DE19948050C1

DE19948050C1 - Spindelmutterhalterung für ein Spindelgetriebe zum Antrieb von Hebeln

Info

Publication number: DE19948050C1
Application number: DE19948050A
Authority: DE
Inventors: Juergen Stephan
Original assignee: Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
Current assignee: Forschungszentrum Dresden Rossendorf eV
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2019-10-07
Also published as: US6612208B1

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spindelmutterhalterung für ein Hebel antreibendes Spindelgetriebe vorzuschlagen, das auch unter extremen Bedingungen wie im Vakuum, unter Strahlenbelastung und bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt sicher funktioniert und dauerhaft eine exakte Wegauflösung im Nanometer-Bereich realisiert. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (7) mit zwei Paaren sich gegenüberliegender, streifenförmiger Stege (8, 9) versehen ist, die einen länglichen, schmalen Querschnitt aufweisen, wobei die Enden der Stege einerseits mit der Spindelmutter (7) und andererseits mit einem gemeinsamen Halterahmen (10) verbunden sind, und die Stege (8, 9) senkrecht so auf die Spindelachse (y-y) weisen, daß die längere Seite des Querschnittes der Stege (8) eines Paares zueinander gleich ausgerichtet, aber 90 Grad gegenüber der längeren Seite der Stege (9) des anderen Paares gedreht ist, wobei die längere Seite des Querschnittes parallel zur Spindelachse (y-y) bei dem Paar von Stegen (8) ausgerichtet ist, das die Drehachse (x-x) der Spindelmutter (7) darstellt und parallel zur Drehachse des angetriebenen Hebels (3) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindelmutterhalterung für ein Spindelgetriebe zum Antrieb von Hebeln.

Ein spezielles Einsatzgebiet der Erfindung ist dort gegeben, wo extreme Einsatzbedingungen vorherrschen. Als extreme Einsatzbedingungen für ein Spindelgetriebe gelten der gleichzeitige Betrieb im Vakuum, bei einer Temperatur nahe dem absolutem Nullpunkt und unter Gamma- oder Röntgenstrahlenbelastung. Auch unter den genannten Einsatzbedingungen soll die Spindelmutterhalterung für Wegauflösungen im Nanometer-Bereich einsetzbar sein.

Technische Lösungen für Spindelmutterhalterungen sind allgemein bekannt und unter anderem in Hebelgetrieben zu finden, die mittels einer Spindel angetrieben werden, z. B. in verstellbaren Zirkeln, in Messantrieben oder an Hubtischen und Wagenhebern mit sich kreuzenden Hebelgetrieben (Scherengitter). Die technischen Lösungen verwenden für die Drehachse der Spindelmutter Zapfen- oder Spitzenlager. Ein Spindelgetriebe, das unter extremen Einsatzbedingungen arbeiten soll, ist im TESLA- Designreport 95-01 des Deutschen Elektronen Synchrotrons DESY, Hamburg auf Seite 158 beschrieben. Dort zeigt Fig. 4.22 eine gabelförmige Spindelmutterhalterung mit kugelgelagerten Zapfen an der Spindelmutter.

Unter den genannten extremen Einsatzbedingungen führen solche Lager jedoch zu Verklemmungen und einem zu großen Lagerspiel, das nur durch aufwendige Gleitschichten verringert oder wenigstens zeitweise vermieden werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spindelmutterhalterung für ein Hebel antreibendes Spindelgetriebe vorzuschlagen, das auch unter extremen Bedingungen wie im Vakuum, unter Strahlenbelastung und bei einer Temperatur nahe dem absoluten Nullpunkt sicher funktioniert und dauerhaft eine exakte Wegauflösung im Nanometer-Bereich realisiert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den in den Patentansprüchen dargelegten Merkmalen gelöst.

Der wesentliche Vorteil bei der Anwendung der Erfindung ist das Fehlen von spiel- und reibungsbehafteten Lagerstellen zur Halterung der Spindelmutter am angetriebenem Hebel. Ein weiterer Vorteil ist der Wegfall von Niet-, Schraub-, Klemm-, Löt- oder Schweißverbindungen am Halter selbst, die für die übliche Herstellung aus Einzelteilen benötigt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 die Spindelmutterhalterung in ihren Bewegungsphasen,

Fig. 2 die Spindelmutterhalterung in perspektivischer Ansicht mit ihren Achsen x, y und z,

Fig. 3 die Spindelmutterhalterung verbunden mit dem zu bewegenden Hebel,

Fig. 4 die Spindelmutterhalterung mit einem Koppelstück.

Die Spindelmutter 1 ist an der Verbindungsstelle 4 mit dem anzutreibenden Hebel 3 verbunden, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Drehung der Spindelmutter 1 um die in der Darstellung senkrecht auf das Papier zeigende Achse 6 findet dann statt, wenn sie durch die Spindel 2 aus ihrer neutralen Mittellage 5 bewegt wird und dabei eine Schwenkbewegung um den Lagerpunkt des angetriebenen Hebels 3 ausführt. Da die Spindelmutter 1 immer mit der Spindel 2 im Eingriff steht und sich selbst mit dem Hebel 3 drehen kann, wird ihre Halterung dabei um den gleichen Winkelbetrag verdreht wie der Hebel 3 selbst. Der mathematische Zusammenhang der Drehwinkel ist in Fig. 1 ablesbar.

Eine Spindelmutterhalterung besteht aus den Teilen 7 bis 12 und ist in Fig. 2 dargestellt. Die Teile 7 bis 12 sind erfindungsgemäß so gestaltet, daß sie aus einem Werkstück herstellbar sind und während der Herstellung immer verbunden bleiben. Ein nachträgliches Zusammenbauen entfällt und damit wird Montagespiel und der störende Einfluß von Montagetoleranzen, Trennfugen und Nähten vermieden.

