DE1750637A1

DE1750637A1 - Rollspindel

Info

Publication number: DE1750637A1
Application number: DE19681750637
Authority: DE
Inventors: Max Kuesper
Original assignee: Hamuel Werkzeugfabrik Th Kirschbaum KG
Current assignee: Hamuel Werkzeugfabrik Th Kirschbaum KG
Priority date: 1968-05-21
Filing date: 1968-05-21
Publication date: 1971-04-08
Also published as: US3590644A; DE1750637C3; DE1750637B2

Description

PATENTANWALTDR-D-LOmS

85 NÜRNBERG Kefilerplatzl

Telefon Ö911/558176 Telegramme: Burgpsteai

13/re

Hamül-Werkzeugfabrik !Dh. Kirschbaum K.-G., Marktredwitz

Rollspindel .

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gewindespindel,; deren Rotations- und Iranslationsbewegung bezüglich einer sie umgebenden Lagerhülse mittels zwischen dieser und der Gewindespindel angeordneten Wälzkörpern geführt ist.

Gewöhnliche .Gleitspindeln mit Trapez- oder Rechteckgewinde, die in entsprechenden Spindelmuttern gleiten, können Reibungsverluste bis zu 85 i» der intriebsleistung aufweisen« Diese unwirtschaftliche Kraft- und Bewegungsübertragung zieht einen grossen Verschleiss und starke Erwärmung nach sich. Man ist daher dazu übergegangen, Spindeln zu bauen, die in den Spindelmuttern durch zwischen dieser und der Spindel angeordnete Wälzkörper rollend geführt werden, um so aufgrund der geringen Wälzreibuug wesentlich leichtgängigere, fast reibungslose BewegungiBumwandlungen zu erreichen, wobei die Lebensdauer erhöht wird und auch bei geringer Steigung des Spindelgewindes eine Umwandlung einer Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung "ermöglicht ist.

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Derartige Spindeln mit V/älzlagerung sehen beispielsweise in der Spindel und der Mutter halbkreisförmige und streng übereinstimmende Gewindegänge vor, in denen Kugeln umlaufen. Die Kugeln führen dabei die halbe Relativbewegung zwischen der Spindel und der Mutter aus und treten daher in axialer Bewegungsrichtung am Ende der Mutter zwangsläufig aus dem Eingriff zwischen Mutter und Spindel aus. Besondere Rückführungskanäle sorgen dafür,' dass die Kugeln am anderen Ende der Lagerstrecke wieder in den zwischen Mutter und Spinde| - belasteten Kugelgang eintreten. Andere Lösungen sehen mehrere Kugelgänge vor, die jeweils auf- einen Umlauf bezüglich der Mutter beschränkt sind. Dadurch kann der Kugelrückführkanal auf eine Länge der Gewindesteigung beschränkt werden. Diese eingängige Rückführung der Wälzkörper ist auch bei weiteren bekannten Lösungen vorgesehen, die statt Kugeln mit Rillen versehene Walzen vorsehen, die als Planetenkörper zwischen dem Gewinde der Spindelmutter und dem Spindelgewinde abrollen und nach jedem Umlauf in der Mutter um die Höhe einer Steigung zurückverschoben werden müssen. Bei all diesen Lösungen ist es unausbleiblich, dass die Kugeln oder Walzen periodisch einem plötzlichen Wechsel zwischen dem belasteten Rollgang und der belastungsfreien Rückführung unterworfen sind, was sich insbesondere bei sehr spielarmen oder vorgespannten Spindelführungen in einem ruckenden Ablauf der Relativbewegung zwischen Mutter und Spindel bemerkbar macht. Die Spieleinstellung bzw. Torspannung wird in aller Regel durch eine radiale Zweiteilung der Spindelmutter und eine axiale Verschiebung der •o erhaltenen Mutterteile erreioht.

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Eine weite»Lösung sieht die Anordnung von Planetenrollen zwischen der Spindel und der Mutter vor, wobei die Planetenrollen mit einem eingängigen Gewinde versehen sind und in das Gewinde der Mutter und das der Spindel eingreifen. Das Gewinde der Mutter und Spindel weist eine Gangzahl auf, die der Zahl oder zumindest der halben Zahl der Planetengewinderollen entsprechen muss. Das Ineinandergreifen dieser Vielzahl von Gewindeausbildung auf den flächen der Mutter, der Spindel und der Planetengewinderollen setzt eine ausserordentlich hohe Präzision der Fertigung voraus, die ein Austauschen der Wälzkörper bei deren Verschleiss sehr problematisch erscheinen lässt. Zudem müssen die Planetengewinderollen noch eine genaue Führung gegenüber der Mutter in Form eines Zahneingriffs erhalten, um ein genaues und verschränkungsfreies Ablaufen der Rollen zu ermöglichen.

