DE1750637B2 - Rollspindel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gewindespindel mit

ίο einer Mutter (Rollspindel), die sich über mindestenein mit seiner Drehachse zur Drehachse der Gewindespindel geneigt angeordnetes Wälzlager in dem Ge vinde "der Gewindespindel abstützt, dessen Außenring in einer Lagerhülse der Mutter befestigt

ist und dessen Innenring sich auf der Gewindeflanke des Gewindes abwälzt.

Gewindespindeln, bei denen die Kraft- und Bewegungsübertragung zwischen Mutter und Gewinde dei Spindeln durch dazwischen angeordnete Wälzkörper

erulgt und die in einschlägigen Fachkreisen allgemein" als Rollspindeln bezeichnet werden, sind seil langem bekannt. Neben den bekannten Ausführungformen, bei denen auch eine Relativbewegung de: Wälzkörper, ζ. B. von Kugeln, relativ zu Mutter und

Gewindespindel bei deren Bewegung gegeneinander in Kauf genommen wird und bei denen daher fur eine Rückführung der hinten austretenden Wälzkörper gesorgt werden muß, sind auch bereits RoHspindein der "eingangs ueschilderten Art bekanntgewor-

den (USA.-Patentschriften 2 482 082 und 2 616 302) Bei diesen Gewindespindeln wälzt sich der Innenrinu des geneigt angeordneten Wälzlagers mittels minde stens einer radial aus der zylindrischen Innenfläche des Innenrings vorspringenden Rippe, deren Quer-

schnittsform dem Gangquerschnitt des Gewindes entspricht, auf der Gewindefianke ab Auf Grund dieser Gestaltung des Innenringes müssen also teuere Sonderwälzlager Anwendung finden. Dies fällt um so mehr dann ins Gewicht, wenn am Innenring nicht eine, sondern mehrere derartiger Rippen vorgesehen sind, da für jede Gewindesteigung Wälzlager mit dazu passenden Innenringen bereitgehalten werden müssen.

Weiterhin müssen die Innenringe der Wälzlager bei den geschilderten bekannten Gewindespindeln exzentrisch zur Drehachse angeordnet sein. Dies führt zu einer zusätzlichen Kompliziertheit der Konstruktion, da entweder die Wälzbahnen der Wälzkörper in den Lagerringen oder die Aufnahmebohrungen für die Außenringe der Wälzlager exzentrisch eingearbeitet werden müssen. Schließlich erweist es sich bei den bekannten Gewindespindeln als notwendig, bei Verwendung nur eines Wälzlagers in unmittelbaier Nähe dieses Lagers radiale Stützlager vorzusehen, da auf die Gewindespindel eine Querkraft ausgeübt wird, die den Innenring und das Gewinde im Bereich des Wälzpunktes voneinander zu trennen sucht.

Aus den vorstehenden Erläuterungen ergibt sich somit, daß die bekannten Rollspindeln bisher nicht voll befriedigen konnte. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Gewindespindeln der vorstehend erläuterten Gattung konstruktiv zu vereinfachen, insbesondere die Möglichkeit zu schaffen, handelsübliche genormte Wälzlager zu verwenden, und die Kraftübertragung zwischen Gewindespindel und Mutter zu verbessern. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß sich der Innenring mit zwei angenähert

diagonal gegenüberliegenden VVälzpunkten seiner zylindrischen Innenfläche an zwei angenähert um ISO
versetzt und mit axialem Abstand voneinander liegenden Punkten der Gewindeflanke abstützt.

Der wesentliche Gedanke der vorliegenden Erfin- S dung besteht somit darin, den Neigungswinkel des Walzlagers so zu wählen, daß nicht nur ein Wälzpunkt des Innenringes mit der Gewindeflanke, sondern zwei solche VVälzpunkte entstehen. Dadurch füllt die exzentrische Anordnung des Wälzlagers zur Drehachse der bekannten Gewindespindeln weg, und es wird auch eini besondere Gestaltung des Wälzlagerinnenringes unnötig. Ein wesentlicher, mit dem erlindungsgemäßen Vorschlag einhergehender Vorteil bestellt weiterhin darin, daß sich die zylindrische Innenfläche, die an der Gewindeflanke anliegt, besser an diese anschmiegt als die relativ flache Konuslache, die die Flanke der aus dem Innenring nach innen vorspringenden Rippe bei den bekannten Kon- -iiuktionen bildet. Bei der erfindungsgemäßen Ge- >·. indespindel ist daher die Wälzprcssuna geringer ;iid die Lebensdauer höher.

