DE1951080C3 - Selbsthemmende Spindel-Mutteranordnung für eine motorische Verstellvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine selbsthemmende Spindel-Mutteranordnung für eine motorische Verstellvorrichtung mit einem umsteuerbaren Motor, insbesondere einem Elektromotor, der unmittelbar oder über ein Getriebe die in beiden Richtungen selbsthemmende Spindel-Mutteranordnung entsprechend niedriger Gewindesteigung antreibt, wobei entweder die Spindel oder die Mutter eine schiebende bzw. ziehende Bewegung ausübt.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Gattung wird entweder die Spindel in Drehung versetzt, so daß die gegen Drehung gehinderte Mutter eine Längsbewegung ausführt, oder aber die Mutter wird in Drehung versetzt, so daß die gegen Drehung gesicherte Spindel die Längsbewegung ausführt.

Um bei diesen Vorrichtungen große Vorschubgeschwindigkeiten zu erreichen, ist es erforderlich, entweder Spindel oder Mutter mit hohen Drehzahlen anzutreiben oder aber mit hohen Spindelsteigungcn zu arbeiten.

Arbeitet man mit hohen Spindelsteigungen, dann wächst der Wirkungsgrad zwischen Spindel und Mutter und es ist nach Ausführung der Längsbewegung erforderlich, Spindel oder Mutter durch eine zusätzliche Bremse in der erreichten Stellung festzuhalten, um ein Weiterlaufen der Spindel oder Mutter zu verhindern.

ίο Bei nicht zur eingangs genannten Gattung zählenden Kügelumlauf-Gewindespindeln wird bekanntlich ein sehr hoher Wirkungsgrad und eine sehr niedrige Reibung zwischen Spindel und Mutter erzielt. Insbesondere wegen ihres Leichtlaufs benötigen derartige Kügelumlauf-Gewindespindeln eine Bremse, welche beispielsweise bei schwebender Last einen unbeabsichtigten Rücklauf der Spindel verhindert und die Vorrichtung in der gegebenen Position arretiert. Bei angetriebener Spindel ist im Falle einer derartigen

no bekannten Kugelumlauf-Gewindespindel der Mutter eine begrenzte Drehbewegung gestattet, und zwar zu dem Zweck, einen Sperrmechanismus in Gang zu setzen, der die Kugeln des Kugelumlaufs an einem unbeabsichtigten freien Rücklaufen hindert, weil die

»5 Mutter ansonsten eine unbeabsichtigte Rückwärtsbewegung ausführen würde. Damit die Mutter zur Verhinderung einer ungewollten Rückwärtsbewegung den Sperrmechanismus überhaupt aktivieren kann, muß die Mutter eine leichtgängige, begrenzte Anfangsdrehung vollführen können. Um dieses zu ermöglichen, sind an den beiden Stirnseiten der Mutter Kugeliager erforderlich und vorgesehen.

Bei Vorrichtungen der eingangs geschilderten Gattung hingegen ist die Spindelsteigung so gering gehalten, daß zwischen Spindel und Mutter infolge der Reibung Selbsthemmung besteht, wenn Mutter oder Spindel nicht mehr angetrieben werden. Die ansonsten notwendigen Bremsen können demnach bei diesen Vorrichtungen entfallen. Wie die Erfahrung bewiesen hat. besitzen derartige selbsthemmende Schraubenspindelgetriebe eine genügend hohe Lehensdauer, so daß durch Fortfall der Bremsen diese Geräte preiswerter /u erstellen sind und weniger störungsanfällig arbeiten.

Wenn diese Versiellvorrichtungen mit niedriger Spindelsteigung und Selbsthemmung, zwischen Spindel und Mutter hohe Vorschubgeschwindigkeiten erreichen sollen, dann ist hierzu eine hohe Antriebsdrehzahl erforderlich.

