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Die
Erfindung betrifft eine Gewindespindel.
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Gewindespindeln
werden auf vielfältige
Weise zur Kraftübertragung
in maschinellen Vorrichtungen und maschinen-technischen Anwendungen
eingesetzt.
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Gewindespindeln
sind beispielsweise als Antriebskomponente von hydraulischen Ausdrückwerkzeugen,
so genannten Hydraulikspindeln, bekannt. Ein solches hydraulisches
Ausdrückwerkzeug
geht aus der
DE 102
50 276 A1 hervor. Mit dem Ausdrückwerkzeug können aufgepresste
Lagerringe unter sehr hohem Druck von Radnaben gezogen werden. Hierbei
kann es jedoch zu Überlastungen
kommen, die zur Beschädigung
oder Zerstörung
des Ausdrückwerkzeuges
führen.
Diese treten insbesondere in einem Hydraulikzylinder auf, der von
der Gewindespindel betätigt
wird. Um dies zu vermeiden, ist eine Gewindespindel mit einer Überlastsicherung
versehen. Die Überlastsicherung
ist als Schwächung
der Gewindespindel in Form einer Nut oder einer axialen oder radialen
Bohrung ausgeführt.
Bei Auftreten einer Überlast
bricht die Gewindespindel an der vorgesehenen Stelle durch und muss ersetzt
werden, was sich trotz der vergleichsweise günstigen Beschaffungskosten
der Gewindespindel auf die Dauer als kostspielig erwiesen hat.
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Als
nachteilig wird ferner angesehen, dass es auch dann zur Zerstörung der
Gewindespindel kommt, wenn diese nach Erreichen einer Endlage am Hydraulikzylinder
weitergedreht wird.
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Eine
Gewindespindel für
Federspanner ist beispielsweise aus der
DE 298 16 410 U1 bekannt, die
ebenfalls eine Überlastsicherung
aufweist. Die Gewindespindel umfasst eine Gewindestange, an deren
freiem Ende ein Zapfen vorgesehen ist. Auf dem Zapfen ist ein hülsenförmiges Kupplungsteil
angeordnet. Über
den Zapfen und das Kupplungsteil ist ein Antriebskopf gesteckt.
Eine radiale Durchgangsbohrung erstreckt sich durch alle drei vorgenannten Teile.
In der Durchgangsbohrung ist ein Scherstift angeordnet, der bei Überbelastung
der Gewindespindel abschert und somit den Antriebskopf vom Kupplungsteil
entkoppelt, um eine zusätzliche
Drehmomentübertragung
zu unterbinden.
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Um
nach Abscherung des Scherstiftes die Gewindespindel wieder lösen zu können, ist
auf der Innenseite des Antriebskopfes ein Stift vorgesehen, der
in eine Ausnehmung im Kupplungsteil eingreift. Die Ausnehmung weist
eine Nut mit zwei Anlageflächen
auf. Eine Anlagefläche
ist quer zur Umfangsrichtung angeordnet und ermöglicht das Lösen der Gewindespindel.
Die gegenüberliegende
Anlagefläche
ist schräg
zur Umfangsrichtung angeordnet, so dass der Stift aus der Ausnehmung
herausgleitet, wenn der Antriebskopf in Eindrehrichtung des Gewindes
der Gewindespindel gedreht wird. Somit wird die Überlastung der Gewindespindel
auch nach Abscheren des Scherstiftes verhindert.
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Die Überlastsicherung
der Gewindespindel des Federspanners stellt gegenüber der
der Hydraulikspindel eine Verbesserung dar, weil es bei einer Überlastung
nicht mehr zu einer vollständigen
Zerstörung
der Gewindespindel kommt, sondern nur ein Scherstift ausgewechselt
werden muss.
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Dennoch
kann es bei beiden Gewindespindeln zu einer Zerstörung eines
Bauteils kommen, auch wenn die Gewindespindel lediglich in einer
Endlage zur Anlage gelangt. Dies zieht Ausfallzeiten und Kosten
für Ersatzbeschaffungen
nach sich.