Allen diesen Lösungen ist nachteilig gemeinsam, dass die durch die Konstruktion und inabesondere sehr genaue Abstimmung verschiedener Gewinde aufeinander notwendige Präzisionfertigung sehr kostspielig ist und ein Auswechseln von verschlissenen Teilen unter wirtschaftlichen Gesichtpunkten kaum möglich erscheinen lässt.

Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, eine Rollspindel zu schaffen, die unter Beibehaltung der Leichtgängigkeit eine einfache Konstruktion aufweist, die das Auswechseln der möglichet.billigen Yerschleissteile erlaubt, einen ruckfreien Bewegungsablauf ermöglicht, und den Einsatz mehrerer

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aufeinander präzise anzupassender Gewinde vermeidet.

Die erfindungsgemässe Lösung der Aufgabe ist gekennzeichnet durch mindestens ein die Gewindespindel umgreifendes und schräg zu deren Rotationsachse angeordnetes Wälzlager, dessen Aussenring in einer Lagerhülse befestigt ist und dessen Innenring in das ein- oder mehrgängige Gewinde der Spindel eingreift.

Unter Wälzlager sind hier in erster Linie serLermässig hergestellte, handelsübliche Wälzlager zu verstehen, insbesondere Rillenkugellager, die aufgrund ihrer Fertigung in sehr grossen Stückzahlen besonders billig sind.

In besonders vorteilhafter Weise wird der Innenring mit sich etwa diagonal gegenüberliegenden Kanten in das Gewinde der Spindel eingeführt. Die axialen Spindelkräfte werden somit in beiden Richtungen der Spindellängsbewegung von dem Wälz- w lager aufgenommen. Hat man sich für die Wahl eines Wälzlagers mit bestimmten Abmassen und dessen Schräglage in der Hülse von vorzugsweise 45° entschieden, so muss lediglich noch das Spindelgewinde auf die somit gegebenen Masse angepasst werden.

Je nach der zu übernehmenden Axialbelastung können mehrere Wälzlager in einer oder mehreren Lagerhülsen vorgesehen werden, wobei die einzelnen Lager bezüglich Ihrer Schräglage but Lagerhülse parallel oder versetzt angeordnet sein können.

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Um eine symmetrische Belastung der W_elle zu erreichen,ist es beispielsweise möglich, zwei Lager bezüglich ihrer Schräglage zur Lagerhülse um 180° oder vier Lager ua 90° gegeneinander versetzt anzuordnen.

Die grosse Wirtschaftlichkeit dieser Rollspindellösung wird neben der Verwendung handelsüblicher Wälzlager noch dadurch besonders erhöht, dass es durch eine Längsteilung der Lagerhülse ohne weiteres möglich ist, verschlissene Wälzlager gegen neue auszutauschen. Wie auch bei den bekannten Lösungen mit Gewindespindelmuttern kann auch hier eine Lagerhülse zwei radial geteilte und axial gegeneinander verstellbare Teile aufweisen, die jeweils mindestens ein Wälzlager beherbergen. Durch eine derartige Anordnung kann eine gezielte Spieleinstellung bzw. Vorspannung erreicht werden.

In den meisten Fällen wird man nicht so viele bezüglich ihrer Schräglage versetzt gegeneinander angeordnete Wälzlager einsetzen, dass die radiale Führung der Welle gesichert ist. Deshalb werden auf der Spindeloberfläche angreifende und zu dieser achsparallel angeordnete Wäzkörper vorgesehen, die eine radiale Versetzung der Welle vermeiden und den Eingriff des oder der Innenringe der Lager sicherstellen. Insbesondere bei Anordnung von mehr als einem Lager ist deren Halterung in der Hülse für einen exakten Eingriff mit der Welle dadurch erleichtert, dass der Aussenring zunächst mit Spiel in die Lagerhülsenauaoparun^ eingelegt und erst nach Einbau und radialer Lagorung der Spindel durch Vergiessen mit einem ge-

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eigneten Kunststoff, insbesondere Kunstharz mit Kapillarwirkung, in seiner präzisen Lage fixiert wird.

Neben dem wirtschaftlichen Einsatz billiger Wälzlager und deren Austauschbarkeit zeichnet sich die erfindungsgemässe Lösung besonders dadurch aus, dass die bekannte Spindelmutter mit Innengewinde durch eine einfache, beispielsweise zweiteilige Lagerhülse ersetzt ist, in deren Innenwand lediglich die Aussparungen für die Aufnahme der Wälzlager eingebracht v/erden * müssen, sowie durch die Tatsache, dass der sich an den Gewindeflanken abwälzende Innenring die Wälzkörper' des Lagers einem kontinuierlich verlaufenden Übergang zwischen dem Belastungsund Entlastungszustand zuführt, wodurch eine völlig ruckfreie Spindelbewegung erreichbar ist. ,

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen

Figur 1 ein Schnittbild durch eine erfindungsgemässe Ausführungsform der Spindellagerung;

Figur 2 ein Schnittbild durch eine Ausführungeform gemäss der

Erfindung, bei der eine Spieleinstellung bzw. Vorspan nung ermöglicht ist.