Es ist leicht einzusehen, daß diese hohen Antriebsdreluahlcn ein hohes Schwungmoment der umlaufenden Teile ergeben. Läuft der schiebende Teil nach Ausführung der Verstellbewegung gegen einen festen Anschlag, dann führt dieses Schwungmoment, das unmittelbar zum Stillstand gebracht wird, sehr häufig zu einer Verklemmung /wischen Spindel und Mutter. Diese Verklemmung entstellt durch nie ganz vermeidbare Herstcllungstolcran/cn. die dazu führen, daß Spindel und Mutter sich infolge dieser Toleranzen gegenseitig versetzen, also nicht achsparallel bleiben. Ferner können von außen auf den schiebenden Teil wirkende Seitenkräfte zu einer Verklemmung führen. Erfahrungsgemäß ist diese Verklemmung zwischen Spindel und Mutter oft so groß, daß ein Wiederanfahren meistens nicht möglich ist.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es bekannt, die Mutter oder die Spindel in Längsrichtung federnd zu lagern, so daß die Schwungmassen über Feder-

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kräfte langsamer abgebremst werden und somit ein ment, wobei bekanntlich ein normaler Drehstrommo-

Verklemmen zwischen Spindel und Mutter verhin- tor keine volle Umdrehung benötigt, um bereits seine

dert wird. Es ist leicht einzusehen, daß der Feder- normale Drehzahl zu erreichen.

weg, der notwendig ist, um eine Vcrklemmung zu Ein Festlaufen zwischen Spindel und Mutter ist

verhindern, verhältnismäßig grcß sein muß. Ist er 5 auf diese Art und Weise vollkommen verhindert und

nämlich nur kurz, dann wird sogar das Verklemmen die bisher hierzu erforderliche federnde Lagerung

begünstigt und das Lösen der Mutter von der Spindel mit all ihren Nachteilen vermieden. Gleichzeitig

erschwert, da dann die Federung ähnlich wirkt wie bleibt das Schwungmoment bei plötzlicher Abbrem-

eine Federsicherung zwischen einer Schraube und sung erhalten undkann als zusätzliche Schließkraft,

Mutter. ίο falls dies erwünscht ist, ausgenutzt werden.

Es ist außerdem bekannt, die federnde Lagerung Um ein unerwünschtes Schwungmoment bei plötzin Längsrichtung mit zusätzlicher Reibung zu verse- iicher Abbremsung zu vermindern, sind im übrigen hen, so daß ein Zurückfedern vermieden wird und nach dem Stand der Technik andere Möglichkeiten gleichzeitig durch die zusätzliche Reibung ein Teil bekannt, welche keine längsverschieblichf Federung des Schwungmomentes der Spindel-Mutteranordnung 15 mit zusätzlicher Reibung und aufwendigem Plaizbeaufgezehrt und damit der Federweg verringert wird. darf erfordern. Man kann beispielsweise einen Dreh-In allen Fällen, in denen jedoch das Schwungmo- strommotor im Augenblick des Abschaltens mit ment der Spindel-Mutteranordnung bei plötzlicher Gleichstrom beschicken und ihn vorzeitig abbremsen. Abbremsung als zusätzliche Schließkraft erwünscht Ebenso sind Wirbelstrombremsen bekannt, die die ist, ist diese Zusatzreibung von Nachteil. 20 Stillsetzzeit des Motors und damit auch seine

Die federnd längsverschiebliche Lagerung von Schwungmassen begrenzen.

Mutter oder Spindel ist außerdem aufwendig und be- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden dingt eine größere Baulänge der Verstellvorrichtung. als reibungsarme unelastische Verbindungselemente Ein weiterer Nachteil der federnden Lagerung in zwischen Mutter und Muttergehäuse Wälzlager, ins-Längsrichtung ist die beeinträchtigte Positionierungs- 25 besondere Kugellager, verwendet.
genauigkeit. Ein weicher Anschlag des Bolzens nach einer beim Bewußtsein der vorgenannten Nachteile liegt grenzten Drehbewegung der Mutter wird entspreder Erfindung die Aufgabe zugrunde, insbesondere chend einer anderen Ausführungsform dadurch erdie lästigen Klemmwirkungen an selbsthcinmenden zielt, daß der Bolzen auf der Mutter einen federnden Spindel-Mutteranordnungen motorischer Verstellvor- 30 Belag besitzt.

