DE19504919C2 - Gewindespindel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gewindespindel, insbesondere Vorschubspindel zur Verwendung in einem Gewindetrieb, Kugelgewindetrieb oder Planetenrollentrieb, mit Mitteln, um durch Reckung temperaturverursachte Längenänderungen zu kompensieren.

Im allgemeinen ist davon auszugehen, daß die Änderung der Temperatur im Betrieb ca. 5-10° beträgt also z. B. von 20° auf 25-30°. Bei einer Längenänderung bei Stahl von ca. 12 µ/°/m und einer Spindellänge von 2 m bedeutet das eine Längenänderung von ca. 0,12-0,24 mm.

Bei bekannten Gewindespindeln werden die Mittel zur Kompensation temperaturverursachter Längenänderungen durch Reckung dadurch gebildet, daß die Axiallager, in denen die Spindel aufgenommen ist, unter Zugspannung stehen (DE 41 35 167 A1). Die dadurch erreichte Längenänderung der Spindel bleibt dann bei unterschiedlichen Temperaturen näherungsweise erhalten; die Temperaturschwankungen bewirken lediglich eine Änderung der Zugspannung, nicht jedoch der Länge. Der Nachteil einer solchen Kompensation der bei Temperaturänderungen eintretenden Längenänderungen besteht darin, daß die zum Recken der Spindel erforderlichen Zugkräfte über die Spindellager und das Maschinenbett geleitet werden müssen. Dies erfordert eine entsprechend starke Dimensionierung. Außerdem erzeugen die wesentlich stärker belasteten Axiallager wiederum mehr Wärme, die zu weiteren Problemen infolge unerwünschter Wärmedehnung innerhalb der Maschine führen kann. Es sind ferner vorgespannte Gewindespindeln bekannt, die aus einer Hohlwelle aus Stahl bestehen, in der ein Stab angeordnet wird, der durch eine Zugkraft gespannt wird (DE 10 16 510 C, DE 44 34 706 A1 und GB 526 277). Diese Konstruktionsvorschläge betreffen aber nicht die Kompensation von wärmebedingten Längenänderungen, sondern die Erhöhung der Belastbarkeit der Spindeln durch an diesen angreifenden Zugkräfte (DE 10 16 510 C), die Sicherung der Spindel gegen Bruch (DE 44 34 706 A1) bzw. vereinfachte Herstellungsvorgänge (GB 526 277).

Aufgabe der Erfindung ist es, die oben erwähnten temperaturverursachten Längenänderungen zu verhindern, ohne die genannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen.

Erfindungsgemäß erfolgt dies dadurch, daß die Gewindespindel eine Hohlwelle aus Stahl ist, in der ein Stab aus einem Material, dessen Wäremdehnungskoeffizient geringer als der des Stahls ist, angeordnet ist, und daß die Gewindespindel durch Spanneinrichtungen gereckt wird, die sich auf den Stab abstützen.

Die zum Recken der Gewindespindel erforderlichen Zugkräfte werden also nicht am Maschinenbett oder den Lagern der Spindel abgestützt, sondern an einem dafür geeigneten Stab innerhalb der Gewindespindel selbst, die, um ihn aufnehmen zu können, als Hohlwelle ausgebildet ist. Dadurch muß die Kraft nicht über die Lagerung der Gewindespindel oder das Maschinenbett abgeleitet werden. Die Kraftableitung erfolgt vielmehr in der Gewindespindel selbst. Voraussetzung ist allerdings dafür, daß der Wärmedehnungskoeffizient des Stabes geringer ist als der Wärmedehnungskoeffizient des Stahls, aus dem die Hohlwelle ist. Infrage kommt als Werkstoff für den Stab etwa Glaskeramik oder ein anderer keramischer Werkstoff. Außerdem sollte der Elastizitätsmodul des Stabes möglichst hoch sein.

Weitere Vorteile der Erfindung sind die Verringerung des polaren Massenträgheitsmoments, die Erhöhung der axialen Steifigkeit der Spindel gegenüber nicht gereckten, hohl gebohrten Spindeln und die Möglichkeit, die Masse des inneren Stabes zur Darstellung einer Schwingungsdämpfung zu verwenden.

Die Erfindung betrifft ferner vorteilhafte Weiterbildungen. Sie sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte einzige Zeichnung beschrieben.