Figur 1 zeigt eine eingängige Gewindespindel 1 mit einer Gewindeaussparung 2, deren Gewindeflanken 3 und 4 eine ballig ausgeführte Oberfläche aufweisen. Um die Welle herum ist eine 2üngsgeteilte Lagerhül3e i> angeordnot, die an ihron linden La-

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gerringe 6 aufweist, zwischen denen und der geschliffenen Oberfläche der gehärteten Welle achsparallel zur Welle verlaufende Planetenrollen mit glatter Oberfläche angeordnet sind. Durch diese Wälzlagerung wird die Spindel radial geführt und gegen radiale Versetzungen gesichert. Zwischen diesen Radiallagern befinden sich zwei bezüglich ihrer Schräglage parallel angeordnete· Rillenkugellager 8, deren Rotationsachsen mit der Spindelachse einen Winkel von 45° einschliessen. Die Aussenringe 9 der Kugellager 8 sind in entsprechende Aussparungen der Lagerhülse 5 eingelagert, während die Innenringe 11 mit einander etwa diagonal gegenüberliegenden Ablaufpunkten 12 und 15 in die Gewindeaussparung 2 eingreifen. Zwischen dem Aussenring 9 und dem Innenring 10 sind in bekannter Weise in Käfigen gehaltene Kugeln 11 angeordnet. Durch den etwa diagonalen Abstand zwischen den Ablaufpunkten 12 und 15 des Innenringes 11 und durch die Schräglage de.r Kv , lager 8 ist das Mass für die möglichen Steigungsabstufungen des Spindelgewindes festgelegt. In diesem Pail beträgt der auf die Spindelachse bezogene Abstand der Ablaufpunkte 12 und 15 eine Länge von 2,5 Steigungen. Diese Zahl kann je nach verlangtem Verhältnis zwischen Rotations- und Iranslationsbewegung der Spindel in gewissen Grenzen um ein ganzzahliges Vielfaches der Steigung verändert werden. Die ballig ausgeführten Gewindeflanken sind in spielfreier Passung zum Innenring auf dieses sogenannte 'Plankenmass zwischen 12 und 15 geschliffen. Wollte man die Aussenringe der Kugellager von vorneherein spielfrei in der Lagerhülse einbetten, so würde das eine unnötige Präzisionsarbeit erfordern. Nach einem Merkmal der Erfindung wer-

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. den die Auasenringe 9 in die entsprechenden Auseparungen der Lagerhülse zunächst mit einem gewiesen Spiel eingelegt, so dass sie sich der. durch die Radiallager bestimmten Lage der Spindel anpassen können. In diesem völlig spannungsfreien Zustand wird dann der Zwischenraum zwischen den Aussenringen 9 und den Aussparungen in der Lagerhülse 5 über Einführkanäle 14 mit einer kapillar einströmenden Vergiessmasse 15 ausgefüllt, so dass die Aussenringe gegenüber der Lagerhülse die notwendige präzise Lage einnehmen, was besonders bei Verwendung mehrerer Kugellager der Pail ist.

Bei Rotation der Spindel läuft der Innenring an den Ablaufstellen 12 und 13 auf den ballig ausgeführten Gewindeflanken 3 und ab und überträgt diese Bewegung über die Kugeln 11 auf die Aussenringe 9 und damit die Lagerhülse 5, so dass insgesamt nur Abwälzbewegungen auftreten, die einen sehr geringen Ablaufwiderstand aufweisen.

In Figur 2 ist die gleiche eingängige Gewindespindel 1 mit der Gewindeaussparung 2 und deren Planken 3 und 4 nunmehr in einer Lagerhülse gelagert, die einen Aussenmantel 16 und in diesem axial verschiebbar zwei Lagerhülsenteile 17 und 18 aufweist. Das Lagerbülsenteil 17 entspricht bezüglich der Anordnung eines Rillenkugellagers der in Figur 1 dargestellten Ausführung, wobei lediglich ein Kugellager 8 zur Anwendung kommt. Das Lagerhülsenteil 18 weist ein gleiches Kugellager 8' auf, das gegenüber dem Kugellager des Lagerhülsenteils 17 bezüglich seiner Schräglage um 180° verschwenkt angeordnet ist. Diese Verschwen-

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kung kann man sich so vorstellen, dass man das lagerhülsenteil 17 bezüglich des Aussenmantels 16 und der ruhenden Welle 1 um 180° dreht. Diese Anordnung der Kugellager hat den Vorteil, dass sich die axialen Kräfte, die von den Innenringen der Kugellager aufgenommen werden, symmetrisch auf die Spindel verteilen. Wird beispielsweise eine axiale Kraft von rechts nach links ausgeübt, so übernimmt der Innenring 10' des Kugellagers 8¹ an dem Ablaufpunkt 12' und der Innenring 10 des Kugellagers 8 an dem Ablaufpunkt 13 den Druck. Bei umgekehrt gerichteten Axialkräften übernehmen die Innenringe 10 bzw. 10¹ der Kugellager 8 bzw. 8' den Druck an den bezüglich d-es Spindelumfangs diagonal gegeneinander versetzten Ablaufpunkten 12 bzw. 13'.