richtungen zu beseitigen und eine kostenunaufwen- Entsprechend einer anderen Ausführungsform der

dige Vorrichtung zu schaffen, die außerdem einen Erfindung hat es sich als zweckmäßig erwiesen, daß

einfachen und daher betriebssicheren Aufbau besitzt. zwischen dem die Mutter aufnehmenden Mutterge-

Entsprechend der Erfindung wird diese Aufgabe da- hause und den die Mutter abstützenden reibungsar-

durch gelöst, daß die entweder vom Motor oder von 35 men unelastischen Verbindungselementen beidseitig

der Spindel angetriebene Mutter die Axialkräftc für eine vorgespannte Tellerfeder angeordnet ist, deren

die Schub-Zugbewcgung über reibungsarme unelasti- Vorspannung so groß bestimmt ist, daß sie für die

sehe Verbindungselemente auf ein die Mutter auf- von der Verstellvorrichtung ausgeübten Kräfte keine

nehmendes Muttergehäuse überträgt, wobei die wesentliche federnde Wirkung hat. Die Tellerfedern

durch die Reibung zwischen Spindel und Mutter vor- 40 sind demnach derart vorgespannt bzw. ausgelegt, daß

handene Umfangskraft durch einen Bolzen in der wesentlich größere, die Kräfte des Antriebsmotors

Mutter auf das Muttergehäuse übertragen wird, wo- übersteigende, äußere Kräfte abgefangen werden

bei das Muttergehäuse eine Ausnehmung für den können, so daß die Verstellvorrichtung, insbesondere

Bolzen besitzt, die eine begrenzte Drehbewegung der bei starken, schlagartigen äußeren Belastungen, kei-

Mutter zulaßt, und wobei das Muttergehäuse cntwe- 45 nen Schaden nimmt. In den Fällen, in denen eine

der mit dem antreibenden Motor oder mit einem derartige äußere Belastung nicht zu erwarten ist,

Schub-Zugrohr starr verbunden ist. können derartige Tellerfedern selbstverständlich ent-

Kommt bei der erfindungsgemäßen Verstellvor- fallen.

richtung die Längsbewegung der Spindel-Multeran- Die Erfindung wird nunmehr an zwei Ausfühordnung an einem festen Anschlag zu plötzlichem 50 rungsbeispielen an Hand von Zeichnungen näher erStillstand, dann tritt keine Verklemmung zwischen läutert, und zwar zeigt

Spindel und Mutter mehr auf, da die reibungsarmen Fig. I eine Verstellvorrichtung, teils in Ansicht, unelastischen Verbindungselemente zwischen Mutler teils im Längsschnitt, nach einer ersten Ausführungsund Muttergehäuse eine Verklerr.mung auch dann form,

verhindern, wenn sich das Muttergehäuse in Achs- 55 Fig. 2 eine Verstellvorrichtung in einer der Fig. 1

richtung durch seitliche Kräfte oder durch herstcl- entsprechenden Wiedergabe gemäß einem zsveiten