In Fig. 2 entspricht die Achse "X" der Achse 6 nach Fig. 1. Die Achse "X" verläuft längs in den beiden flexiblen Stegen 8, die zwischen Spindelmutter 7 und Halterahmen 10 angeordnet sind. Gleichfalls führt ein flexibler Steg 9 in Richtung der Achse "Z" von der Spindelmutter 7 zum flexiblen Teil des Halterahmens 10. Der Steg 9 hindert die Spindelmutter 7 daran, die Spindeldrehung infolge Reibung einen kleinen Winkelbetrag um die Achse "Y" zu folgen und beseitigt damit den sogenannten "Slip- Stick-Effekt", der bei Spindelantrieben dann auftritt, wenn nur eine sehr geringe Spindelverdrehung stattfindet. Die Flexibilität von Steg 9 und dem flexiblen Teil des Halterahmens 10 ist so bemessen, daß sich die Spindelmutter 7 in der Achse "X" drehen kann, wobei die Stege 8 einer flexiblen Torsionsbelastung unterliegen.

Die Verbindung der Halterung 15 zum anzutreibenden Hebel 3 erfolgt über die Andruckfläche 11 und den Zentrierzapfen mit Gewindebohrung 12. Für einen typischen Einsatzfall der Erfindung bei Tiefsttemperatur zeigt Fig. 3 die Verwendung einer Spannscheibe 13 und Dehnschraube 14 zur Befestigung der Halterung 15 am Hebel 3. Geht diese Justage durch Schrumpfungsverzug beim Abkühlen verloren, soll die Befestigung der Halterung 15 am Hebel 3 über ein Koppelstück 16 erfolgen, wie in Fig. 4 dargestellt. Das Koppelstück 16 soll zusammen mit der Halterung 15 aus einem Werkstück ausgeformt werden und dabei mit dieser wie dargestellt verbunden bleiben. In einer Ausbildung des Koppelstückes 16 wird die Antriebskraft von der Halterung 15 über die Stege 17 starr auf den Hebel 3 übertragen. Die Stege 18 verhindern eine Biegung der Stege 17 unter der Last des Spindelgetriebes um eine Achse parallel zur Achse "Y". Infolge der dargestellten Anordnung der Stege 17 und 18 kann sich die Halterung 15 gegenüber dem Hebel 3 in der Achse "Z" flexibel einen kleinen Winkelbetrag drehen, ohne das Übertragungsverhalten des Spindelgetriebes zu verschlechtern. Verklemmen oder Festfressen der Spindel 2 in der Spindelmutter 7 durch unterschiedliche Schrumpfung nicht weiter benannter Getriebeteile beim Abkühlen werden dadurch verhindert. Das Koppelstück 16 wird mit dem Hebel 3 vorzugsweise kraftschlüssig verbunden.

Claims

1. Spindelmutterhalterung für ein Spindelgetriebe zum Antrieb von Hebeln, bei dem das Spindelgetriebe einen, in einem Drehpunkt gelagerten Hebel antreibt und so ausgeführt ist, daß die Ausrichtung der Spindelmutter zur Spindel unverändert bleibt, aber gegenüber dem angetriebenen Hebel eine Drehung der Spindelmutter um eine quer zur Spindelachse ausgerichteten Achse ausgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (7) mit zwei Paaren sich gegenüberliegender, streifenförmiger Stege (8, 9) versehen ist, die einen länglichen, schmalen Querschnitt aufweisen, wobei die Enden der Stege einerseits mit der Spindelmutter (7) und andererseits mit einem gemeinsamen Halterahmen (10) verbunden sind, und die Stege (8, 9) senkrecht so auf die Spindelachse (y-y) weisen, daß die längere Seite des Querschnittes der Stege (8) eines Paares zueinander gleich ausgerichtet, aber 90 Grad gegenüber der längeren Seite der Stege (9) des anderen Paares gedreht ist, wobei die längere Seite des Querschnittes parallel zur Spindelachse (y-y) bei dem Paar von Stegen (8) ausgerichtet ist, das die Drehachse (x-x) der Spindelmutter (7) darstellt und parallel zur Drehachse des angetriebenen Hebels (3) angeordnet ist.

2. Spindelmutterhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spin delmutter (7), die Stege (8, 9), der Halterahmen (10), eine Halterung (15) mit einer Andruckfläche (11) und einem Zentrierzapfen (12) zur Befestigung am anzutreiben den Hebel (3) aus einem Werkstück ohne Trennstellen ausgeformt sind.

3. Spindelmutterhalterung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Paares von Stegen (8 und/oder 9) nur ein Steg vorhanden ist.

4. Spindelmutterhalterung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verbindungsstelle (4) zwischen der Halterung (15) und einem Koppelstück (16) mittels streifenförmiger Paare von Stegen (17, 18) ausgeführt ist, und die Stegen den einerseits mit der Andruckfläche (11) an der Halterung (15) und andererseits mit dem Koppelstück (16) verbunden sind, und die Stege (17, 18) senkrecht so auf die Andruckfläche (11) weisen, daß dabei die längere Seite des Querschnittes der Stege (17) eines Paares zueinander gleich ausgerichtet, aber 90 Grad gegenüber der längeren Seite der Stege (18) des anderen Paares gedreht ist, wobei die längere Seite des Querschnittes der Stege eines Paares von Stegen (17) parallel zur Spindelachse (y-y) ausgerichtet ist.

5. Spindelmutterhalterung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Paares von Stegen (17 und/oder 18) nur ein Steg vorhanden ist.