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Vorrichtung zum Schmieren von Gewindespindeln Die Schmierung von Gewindespindeln,
sowohl von solchen in senkrechter als auch in waagerechter Anordnung, insbesondere
solchen, die unter höherer Belastung arbeiten, gestaltet sich mit zunehmender Genauigkeit
ihrer Ausführung immer schwieriger. Bei nur geringer Genauigkeit genügt ein gelegentliches
Einfetten des Spindelgewindes oder ein Auftropfen von Öl auf die Gewindegänge.
Das Schmiermittel kann als Folge der nicht genau übereinstimmenden Gewindesteigung
und Flankenneigung in die damit vorhandene Kapillarspalte eindringen und schmierend
wirken.
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Diese Wirkun-sweise verschlechtert sich mit zunehmender Genauigkeit
von Gewindesteigung und Flankenneigung, so daß schließlich mit einer starken Abnutzung
der tragenden Flächen und sogar mit einem Fressen gerechnet werden muß.
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Um hier Abhilfe zu schaffen, sind bei einer bekannten Spindelschmierung
in die Gewindeflanken Schmiermitteltaschen eingearbeitet denen das Schmiermittel
aus einem Schmiermittelbehälter über einen oder mehrere Kanäle in der Spindelmutter
unter Druck zugeführt wird. Damit ist aber nach wie vor der Nachteil verbunden,
daß das Schmiermittel - in der Regel Schmieröl - frei am Ende der
Mutter ablaufen kann. Dies gilt insbesondere bei senkrecht angeordneten Gewindespindeln.
Zwar läßt sich das Öl
an dieser Stelle wieder auffangen, doch ist es dabei
der Verschmutzung, beispielsweise einer Verunreini-C Gung durch feine Späne, ausgesetzt
und läßt sich nicht ohne weiteres erneut verwenden. Ein Abkapseln der Spindel durch
Metall-, Leder oder Kunststoffbalge oder Dichtungsmanschetten ist nur in unvollständiger
Weise möglich. Aus diesem Grunde ist bei einer bekannten Spindelschmierung dieser
Art ein besonderer Auffangbehälter am Ende der Mutter für das Schmiermittel vorgesehen,
von dem aus das Schmiermittel in den Sammelbehälter mittels einer Pumpe rückbefördert
wird. Die Rückführung des Öles erfordert demnach bei der bekannten Spindelschmierung
einen erheblichen Aufwand.
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Aufgabe der Erfindung ist die ständige Gewährleistung einer ausreichenden
Schmierung der Spindel in einer Spindelmutter und eine restlose Rückgewinnung des
Schmieröls, ohne dazu eine besondere Saug-oder für die Zuleitung eine Druckpumpe
anordnen zu müssen und ohne dabei Gefahr zu laufen, daß Fremdstoffe in den Schmiermittelkreislauf
gelangen.
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Ausgehend von der bekannten Vorrichtung zum Schmieren von Gewindespindeln
unter Verwendung von Schmiermitteltaschen in mindestens einer Gewindeflanke der
Spindelmutter oder Spindel, in denen das Schmiermittel aus einem Schmiermittelbehälter
über einen oder mehrere Kanäle in die Spindelmutter oder Spindel zugeführt wird,
sieht die Erfindung vor, daß das unter seinem Eigengewicht zugeführte Schmiermittel
mindestens jeweils im letzten Gewindegang vor dem Austritt der Spindel aus der Spindelmutter
durch an sich bekannte, radial formschlüssig in mindestens einen Gewindegang eingreifende
Stopfen aufgehalten und infolge des dabei auftretenden Staudruckes durch einen unmittelbar
vor dem Stopfen in den Gewindegang einmündenden Rücklaufkanal in den Schmiermittelbehälter
und/oder einen Zufuhrkanal zum anderen Spindelende zurückgeführt wird. Hierdurch
ist eine Umlaufschmierung erzielt, bei der die Rückführung des Öles durch den selbsttätig
auftretenden Staudruck vor den Stopfen erfolgt und bei der die Versorgung der Schmiermitteltaschen
ohne die Verwendung einer Druckpumpe gewährleistet ist. Dabei ist jedoch die Versor-"ung
der Schmiermitteltaschen nicht allein von der Größe des Spieles zwischen den Gewindeflanken
der Spindel und der Spindelmutter abhängig, vielmehr stellt sich die Schmiermittelmenge
in Abhängigkeit von der Größe der Schmiermitteltaschen, der Drehzahl der Spindel,
des Spiels und des Eigengewichts selbsttätig ein. Im Gegensatz zu den bekannten
Spindelschmierungen erfolgt der Rücklauf des Schmiermittels nicht erst an der jeweiligen
Austrittsstelle der Spindel aus der Spindelmutter, sondern bereits vorher, nämlichvor
den in mindestens einen Gewindegang eingreifenden Stopfen, so daß die Gefahr einer
Schmiermittelverschmutzung beseitigt ist.