lungsbedingte Toleranzen versetzt. Sollte bei einer Ausführungsbeispiel,

sehr geringen Spindelsleigung und einem uiiveihält- Fig. 3 einen Teilschnitl durch die Vorrichtungen nismäßig großen gegenseitigen Versatz zwischen Spin- in einem größeren Maßstäbe, und
del und Muttergehäusc bei plötzlicher Abbremsung 60 F i g. 4 eine Stirnansicht hierzu,
trotzdem ein gewisses Festlaufen der Mutter erfol- Die Fig. 1 stellt eine elektromotorische Verstellgep., dann kann bei der Umsteuerung der Bewegungs- vorrichtung dar, in der eine von einem Elektromorichlung die Mutter sich um einen bestimmten Win- tor 2 in Umdrehung versetzte Mutter 8 eine gegen kel drehen und durch die eingeleitete Bewegung ge- Verdrehung gesicherte Spindel 4 in Längsbewegung gen den Anschlag des Muttergehäuses die Verklem- 65 versetzt. Bei dieser Anordnung sitzt der Rotor des mung zwischen Spindel und Mutter lösen. Dieses ge- Elektromotors 2 auf einer hohlen Rotorwelle 3, die in schieht beispielsweise durch das während des Hoch- einem Gehäuse 1 durch Nadellager 11 und Zuglaufens eines Elektromotors'erzeugte Schwungmo- Drucklager 5 unverschieblich gelagert ist, wobei die

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hohle Rotorwelle 3 mit einem rotationssymmetrisch, Mutterseite ist eine Tellerfeder 13 vorgesehen, die

topfförmig ausgebildeten Körper 6 verschweißt ist. eine Vorspannung des Nadellagers 9 ermöglicht und

Der Körper 6 dient zur Aufnahme eines Mutterge- gleichzeitig den Schutz der Lager 9 gegen äußere

häuses 7 mit Flansch 7 a, wie in F i g. 3 gesondert mögliche Schläge auf die Schubeinheit darstellt. Eine

dargestellt ist. In diesem. Muttergehäuse 7 und la be- 5 weitere Tellerfeder 13 ist ebenfalls auf der anderen

findet sich die Mutter 8, die beidseitig durch Wälzla- Seite der Mutter 8 anzubringen.

ger9 — im dargestellten Fall als Nadellager ausge- Besonders herausgestellt werden soll, daß diese

bildet — gehalten wird. Tellerfeder 13 in Fig. 3 nicht als Federung für die

Die Übertragung der Drehbewegung des Körpers 6 Mutter-Spindel-Anordnung dienen soll, sondern derauf das Muttergehäuse7 und la erfolgt über den io artij; vorgespannt ist, daß sie nur noch äußere, noch Flansch 7 α. Die Übertragung der Drehbewegung des größere Kräfte federnd abfangen kann, als sie von Muttergehäuses7 und la auf die Mutter8 und damit dem Motor über die Schraubenspindel erzeugt werderen Mitnahme geschieht über einen in der Mutter den kann. In den Fällen, in denen dieser Schutz geangebrachten Anschlag 10, der in einer Ausnehmung gen äußere Schläge nicht erforderlich ist, genügt die des Muttergehäuses 7 und la sitzt. 15 Ausbildung ohne Tellerfedern, wie sie auf der rech-

Ein Bund 12 am Ende der Spindel 4 bildet den ten Seite der Mutter 8 dargestellt ist.

Anschlag gegen das Gehäuse 1 und begrenzt die Ein Bolzen 10 ist mit Gewinde versehen und in die

Längsbewegung der Spindel 4 in Ausfahrrichtung. Mutter 8 eingeschraubt. Auf der linken Seite ist dar-

Die Anschlagbegrenzung in der Einfahrrichtung wird gestellt, daß der Bolzen 10 lediglich geringes Spiel in

durch einen normalerweise ohnehin notwendigen Ga- 20 Axial- und Umfangsrichtung der Mutter 8 besitzt

belkopf am anderen Spindelende bewirkt, der eben- (s. auch Fig. 4) Auf der rechten Seite ist ein auf dem

falls gegen das Gehäuse 1 anläuft, aber nicht bcson- Bolzen 10 sitzender Gummimetallkörpcr 14 ciarge-

ders dargestellt ist. stellt, der zugleich einen etwas größeren Umfangs-

Ebenfalls nicht dargestellt ist die Abschaltung des wmkel durchlaufen kann, ehe er an die Ausnehmung

Motors, wenn die Spindel 4 gegen ihre Anschläge 25 im Gehäuse 7 anschlägt.