Es ist ohne weiteres verständlich, dass eine Verschiebung der Lagerhülsenteile 17 und 18 gegeneinander zu einer Spieleinschränkung bzw. Verspannung der Lagerelemente gegenüber der Spindel führt.

Selbstverständlich können die hier geschilderten Ausführungsbeispiele beträchtlich erweitert werden. Darüberhinaus bieten die erfindungsgemässen Vorrichtungen auch die Möglichkeiten, durch eineüxanslationsbewegung der sich nicht drehenden Spindel eine Drehung der axial nicht verschiebbaren Lagerhülse hervorzurufen, sowie weitere Bewegungsumvandlungsmöglichkeiten, wie sie von den bereits bekannten reibungsarmen Spindelanordnungen bekannt sind.'

Ea sei noch besonders darauf hingewiesen, dass mit der erfin- j dungsgemässen Spindellagerung besonders geringe Bauhöhen der

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Lagerhülsen erreicht werden können. Dadurch, ist es in besonderem Masse möglich, diese erfindungsgemässe Rollspindel gegen Gleitspindeln in bereits bestehenden Maschinen auszutauschen.

Sie Erfindung ist nicht auf die nachfolgenden Ansprüche beschränkt. Ihr zugehörig sind sämtliche Merkmale aus der vorstehenden Beschreibung und der Zeichnung, die aufgrund des Standes der Technik ersichtlich erfinderisch sind.

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Claims

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Pat ent- (Schlitz-) Anspruch e

Gewindespindel, deren Rotations- und Sranslationsbewegung "bezüglich einer sie. umgehend en Lagerhülse mittels zwischen dieser und der Gewindespindel angeordneten Välzkörpern geführt ist, gekennzeichnet durch mindestens ein die Gewindespindel (1) umgreifendes und schräg zu deren Rotationsachse angeordnetes Wälzlager (8), dessen Aussenring (S) in der Lagerhülee (5) befestigt ist und dessen Innenring (10) in das ein- oder mehrgängige Gewinde (2) der Spindel eingreift.

2. Spindel nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (10) mit sich etwa diagonal gegenüberliegenden Ahlaufpunkten (12, 13) in das Gewinde (2) entsprechender Steigung eingreift.

3. Spindel nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationsachse der Spindel (i) mit der des Wälzlagers (8) einen Winkel von 45° einschliesst.

4· Spindel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere

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Wälzlager (8) vorgesehen sind, deren Rotationsachsen parallel gerichtet sind.

5. Spindel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2 dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehrere Wälzlager (8) derart in der Lagerhülse (5) versetzt angeordnet sind, dass sich ihre Rotationsachsen kreuzen.

fc 6. Spindel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wälzlager (8, 8") in der Lagerhülse (16, 17, 18) "bezüglich ihrer Schräglage um 180° gegeneinander versetzt angeordnet sind, so dass ihre sich kreuzenden Rotationsachsen mit der Spindelachse ein gleichschenkeliges Dreieck bilden.

7. Spindel nach. Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Wälzlager (8) in der Lagerhülse (5) bezüglich ihrer Schräglage um 90° gegeneinander versetzt angeordnet sind, so dass ihre Rdationachsen sich unter einem rechten Winkel kreuzen.

8. Spindel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (5) längs der Spindelachse geteilt ist.

9. Spindel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (16, 17, 18) zwei oder mehrere quer zur Spindelachse

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geteilte Lagerhülsenabschnitte (17, 18) aufweist, in denen jeweils mindestens ein Wälzlager (8, 8¹) angeordnet ist und die für eine Spiel- bzw. Torspannungseinstellung axial gegeneinander verschiebbar ausgebildet sind.

10. Spindel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenringe (9) des oder der Wälzlager (8) mit einer vorzugsweise kapillar einströmenden Vergiessmasse (15) gegen die Lagerhülse (5) festgelegt sind.

11» Spindel nach einem oder mehreren der.vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der Gewindeaussparungen (3,4) in der Spindel (1) balligausgebildet sind.

12. Spindel nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur radialen Führung der Spindel (1) an deren Oberfläche abrollende und zur Spindelachse acüsparallel angeordnete Wälzkörper (7) vorgesehen sind.