Es ist zwar bereits bekannt,
in die Gewindegänge einer Spindel Stopfen eingreifen zu lassen, doch haben diese
bekannten Stopfen lediglich die Aufgabe, als Folge ihrer radial zur Spindelachse
wirkenden federnden Lagerung einen spielfreien Gang der Spindel in der Spindelmutter
zu gewährleisten. Diese bekannten Stopfen haben im Gegensatz zu denen nach der Erfindung
keine funktionelle Beziehung zur Spindelschmierung.
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In Anwendung dieser bekannten Maßnahme kann auch gemäß der Erfindung
vorgesehen sein, daß die radial formschlüssig in mindestens einen Gewindegang eingreifenden
Stopfen in an sich bekannter Weise unter der radial gerichteten Kraft von Federn
stehen. Hierdurch ist die ständige, formschlüssige Anlage der Stopfen an den Gewindellanken
und am Gewindegrund gewährleistet, selbst dann, wenn letztere Abmessungsungenauigkeiten
aufweisen. Solche Ungenauigkeiten werden durch die radiale Bewegbarkeit der Stopfen
unter Federkraft ausgeglichen. Die Stopfen halten das Schmiermittel zurück und verhindern
seinen freien Austritt entlang der Spindel. Gleichzeitig lassen sie, wie bereits
erwähnt, vor sich einen Staudruck auftreten, welcher ausreicht, das Schmiermittel
durch den vor den Stopfen in den Gewindegang einmündenden Rücklaufkanal zurückzuführen
und in den Schmiermittelbehälter und/oder einen Zufuhrkanal zum anderen Spindelende
gelangen zu lassen.
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Ferner können die Schmiermitteltaschen von Gewindegang zu Gewindegang
über den Umfang versetzt angeordnet sein und jeder Schmiermitteltasche eine mit
dem Schmiermittelbehälter in Verbindung stehende Bohrung zugeordnet sein. Hierdurch
werden die auftretenden Druckkomponenten insgesamt gegeneinander aufgehoben, so
daß die Spindel mit Sicherheit in ihrer Mittellage verbleibt und ein Taumeln ausgeschlossen
ist.
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Ähnlich wie die Zufuhr des Schmiermittels zu den Schmiermitteltaschen
durch einfaches Anschneiden des Gewindegrundes durch einen Schmiern-iittelzulaufkanal
gewährleistet sein kann, wozu die Bohrung in bekannter Weise parallel zur Spindelachse
in die Spindelmutter eingebracht sein kann, kann auch der Rücklaufkanal mit einfachen
Mitteln erzielt sein. Erfindungsgemäß kann die Rücklaufleitung gekennzeichnet sein
durch mindestens eine parallel zur Spindelachse vorgesehene Schmiennittelrücklaufbohrung,
die über eine oder mehrere radial gerichtete Querbohrungen mit dem Gewindegrund
eines Gewindeganges vor einem Stopfen in Verbindung steht.
