise einem (nicht dargestellten) Schmiernippel verbunden werden können. Die jeweils nicht genutzte Öffnung des Schmierkanals 60 an der Außenoberfläche der Mutter wird mit einem (nicht dargestellten) Verschlussstopfen dicht verschlossen.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Hauptkörpers 25 der Mutter vor der Herstellung der Innenprofilierung. Die Herstellung des in 2 gezeigten Zustandes erfolgt im ungehärteten Zustand, d. h. einzig die Innenprofilierung der Mutter wird hergestellt, nachdem der Hauptkörper im Bereich der Innenprofilierung gehärtet wurde. Die Herstellung der Innenprofilierung geschieht dabei mittels Hartdrehen, wobei die einzelnen bezüglich der Längsachse schraubenförmigen Nuten der Innenprofilierung nacheinander hergestellt werden.
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Dabei überfährt der (nicht dargestellte) Drehmeißel auch die Mündungsöffnung 63 des Schmierkanals, was einen sehr scharfen Belastungswechsel zur Folge hat. Im Bereich der Mündungsöffnung 63 ist der Drehmeißel völlig unbelastet, wobei er im Bereich der Innenprofilierung mit der vollen Schnittkraft belastet ist, die beim Hartdrehen sehr hoch ist. Durch die erfindungsgemäße Ausnehmung 64 im Bereich der Mündungsöffnung 63 soll ein sanfterer Übergang zwischen dem voll belasteten und dem unbelasteten Zustand des Drehmeißels erreicht werden. Es hat sich gezeigt, dass beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Standzeit des Drehmeißels bei der Herstellung eines Hauptkörpers 25 mit der erfindungsgemäßen Ausnehmung 64 achtmal so hoch ist, wie bei der Herstellung eines identischen Hauptkörpers 25 ohne die Ausnehmung 64.
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Die Ausnehmung 64 wird beispielsweise mit dem in den 4 und 5 dargestellten Scheibenfräser hergestellt. Die Drehachse des Scheibenfräsers wird dabei parallel zur Längsachse 11 ausgerichtet, wobei es ebenfalls denkbar ist, die Drehachse des Scheibenfräsers entsprechend dem Steigungswinkel der Innenprofilierung gegenüber der Längsachse 11 zu neigen. Im Ergebnis entsteht eine Ausnehmung 64, die langgestreckt ausgebildet ist, wobei die Oberfläche der Ausnehmung 64 wie der Abschnitt der Oberfläche eines Kreisringes geformt ist. Bei der Herstellung der Ausnehmung 64 wird der Scheibenfräser bezüglich der Längsachse 11 nach radial außen verfahren, bis die Ausnehmung 64 so tief ist, dass Innenprofilierung der Mutter sich nicht mehr mit der Mündungsöffnung des Schmierkanals überschneidet.
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3 zeigt eine Teilschnittansicht des fertigen Hauptkörpers 25 der Mutter im Bereich der Mündungsöffnung 63 des Schmierkanals 60. Die Schnittebene verläuft dabei durch die Längsachse (Nr. 11 in 1) des Planetengewindetriebs und die Mittelachse 66 des Schmierkanals 60.
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Die Innenprofilierung 21 des Hauptkörpers 25 wird von mehreren bezüglich der Längsachse (Nr. 11 in 1) schraubenförmig verlaufenden Nuten 26 gebildet, die im Querschnitt betrachtet V-förmig ausgebildet sind, so dass sich ein mehrgängiges Spitzgewinde ergibt. Die Teilung 23 der Innenprofilierung beträgt beispielsweise 2 mm.
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Der Schmierkanal 60 ist im Bereich der Mündungsöffnung 63 in Form einer Stufenbohrung mit einem ersten und einem zweiten Durchmesser 61; 62 ausgebildet. Der erste Durchmesser 61, der gleichzeitig die Mündungsöffnung 63 definiert, ist in etwa so groß wie die Teilung 23 der Innenprofilierung 21, damit die Mündungsöffnung 63 klein ist. Die Länge des Abschnitts mit dem ersten Durchmesser 61 ist dabei in etwa so groß wie der erste Durchmesser 61 selbst. Der zweite Durchmesser 62 ist beispielsweise 2,5-mal so groß wie der erste Durchmesser 61, damit dem Schmiermittel, insbesondere Schmierfett, dort ein geringer Fließwiderstand entgegengesetzt wird.
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Die Tiefe 65 der erfindungsgemäßen Ausnehmung 64 ist etwa 20% tiefer als die Tiefe 22 der Innenprofilierung 21, so dass die Innenprofilierung 21 die Mündungsöffnung 63 nicht anschneidet. Die Oberfläche der Ausnehmung 64 ist im vorliegenden Schnitt betrachtet kreisrund ausgebildet, wie dies für den Abschnitt einer Kreisringoberfläche zu erwarten ist.
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4 zeigt eine Vorderansicht eines Scheibenfräsers 70 zur Herstellung der erfindungsgemäßen Ausnehmung (Nr. 64 in 2), wobei 5 die zugeordnete Draufsicht zeigt.
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Der Scheibenfräser 70 besteht aus gehärtetem Werkzeugszahl und besitzt drei Zähne 74, die rotationssymmetrisch bezüglich seiner Drehachse 73 ausgebildet sind, wobei sie jeweils im Abstand von 120° angeordnet sind. Jeder Zahn 74 weist eine Schneidkante 75 auf, die halbkreisförmig ausgebildet ist, so dass die durch den drehenden Scheibenfräser hergestellte Geometrie die Form eines Oberflächenabschnittes eines Kreisringes hat. Der Querschnittsdurchmesser des Kreisringes wird dabei definiert durch den Durchmesser 71 der halbkreisförmigen Schneidkante 75, der beispielsweise 5 mm beträgt. Der Außendurchmesser des Kreisringes wird definiert durch den Außendurchmesser 72 des Scheibenfräsers 70, der beispielsweise 21,7 mm beträgt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Planetengewindetrieb
- 11
- Längsachse
- 12
- Enddichtung
- 13
- Führungsscheibe
- 14
- Sicherungsring
- 20
- Mutter
- 21
- Innenprofilierung der Mutter
- 22
- Tiefe der Innenprofilierung der Mutter
- 23
- Teilung der Innenprofilierung der Mutter
- 24
- Flansch
- 25
- Hauptkörper der Mutter
- 26
- Nut der Innenprofilierung der Mutter
- 30
- Spindel
- 31
- Außenprofilierung der Spindel
- 40
- Planet
- 41
- Mittelachse des Planeten
- 42
- Außenprofilierung des Planeten
- 43
- Außenverzahnung
- 50
- Zahnkranz
- 51
- Gewindestift
- 60
- Schmierkanal
- 61
- erster Durchmesser
- 62
- zweiter Durchmesser
- 63
- Mündungsöffnung
- 64
- Ausnehmung
- 65
- Tiefe der Ausnehmung
- 66
- Mittelachse des Schmierkanals
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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