läuft. Diese Abschaltung kann entsprechend dem Es ist bei Betrachtung der Fig. 1 ersichtlich, daß Stande der Technik drehzahlabhängig erfolgen, in- es nicht unbedingt notwendig ist, ein topfförmiges dem der Motor abgeschaltet wird, weil seine Dreh- Muttergehäuse7 und la zu verwenden, sondern es zahl plötzlich absinkt. Es ist aber auch möglich, du ist auch möglich, die Mutter 8 direkt in dem GeAbschaltung durch den plötzlichen Stromanstieg des 3° häuse6 zu lagern. Das Muttergehäuse7 und la wird Motors vorzunehmen. Weiterhin ist es auch möglich, deswegen bevorzugt, weil es eine leichte auch für den einen Motor zu verwenden, der als Stillstandsmotor Nichtfachmann mögliche Auswechslung der Mutter ausgebildet ist, und daher nicht abgeschaltet werden samt Kugellager gestattet. Die Ausbildung des Flanmuß, wenn die Spindel 4 gegen die Anschläge lauft. sches 7 α gemäß F i g. 3 gestattet die Verwendung

In Fig. 2 ist eine Verstellvorrichtung dargestellt, 35 dieses aus dem Körper7 und Flansch la gebildeten

bei der die über den Elektromotor2 in Umdrehung Mu'.tergehäuses für beide Arten der Versteüvorrich-

versetzte Spindel 3ο .Γ; j'.egen Drehung gesicherte tungcn, wie sie in Fig. 1 und 2 gezeigt werden, wo-

Mutter» in axialer Rici lung bewegt. Die Sp'ndei 3c bei der Verdiehungsschütz der Verstellvorrichtung

ist mit der Hohlwelle 3 des Rotors fest verbunden gemäß Fig. 2 für das Schub-Zugrohr 4a in einfach-

und mit dieser gemeinsam durch das Nadellager II 40 ster Weise erreicht wird, wenn die äußeren Bohrun-

und das Drucklager S axial gesichert. Der rotations- gen im Flansch 7 a, in denen die Schrauben 16 nicht

symmetrische, topfförmige Körper 6, der in der mehr benotigt werden, dazu dienen, den Verdre-

Fig. 1 das Muttergehäuse7 und la aufnimmt, be- hungsschutz herzustellen, indem sie in bekannter

steht in F i g. 2 nur noch aus dem Bund 6 α, der Weise auf Bolzen gleiten, die in dem Gehäuse 1 hefe-

ebenfalls mit dem Rohr 3 verschweißt ist und dazu 45 stigt sind.

dient, das Drucklager5 aufzunehmen. Das Mutterge- Außer den in Fig. 1 und 2 dargestellten Verstell

häuse 7 und 7 α ist mit einem Schub-Zugrohr 4 α ver- vorrichtungen mit eingebautem Elektromotor unc

schraubt. Die Drehsicherung des Sch üb-Zugroh res ist mit schiebender bzw. ziehender Spindel oder schie·

nicht dargestellt. " bender bzw. ziehender Mutter lassen sich noch vie

Die Begrenzung der Schub-Zugbewegung erfolgt 50 lerlei andere Ausführungsformen verwirklichen, in

in diesem Falle einerseits durch den Anschlag des dem beispielsweise der rotationssymmetrische Kör

Schubrohrflansches mit den Schraubenköpfen gegen per 6, statt eines Rohres 3 eine Kupplung trägt, a:

die Innenseite des Gehäuses 1 und andererseits durch die ein genormter Elektromotor angekuppelt werdet

den ebenfalls nicht angedeuteten Gabelkopf am Ende kann. Statt eines Elektromotors kann dann auch eil

des Schub-Zugrohres 4 a, der gegen die Außenseite 55 hydraulischer oder pneumatischer Motor verwende

des Gehäuses 1 anläuft. werden.