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In den Figuren sind Gewindespindeln in senkrechter Anordnung, z. B.
zur Senkrechtverstellung eines schweren Bohrsupports, Frässchlittens oder einer
sonstigen großen Last, und in waagerechter Anordnung, wie sie bei Hobelmaschinen
oder großen Drehbänken in Betracht kommt, bei denen beispielsweise die Leitspindel
beim Schneiden von Gewinden sehr großer Steigung höhere Drehzahlen annimmt, dargestellt.
Es zeigt Filg. 1 eine geschmierte Gewindespindel in senkrechter Anordnung
in schematischer Darstellung, Fig. 2 die Spindelmutter im Längsschnitt nach der
Linie 14 der Fig. 3 mit einem Teilstück der Spindel in vergrößerter Darstellung,
Fig. 3 einen Schnitt durch die Spindelmutter nach der Linie III-III der Fig.
2, Fig. 4 die Spindelmutter nach Fig. 3 aufgeschnitten von innen her gesehen
in der Abwicklung, Fig. 5 a die Öldruckverteilung hinter einer Schmiermitteltasche,
Fig. 5 b den entsprechenden öldruckkräfteplan an einer Gewindeflanke, Fig.
6 die Spindelmutter, in deren Gewindeflanken die Schmiermitteltaschen von
Gang zu Gang über den Umfang versetzt angeordnet sind, von innen her gesehen, abgewickelt,
in schematischer Darstellung, Fig. 7 einen Querschnitt durch ein Spindelgetriebe
in waagerechter Anordnung in schematischer Darstellung, Fig. 8 einen Längsschnitt
durch ein Spindelgetriebe in waagerechter Anordnung und Fig. 9 einen Längsschnitt
durch ein Spindelgetriebe in waagerechter Anordnung mit einer anderen Führung der
Schmiermittelkanäle in der Spindelmutter.
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In der Fig. 1 sind mit 1 der Maschinenständer, mit 2
der zu bewegende Maschinenteil, mit 3 die Gewindespindel und mit 4 die zugehörige
Spindelmutter bezeichnet. Die Spindel 3 kann feststehen, während sich die
Spindelmutter 4 dreht; es kann aber auch, wie in Fig. 1 angenommen, die Spindelmutter
4 nicht drehbar sein und die Spindel 3 angetrieben werden. Die erforderlichen
Antriebsmittel sind nicht gezeichnet, da sie zur Erläuterung der Erfindung ohne
Bedeutung sind und in verschiedener Weise ausgebildet sein können.
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Im einzelnen läßt die Ausbildung der Spindelmutter die Fig. 2 erkennen.
In die Flanken des Mutterngewindes sind Schmiermitteltaschen 5 für beispielsweise
öl als Schmiermittel eingearbeitet. Sie sind außerdem aus den Fig.
3 und 4 zu ersehen. Für das Einschneiden der Schmiermitteltaschen
5 sind verschiedene Verfahren bekannt. Das einfachste Verfahren bedient sich
einer Hinterdrehbank, mit der sich ohne Schwierigkeiten auch die Anschrägungen 5a
und 5b erzeugen lassen, welche für die Schmierkeilbildung notwendig sind.
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Oberhalb des mit Gewinde versehenen Teiles der Spindelmutter 4 ist
der Schmiermittelbehälter 6 vorgesehen. In diesem beginnt die Bohrung
7, welche sich parallel zur Spindelachse erstreckt und den Gewindegrund der
einzelnen Gewindegänge anschneidet. Somit sind die Schmiermitteltaschen
5 mit dem Schmiermittelbehälter 6 verbunden und können reichlich mit
Schmiermittel versorgt werden. Die vom Schmiermittelbehälter 6 weit entfernt
liegenden Schmiermitteltaschen 5 sind daher nicht, wie bisher, auf die winzigen
Schmiermittelmengen angewiesen, die von den Gewindegängen der Spindel
3 mitgeschleppt werden, sondern sie werden vielmehr unmittelbar vom Schmiermittelbehälter
6 aus versorgt.