Die Zeichnung zeigt die Gewindespindel 1 auf, die als Hohlwelle ausgebildet ist. Sie ist aus Stahl gefertigt und weist in der üblichen Weise ein Außengewinde 8 auf, um bei Drehung einen Vorschub eines Maschinenteils zu bewirken, das mit der Mutter 20 verbunden ist. Die Hohlwelle 1 weist eine Bohrung 9 auf, in der ein zylindrischer Stab 2 aus keramischem Werkstoff, z. B. Glaskeramik, angeordnet ist. Wichtig ist, daß sein Wärmedehnungskoeffizient erheblich geringer als der von Stahl ist, möglicherweise sogar gegen Null tendiert. Außerdem soll sein Elastizitätsmodul möglichst hoch sein. Die Enden der Gewindespindel 1 sind mit Gewindeabschnitten 4, 4' versehen, deren Steigung unterschiedlich von der Steigung des Außengewindes 8 sein kann. Am linken Ende der Gewindespindel 1 ist im Gewindeabschnitt 4' ein mit einem Sechskant 3 versehener Druckbolzen 7 und am rechten Ende der Gewindespindel 1 im Gewindeabschnitt 4 ein Verschlußstopfen 13 eingeschraubt. Durch Drehen des Sechskants 3 wird die Gewindespindel 1 gereckt, d. h. im elastischen Bereich, in dem eine Längenrückänderung stattfindet, in der Länge auseinandergezogen. Die entsprechende Kraftabstützung des Druckbolzens 7 und des Verschlußstopfens 13 gegenüber der Gewindespindel 1 erfolgt durch die Abstützung am Stab 2.

Auf den Druckbolzen 7 wirken entlang des Umfangs verteilte und in im linken Ende der Gewindespindel 1 abgestützte Stiftschrauben 6 ein. Damit kann die axiale Lage des Druckbolzens 7 und damit des Stabes 2 justiert bzw. zentriert werden.

Um zu gewährleisten, daß - bei Reckung - der Gewindespindel 1 und der sich dabei ergebenden Druckbelastung des Stabes 2 dieser nicht einknicken kann, sind in geeigneten Abständen und über bestimmte Längenbereiche in dem Raum zwischen der Bohrung 9 und dem Stab 2 manschettenartige Führungsbuchsen 5 angeordnet.

Entweder ein oder beide Enden der Gewindespindel 1 können wie üblich zur Aufnahme von Lagerung und Antrieb mittels Riemenscheibe, Kupplung o. ä. ausgebildet sein. Ein Beispiel zeigt die Figur.

Das linke Ende der Gewindespindel 1 hat einen Bereich 12 mit vergrößertem Radius. Er hat einen Absatz 14, der eine Anlagefläche bildet. An diesem Absatz 14 liegen die Innenringe 15, 15' des 2-reihigen Schrägkugellagers 16 an. Er wird von der Mutter 17 gegen den Absatz 14 gedrückt und erhält dadurch seine Vorspannung. Der Außenring 18 wird dann in üblicher Weise an einem Maschinenteil aufgenommen. Auf dem linken Ende 19 der Gewindespindel 1, dessen Radius wieder - im Anschluß an den Bereich 12 - reduziert ist, ist außen ein Antriebsrad 21 fest aufgebracht, und zwar mittels einer Nut/Feder-Verbindung oder ähnlichem. Das Antriebsrad 21 kann eine Riemenscheibe, ein Ritzel oder ähnliches sein.

Bezugszeichenliste

1

Gewindespindel

2

Stab

2

' Stirnfläche von

2

3

Sechskant

4

,

4

' Innengewinde an den Enden der Gewindespindel

1

5

Führungsbuchsen

6

Stiftschrauben

7

Druckbolzen

8

Außengewinde an

1

9

Bohrung

12

Bereich von

1

mit vergrößertem Radius

13

Verschlußstopfen

14

Absatz

15

Innenring von

16

16

Lager

17

Mutter

18

Außenring von

16

19

linkes Ende von

1

20

Mutter

21

Antriebsrad

Claims (6)

1. Gewindespindel, insbesondere Vorschubspindel zur Verwendung in einem Gewindetrieb, Kugelgewindetrieb oder Planetenrollentrieb, mit Mitteln, um durch Reckung temperaturverursachte Längenänderungen zu kompensieren, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindespindel (1) eine Hohlwelle aus Stahl ist, in der ein Stab (2) aus einem Material, dessen Wärmedehnungskoeffizient geringer als der des Stahls ist, angeordnet ist, und daß ferner die Gewindespindel (1) durch Spanneinrichtungen (7, 13) gereckt wird, die sich auf dem Stab (2) abstützen.

2. Gewindespindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reckung der Gewindespindel (1) bis zu einem Ausmaß erfolgt, das unterhalb der Streckgrenze des Stahls liegt.

3. Gewindespindel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtungen durch mit der Gewindespindel (1) verschraubten Druckbolzen (7) und/oder Stopfen (13) gebildet werden.

4. Gewindespindel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Stab (2) und der Bohrung (9) in der Gewindespindel (1) ein Lager (5) für den Stab (2) vorgesehen sind.

5. Gewindespindel nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß in den Spanneinrichtungen (7, 13) Einrichtungen (6) zur Achsjustierung und -zentrierung des Stabes (2) vorgesehen sind.

6. Gewindespindel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zur Justierung und Zentrierung durch Stiftschrauben (6) gebildet werden.