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Der
Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde,
eine verbesserte Gewindespindel aufzuzeigen, die sich bei Erreichen einer
Endlage der Gewindestange zerstörungsfrei vom
Antrieb entkoppelt.
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Eine
erste Lösung
dieser Aufgabe besteht in einer Ausführungsform mit den im Patentanspruch
1 angegebenen Merkmalen.
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Danach
ist vorgesehen, dass die Gewindespindel eine Gewindestange umfasst,
welche an einem freien Ende ein Kupplungsteil mit wenigstens einer
umfangsseitigen Ausnehmung aufweist. Auf das Kupplungsteil ist ein
hülsenförmiger Antriebskopf aufsteckbar,
an dessen Innenseite wenigstens ein Kupplungszapfen vorgesehen ist.
Im aufgesteckten Zustand des Antriebskopfes greift der Kupplungszapfen
in die umfangsseitige Ausnehmung im Kupplungsteil ein. Diese Ausnehmung
weist eine Nut auf, welche sich ausgehend von der Stirnseite des
Kupplungsteils in axialer Richtung der Gewindestange erstreckt.
Am Nutgrund der Nut ist eine Aufnahme zum Eingriff des Kupplungszapfens
vorgesehen, welche eine in Eindrehrichtung der Gewindestange kraftübertragend
wirkende Kupplungsfläche
aufweist. Zudem ist eine schräg
verlaufende Gleitfläche
vorgesehen, welche sich auf der in Eindrehrichtung liegenden Seite
der Ausnehmung von der Aufnahme ausgehend bis zur Stirnseite erstreckt.
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Mithin
wird der Kupplungszapfen bei Erreichen einer Endlage der Gewindespindel
aus der Ausnehmung geschoben und gleitet über die Gleitfläche ab,
so dass der Antriebskopf durchdreht und ein klackendes Geräusch erzeugt.
Mithin wird das Erreichen einer Endlage einem Benutzer haptisch
und akustisch angezeigt.
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Ein
wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass bei Erreichen einer
Endlage kein Teil abgeschert und demzufolge auch nicht ersetzt werden braucht.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der ersten Lösung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis
4 sowie 9 bis 18.
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Der
Kupplungszapfen ist im Antriebskopf austauschbar angeordnet und
kann somit vorteilhaft bei Verschleiß ersetzt werden. Zweckmäßigerweise ist
der Kupplungszapfen dazu als Stift ausgeführt und in eine radiale Bohrung
des Antriebskopfes gesteckt. Die radiale Bohrung kann als Durchgangsbohrung ausgeführt sein.
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In
einer praktischen Ausführungsform
sind vier umfangsseitige Ausnehmungen im Kupplungsteil und vier
korrespondierende Kupplungszapfen im Antriebskopf vorgesehen. Auf
diese Weise können
auch hohe Drehmomente gleichmäßig vom
Antriebskopf auf die Gewindestange übertragen werden.
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Eine
zweite Lösung
der Aufgabe wird in einer Ausführungsform
mit den Merkmalen in Patentanspruch 5 gesehen.
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Danach
ist vorgesehen, dass die Gewindespindel eine Gewindestange umfasst,
welche an einem freien Ende ein Kupplungsteil mit wenigstens einem
umfangsseitigen Kupplungszapfen aufweist. Auf das Kupplungsteil
ist ein hülsenförmiger Antriebskopf aufsteckbar,
an dessen Innenseite wenigstens eine Ausnehmung vorgesehen ist.
Der Kupplungszapfen greift im aufgesteckten Zustand des Antriebskopfs
in die innenseitige Ausnehmung im Antriebskopf ein. Die Ausnehmung
weist eine Nut auf, welche sich ausgehend von der Stirnseite des
Antriebskopfs in axialer Richtung der Gewindestange erstreckt, wobei am
Nutgrund der Nut eine Aufnahme zum Eingriff des Kupplungszapfens
vorgesehen ist. Die Nut weist eine in Eindrehrichtung der Gewindestange
Kraft übertragend
wirkende Kupplungsfläche
auf. Es ist weiterhin eine schräg
verlaufende Gleitfläche
vorgesehen, welche sich auf der der Eindrehrichtung gegenüberliegenden
Seite der Ausnehmung von der Aufnahme ausgehend bis zur Stirnseite
erstreckt.