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Durch das Vorhandensein der Stopfen 8 an dem dem Schmiermittelbehälter
6 gegenüberliegenden Ende der Spindelmutter4 ist der freie Auslauf des Schmiermittels
verhindert. Die Stopfen 8 greifen formschlüssig in Gewindegänge der Spindel
3 ein. Sie stehen unter der Kraft von Federn 9, welche ihre formschlüssige
Anlage an den Gewindeflanken und am Gewindegrund gewährleisten. Die Stopfen
8 befinden sich jeweils in Querbohrungen, die von außen her zugänglich sind
und verschlossen sein können, wobei im Ausführungsbeispiel die Verschlußplatte 21
gleichzeitig der Abstützung der Federn 9 dient. Parallel zur Spindelachse
erstreckt sich in der Spindelmutter 4 der Rücklaufkanal 13, welcher mit seinem
Ende 14 oberhalb des Schmiermittelspiegels im Schmiermittelbehälter 6 endet.
Die Bohrung 13 steht über die Radialbohrungen
11,
die vor den Stopfen 8 in einen Gewindegang einmünden, mit letzterem in Verbindung
so daß das Schmiermittel aus den Schmiermitteltaschen 5 durch die Radialbohrungen
11 und die Bohrung 13 in den Behälter 6 zurückfließen kann.
Dies erfolgt im einzelnen dadurch, daß an den Kanten der Stopfen 8 das von
den Gewindegängen der Spindel 3
mitgenommene Öl aufgehalten wird und
sich vor diesen Kanten ein Staudruck bildet (vgl. Fig. 4). Seine Druckhöhe reicht
zur Rückbeförderune, des Schmiermittels in den Behälter 6 aus. Die kleinen
Radialbohrungen 11 bringen die Staudruckzone 12 mit der Bohrung
13, welche eine Steigleitung bildet, in Verbindung. Das Schmiermittel steigt
darin empor und tropft aus dem Ausguß 14 in den Behälter 6 zurück.
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Um eine Verlagerung der Spindel 3 aus ihrer Mittellage zu vermeiden,
was bei Spindelgetrieben höchster Genauigkeit erforderlich ist, weil z. B. bei Räderfräsmaschinen
eine Teilungsgenauigkeit von 2 Sekunden verlangt wird, was bei 1000 mm Werkstückdurchmesser
eine Genauigkeit der Vorschubbewegung von 0,005 mm bedingt, ist ein Versatz
der Schmiermitteltaschen von Gewindegang zu Gewindegang über den Umfang zweckmäßig,
um so die radial nach innen gerichteten Druckkomponenten gegenseitig aufzuheben.
Ein Ausführungsbeispiel dazu veranschaulicht die Fig. 6, nach der mehrere
Schmiermitteltaschen 5
von Gewindegang zu Gewindegang über den Umfang um ein
bestimmtes Maß so versetzt sind, daß sie, auf die, ganze Länge 20 der Spindelmutter
bezogen, einen vollen Umfang beschreiben. Hat beispielsweise die Spindelmutter zwölf
Gewindegänge auf die Länge 20, so erfahren die Schmiermitteltaschen von Gang zu
Gang einen Versatz von 301.