Die F i g. 3 zeigt das aus den Teilen 7 und 7 a ge- In weiterer Ausbildung der crfindungsgemäßei

bildete Muttergehäusc7 und 7α und die Anordnung Vorrichtung ist es auch möglich, die Nadellager'

der Mutter 8. Die gestrichelt angedeuteten Teile auf durch andere Elemente zu ersetzen, die Axialkräft

der linken Seite der Fig.3 gehören zu der Ausbil- 60 ebenfalls mit geringer Reibung übertragen könne

dung der Verstellvorrichtung nach Fig. 1 und auf und daher gleichzeitig einen Reibungsschluß zwi

der rechten Seite angedeutet zur Ausbildung der Ver- sehen Mutter und dem sie aufnehmenden Mutterge

Stellvorrichtung nach F i g. 2. häuse auch dann verhindern, wenn seitliche Kraft

Das rotationssymmetrische, topfförmige Mutterge- auftreten, die durch Herstellungstoleranzen beding häuse7 und la nimmt die Mutter8 auf und bildet 65 sind oder von außen auf den schiebenden b-~> ;ic

als Abschluß den Flansch la, der durch eine ent- henden Teil wirksam werden. Ein solches ,uci

sprechende Eindrehung eine Zentrierung des Kör- könnte beispielsweise durch einen Flüssigkeit: ing a

pers7 mit dem Flansch la ergibt. Auf der linken Stelle der Nadellager9 gebildet werden, der bei h(

hen Drehzahlen aus dem öl entsteht, das zur Schmierung zwischen Spindel und Mutter dient.

Es ist außerdem möglich, an Stelle der Nadellager 9 den Anschlag 10, statt mit der Gummimetallverbindung 14 mit dem Nadellager zu versehen,

wenn nur kleinere Verstellkräfte benötigt werden. Das Nadellager übernimmt dann an Stelle der Gummimetallverbindung 14 den Anschlag gegen das Muttergehäuse? und 7 a, ohne dabei einen Reibungsschluß herzustellen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 614/34

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Selbsthemmende Spindel-Mutteranordnung für eine motorische Verstellvorrichtung mit einem umsteuerbaren Motor, insbesondere einem Elektromotor, der unmittelbar oder über ein Getriebe die in beiden Richtungen selbsthemmende Spindel-Mutteranordnung entsprechend niedriger Gewindesteigung antreibt, wobei entweder die Spindel oder die Mutter eine schiebende bzw. ziehende Bewegung ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß die entweder vom Motor (2) oder von der Spindel (3 a) angetriebene Mutter (8) die Axialkräfte für die Schub-Zugbewegung über reibungsarme unelastische Verbindungselemente auf ein die Mutter aufnehmendes Muttergehäuse (7, 7 α) überträgt, wobei die durch die Reibung zwischen Spindel (3 a bzw. 4} und Mutter (8) vorhandene Umfangskraft durch einen Bolzen (10) in der Mutter (8) auf das Muttergehäuse (7, 7 a) übertragen wird, wobei das Muttergehäuse (7, 7 a) eine Ausnehmung für den Bolzen (10) besitzt, die eine begrenzte Drehbewegung der Mutter (8) zuläßt, und wobei das Muttergehäuse (7. Ta) entweder mit dem antreibenden Motor (2, 3,6) oder mit einem Schub-Zugrohr (4 a) starr verbunden ist.

2. Selbsthemmende Spindel-Mutteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als reibungsarme unelastische Verbindungselemente zwischen Mutter (8) und Muttergehäuse (7, 7 a) Wälzlager (9), insbesondere Kugellager, verwendet werden.

3. Selbsthemmende Spindel-Mutteranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (10) auf der Mutter einen federnden Belag (14) besitzt.

4. Selbsthemmende Spindel-Mutteranordnung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem die Mutter (8) aufnehmenden Muttergehause (7. 7 a) und den die Mutter (8) abstützenden reibungsarmen unelastischen Verbindungselementen (9) beidseitig eine vorgespannte Tellerfeder (13) angeordnet ist, deren Vorspannung so groE bestimmt ist, daß sie für die von der Verstellvorrichtung ausgeübten Kräfte keine wesentliche federnde Wirkung hat.