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Diese
Lösung
stellt mithin eine kinematische Umkehrung der zuerst genannten Lösung dar,
weil nunmehr die Kupplungszapfen am Kupplungsteil und die Ausnehmungen
im Antriebskopf vorgesehen sind.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der zweiten Lösung sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche
6 bis 18.
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Der
Kupplungszapfen ist am Kupplungsteil austauschbar angeordnet und
kann somit vorteilhaft bei Verschleiß ersetzt werden. Zweckmäßigerweise ist
der Kupplungszapfen dazu als Stift ausgeführt und in eine radiale Bohrung
des Kupplungsteils gesteckt. Die radiale Bohrung kann als Durchgangsbohrung ausgeführt sein.
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In
einer praktischen Ausführungsform
sind vier innenseitige Ausnehmungen im Antriebskopf und vier korrespondierende
Kupplungszapfen am Kupplungsteil vorgesehen. Auf diese Weise können auch
hohe Drehmomente gleichmäßig vom
Antriebskopf auf die Gewindestange übertragen werden.
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Im
Rahmen beider Lösungen
weist die Kupplungsfläche
einen halbkreisförmigen
Bogenabschnitt und einen geradlinigen Abschnitt auf. Der geradlinige Abschnitt
erstreckt sich vorteilhafterweise in Längsrichtung der Gewindespindel.
Durch die Länge
des geradlinigen Abschnitts lässt
sich vorteilhaft vorgeben, ab wann der Kupplungszapfen in der Ausnehmung
außer
Eingriff gelangt.
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Der
geradlinige Abschnitt ist länger
als ein Viertel des Radius des halbkreisförmigen Bogenabschnitts. Mithin
ist sichergestellt, dass der Kupplungszapfen nicht über die
Gleitfläche
abrutscht, wenn es lediglich zu einem geringfügigen Anstieg des Anzugsmoments
kommt, die Endlage aber sonst noch nicht erreicht ist.
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Der
geradlinige Abschnitt sollte jedoch vorzugsweise kürzer als
die Hälfte
des Radius des halbkreisförmigen
Bogenabschnitts sein. Dies gewährleistet,
dass der Kupplungszapfen zuverlässig über die
Gleitfläche
abgleiten kann, ehe es zu einer Beschädigung der Gewindespindel kommt.
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Anderenfalls
besteht die Gefahr, dass der Kupplungszapfen bei Erreichen der Endlage
nicht zuverlässig über die
Gleitfläche
abgleitet, sondern abschert, was zu einer Zerstörung des Kupplungszapfens führt.
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Die
Gleitfläche
grenzt unter Ausbildung einer Kante an die Aufnahme an. Mithin gibt
es einen definierten Übergang
von einem Zustand, bei dem der Kupplungszapfen im Eingriff ist,
und einem Zustand, bei dem der Kupplungszapfen über die Gleitfläche abgleitet.
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Vorzugsweise
ist die Gleitfläche
unter Ausbildung eines Winkels größer als 30° gegenüber der Längsachse der Gewindestange
abgeschrägt.
Dies gewährleistet
vorteilhaft, dass der Kupplungszapfen über die Gleitfläche gleiten
kann und nicht aufgrund von Reibung daran gehindert ist. Als für die Praxis vorteilhaft
wird insbesondere ein Winkel von mehr als 45° angesehen. Somit ist gewährleistet,
dass ein Abgleiten bei jedem Drehmoment möglich ist.
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Die
in radialer Richtung gemessene Tiefe der Ausnehmung ist konstant.
Mithin ist sichergestellt, dass sich der Kupplungszapfen in der
Ausnehmung frei verschiebbar ist und sich nicht verklemmen kann.
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Der
Antriebskopf weist Angriffsflächen
für ein Antriebswerkzeug
auf. Diese Angriffsflächen
können zweckmäßigerweise
als Innenvierkant ausgeführt sein.
Mithin ist der Antriebskopf über
ein handelsübliches
Werkzeug antreibbar.