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Statt in der im Zusammenhang mit Fig. 6 beschriebenen Weise
zu verfahren, kann die einseitige Verlagerung der Spindel 3 aus ihrer Mittellage
auch dadurch vermieden werden, daß auf einem Gewindegang der Spindelmutter 4 zwei
oder mehr Schmiermitteltaschen 5 in der Weise vorgesehen werden, daß die
zur Mitte gerichteten Druckkomponenten bei ihrer Addition zu Null werden. In diesem
Fall be-
steht selbstverständlich die Notwendigkeit, die Anzahl der Schmiermittelzufuhrkanäle
der Zahl der Schmiermitteltaschen eines Gewindeganges anzupassen, damit die Versorgung
der Schmiermitteltaschen wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 gewährleisiet
ist. Für die Rückführung des Schmiermittels dagegen genügt ein Rücklaufkanal
13, der mit den Gewindegängen durch Radialbohrungen 11 in Verbinduno,
steht und durch den die Rückführung des Schmiermittels als Folge des vor den Stopfen
8
auftretenden Staudruckes erfolgt.
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Vorstehende Erläuterungen gelten sinngemäß auch für in beiden Richtungen
belastete Spindelgetriebe. Bei diesen und ähnlichen Spindelgetrieben müssen beide
Flanken des Mutterngewindes mit öltaschen versehen werden.
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Für die ebenfalls angeführte Möglichkeit der waagerechten Anordnun
g eines Spindelgetriebes geben die Fia. 7 bis 9 Beispiele.
Ziffer 22 bezeichnet einen Schlitten C mit Mutter, der auf einem Maschinenbett
23 verschiebbar ist. Mit 3 ist wieder die angetriebene Spindel bezeichnet.
Auch die übrigen Ziffern bezeichnen die jo, eichen Teile wie in den Fig.
1 bis 6. Bei der waagerechten Spindelanordnung sind beide Seiten der
Gewindeaänge mit Schmiermitteltaschen 5 versehen, da die Mutter z. B. bei
Blechkantenhobelmaschinen, die beim Hin- und Herlaufen schneiden, auf beiden Gewindeflanken
Schnittkräfte aufnehmen muß. Das bedeutet, daß das aus dem Ölbehälter
6
durch die Leitungen 7 a und 7 den öltaschen 5 zugeführte
Öl je nach der Bewegungsrichtung des Schlittens 22 einmal nach dem einen
Ende, einmal nach dem anderen Ende der Mutter 22 gefördert wird. Deshalb sind in
diesem Falle nach den Fig. 8
und 9 an beiden Enden der Mutter 22 die
Stopfen 8
mit Federn 9 und Verschlußplatten 21 angeordnet.
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Nach der Fig. 8 wird der wechselnd an beiden Mutterenden erzeugte
Staudruck durch je eine Bohrung 11 abgefangen und zur Rückführung
des Öles über die Bohrungen 13, 13 a und 14 benutzt, wobei die Bohrungen
13 kurz und die Rücklaufkanäle 13 a und 14 doppelt vorhanden
sind.
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Eine andere Rückführung des Öles zeigt Fig. 9.
Hier sind die
beiden den Staudruck abfangenden Bohrungen 11 durch eine Rückleitung 13 verbunden.
Das auf der einen Seite unter Druck gesetzte Öl fließt nach der drucklosen
Seite zurück. Hierbei ist das Entstehen eines ölkreislaufes innerhalb der Mutter
zu erwarten, wobei auch eine gewisse Mischung mit dem in den Bohrungen
7 a und 7 befindlichen frischeren Öl stattfindet. Dies kann
bei größeren Geschwindigkeiten des Spindelgetriebes zu einer Erhitzung des öls führen,
so daß diese Anordnung in der Regel nur für geringe Umlaufzahlen brauchbar ist oder
aber besondere Maßnahmen zur Kühlung vorgesehen werden.
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Darüber hinaus können die Schmiermitteltaschen statt in der Spindelmutter
in der Spindel vorgesehen sein. In diesem Falle befinden sich auch der Schmiermittelkanal
7 und der Rücklaufkanal 11, 13 in der Spindel. Diese Ausführung kommt
insbesondere dann in Betracht, wenn die Spindel stillsteht und die Spindelmutter
in Drehung versetzbar ist. Als Werkstoffe für die Stopfen 8 kommen neben
Metallen oder Metalllegierungen auch Kunststoffe in Betracht.