Vor allem aber ist es auf Grund der erfindungsgeiiiaßen Konstruktion nunmehr möglich, vollkommen handelsübliche Wälzlager zu verwenden. Solche Walzlager stellen bekanntlich Normteile dar. die in .iroßen Serien und demzufolge billig gefertigt werü.-n, so daß insgesamt eine Verbilligung der ganzen K,)llspindel zu erwarten ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesei::n, daß die Rotationsachse der Gewindespindel mit ^;-T des Wälzlagers einen Winkel von 45 einschließt.

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

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

Die grüße Wirtschaftlichkeit dieser Rollspindellösung wird neben der Verwendung handelsüblicher Wälzlager noch dadurch besonders erhöht, daß es durch eine Längsteilung der Lagerhülse ohne weiteres rröglich ist. veischlissene 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 be= züglich ihrer Schräglage versetzt gegeneinander angeordnete Wälzlager einsetzen, daß die radiale Führung der Welle gesichert ist. Deshalb werden auf der Spindelobcrfläche angreifende und zu dieser achsparallel angeordnete Wälzkörper 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 d^.rcn Halterung in der Hülse für einen exakten Eingriff mit der Welle dadurch erleichtert, daß der Außenring zunächst mit Spiel in die Lagerhülsenaussparung eingelegt und erst nach Einbau und radialer Lagerung der Spindel durch Vergießen mit einem geeigneten Kunststoff, insbesondere Kunstharz mit Kapillarwirkung, in seiner präzisen Lage fixiert wird.

Neben dem wirtschaftlichen Einsatz billiger Wälzlager und deren Austauschbarkeit zeichnet sidi 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 werden müssen, sowie durch die Tatsache, daß der sich an den Gewindeflanken abwälzende Innenring die Wälzkörper des Lagers einem kontinuierlich verlaufenden Übergang zwischen dem BeIastungs- und Entlastungszustand zuführt, wodurch uine völlig ruckfreie Spindelbewegung erreichbar ist.

Weitere Merkmale der ^.rfindung ergeben sich aus der Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt

F i g. 1 ein Schnittbild durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform der Spindellagerung.

F i g. 2 ein Schnittbild durch eine Ausführungsform gemäß der Erfindung, bei der eine Spieleinsteilung bzw. Vorspannung möglich ist.

F i g. 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 längsgeteilte Lagerhü!r,e 5 angeordnet, die an ihren Enden Lagerringe 6 aufweist, zwischen denen und der geschliffenen Oberfläche der gebärteten Welle achsparallel zur Welle verlaufende Planetenrollen mit glatter Oberfläche angeordnet sind. Durch diese Wälzlagerung wird die Spindel radial geführt ur.d 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 13 in die Gewindeaussparung 2 eingreifen. Zwischen dem Außenring9 und dem Innenring 10 sind in bekannter Weise in Käfigen gehaltene Kugeln 11 angeordnet. Durch den etwa diagonalen Abstand zwischen den Ablaufpunkten 12 und 13 des Innenringes 11 und durch die Schräglage der Kugellager 8 ist das Maß für die möglichen Steigungsabstufungen d's Spindelgewindes festgelegt. In diesem Falf beträgt der auf die Spindelachse bezogene Abstand der Ablaufpunkte 12 und 13 eine Länge von 2,5 Steigungen. Diese Zahl kann je nach verlangtem Verhältnis zwischen Rotations- und Translationsbewegung 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 sogenannten F'ankenmaß zwischen 12 und 13 geschliffen. Wollte man die Außenringe der Kugellager von vornherein spielfrei in der Lagerhülse einbetten, so würde das eine unnötige Präzisionsarbeit erfordern. Ni'ch einem Merkmal der Erfindung werden die Außenringe 9 in die entsprechenden Aussparungen der Lagerhülse zunächst mit einem gewissen 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 Lagerhülsc die notwendige präzise Lage einnehmen, was besonders bei Verwendung mehrerer Kugellager der Fall ist.

Bei Rotation der Spindel läuft der Innenring an den Ablaufstellen 12 und 13 auf den ballig ausgeführten Gewindeflanken 3 und 4 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 F i g. 2 ist die gleiche eingängige Gewindespindel 1 mit der Gewindeaussparung 2 und deren Flanken 3 und 4 nunmehr in einer Lagerhülse gelagert, die einen Außenmantel 16 und in diesem axial verschiebbar zwei Lagerhülsenteile 17 und 18 aufweist. Das Lagerhülsenteil 17 entspricht bezüglich der Anordnung eines Rillenkugellagers der in F i g. 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 Verschwendung kann man sich so vorsteiien, 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 8' 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. 10' der Kugellager 8 bzw. 8' den Druck an den bezüglich des Spindelumfangs diagonal

ίο 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. Darüber hinaus bieten die erfindungsgemäßen Vorrichtungen auch die Möglichkeiten, durch eine

ao Translationsbewegung der sich nicht drehenden Spindel eine Drehung der axial nicht verschiebbaren Lagerhülse hervorzurufen, sowie weitere Bewegungsumwsndlungsmöglichkeiten, wie sie von den bereits bekannten reibungsarmen Spindelanordnungen bekannt sind.

Es sei noch besonders darauf hingewiesen, daß mit der erfindungsgemäßen Spindelbewegung besonders geringe Bauhöhen der Lagerhülsen erreicht werden können. Dadurch ist es in besonderem Maße mög-Hch, diese erfindungsgemäße Rollspindel gegen Gleitspindeln in bereits bestehenden Maschinen auszutauschen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Gewindespindel mit einer Mutter, die sich über mindestens ein mit meiner Drehachse zur Drehachse der Gewindespindel geneigt angeordnetes Wälzlager in dem Gewinde der Gewindespindel abstützt, dessen Außenring in einer Lagerhülse der Mutter befestigt ist und dessen Innenring sich auf der Gcwindeflanke des Gewindes abwälzt, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Innenring (10) mit zwei angenähert diagonal gegenüberliegenden Wälzpunkten (12, 13) seiner zylindrischen Innenfläche an zwei angenähert um !8C versetzt und mit axialem Abstand voneinander liegenden Punkten der Gewindeflanke abstüt/t.

2. Gewindespindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse der Spindel (1) mit der des Wälzlagers (8) einen Winkel von 45 einschließt.

3. Gewindespindel nach eii om oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wälzlager (8) vorgesehen sind, deren Rotationsachsen parallel gerichtet sind.

4. Gewindespindel nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wälzlager (8) derart in der Lagerhülse (5) versetzt angeordnet sind, daß sich ihre Rotationsachsen kreuzen.

5. Gewindespindel nach Ansp^ruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Wälzlager (8. 8') in der Lagerhülse (16, 17. 18) bezüglich ihrer Schräglage um 180' in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind, so daß ihre sich schneidenden Rotationsachsen mit der Spindelachse ein glcichschenkeliges Dreieck bilden.

6. Gewindespindel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, ΰ.τβ mindestens zwei Wälzlager (8) in der Lagerhülse (5) bezüglich ihrer Schräglage um 90 in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt angeordnet sind, so daß ihre Rotationsachsen sich unter einem rechten Winkel kreuzen.

7. Gewindespindel nach einem der vorhergchenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhülse (5) längs der Spindelachse geteilt ist.

8. Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerhülsc (16, 17, 18) mehrere quer zur Spindelachse geteilte Lagerhülsenabschnitte (17, 18) aufweist, in denen jeweils mindestens ein Wälzlager (8. 8') angeordnet ist und die für eine Spiel- lv\v. Vorspannungseinstellung axial gegeneinander verschiebbar ausgebildet sind.

9. Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenringe (9) des oder der Wälzlager (8) mit einer vorzugsweise kapillar einströmenden Vergicßmassc (15) gegen die Lagerhülse (5) festgelegt sind.

10. Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ai. jirüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Gewindeaussparungen (3,4) in der Spindel (1) ballig ausgebildet sind.

1 1. Gewindespindel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur radialen Führung der Spindel (1) an deren Oberfläche abrollende und zur Spindelachse achsparallel angeordnete Wälzkörper (7) vorgesehen sind.