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Das
Kupplungsteil weist eine zentrale Bohrung auf und ist auf einen
Zapfen am freien Ende der Gewindestange aufgesteckt, wobei das Kupplungsteil
durch einen in eine Durchgangsbohrung gesteckten Scherstift mit
dem Zapfen drehfest gekoppelt ist. Durch diese Merkmale wird eine Überlastsicherung realisiert,
die auf der gesamten Länge
der Gewindespindel einen wirksamen Schutz gegen Drehmomentüberlastung
gewährleistet.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Hydraulikspindel in einer perspektivischen Ansicht;
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2 bis 5 die
Gewindespindel und den Antriebskopf gemäß der ersten Lösung der
Aufgabe in mehreren perspektivischen Darstellungen;
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6a und 6b das
Kupplungsteil in zwei Seitenansichten und
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7 die
Gewindespindel und den Antriebskopf gemäß der zweiten Lösung der
Aufgabe in einer perspektivischen Darstellung.
-
In
den Zeichnungen sind gleiche Merkmale mit identischen Bezugszeichen
versehen.
-
In
der 1 ist eine Hydraulikspindel 1 dargestellt.
Die Hydraulikspindel 1 weist einen Hydraulikzylinder 1a auf,
der einen Primärzylinder 2 und
einen Sekundärzylinder 3 aufweist.
Eine Gewindespindel 4 ist endseitig in den Primärzylinder 2 einschraubbar,
wodurch ein sich im Primärzylinder 2 befindlicher Kolben
verlagert wird. Durch die Betätigung
des Primärzylinders 2 wird
Hydraulikfluid in den Sekundärzylinder 3 verlagert
und führt
dazu, dass eine aus dem Sekundärzylinder 3 ragende
Kolbenstange 4a aus diesem herausgedrückt wird. Konzentrisch zu der
Kolbenstange 4a ist eine Hülse 4b mit einem Außengewinde
an dem Sekundärzylinder 3 befestigt, um
die Hydraulikspindel 1 an einem nicht näher dargestellten Gestell befestigen
zu können.
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Die
Gewindespindel 4 umfasst eine Gewindestange 5.
Auf das antriebsseitige, freie Ende 6 der Gewindespindel 4 kann
zur Betätigung
der Gewindestange 5 ein Antriebskopf 7 aufgesteckt
werden. Der Antriebskopf 7 weist Angriffsflächen 8 für ein Antriebswerkzeug
auf. Die Angriffsflächen 8 sind
als Innenvierkant 9 ausgeführt.
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In
den 2 bis 5 sind die Gewindespindel 4 und
der Antriebskopf 7 gemäß der ersten Lösung der
Aufgabe näher
dargestellt. Die Gewindespindel 4 umfasst eine Gewindestange 5 mit
einem Außengewinde 10,
das eine geringe Steigung aufweist. Am antriebsseitigen, freien
Ende 6 der Gewindestange 5 ist ein Kupplungsteil 11 mit
vier umfangsseitigen Ausnehmungen 12 vorgesehen (vgl. auch 6b).
Auf das Kupplungsteil 11 ist der hülsenförmige Antriebskopf 7 aufsteckbar.
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Jede
Ausnehmung 12 im Kupplungsteil 11 weist eine Nut 13 auf
(vgl. auch 6a), welche sich ausgehend von
der Stirnseite 14 des Kupplungsteils 11 in axialer
Richtung LA der Gewindestange 5 erstreckt, wobei am Nutgrund 15,
das heißt
im gewindeseitigen Ende der Nut 13, eine Aufnahme 16 zum Eingriff
eines Kupplungszapfens 17 vorgesehen ist. Die Aufnahme 16 weist
eine in Eindrehrichtung ER der Gewindestange 5 kraftübertragend
wirkende Kupplungsfläche 18 auf
und es ist daran angrenzend eine schräg verlaufende Gleitfläche 19 vorgesehen. Die
Kupplungsfläche 18 besteht
aus einem halbkreisförmigen
Bogenabschnitt 20 und einem geradlinigen Abschnitt 21.
Der geradlinige Abschnitt 21 erstreckt sich in Richtung
der Längsachse
LA der Gewindespindel 4. Die Länge L des geradlinigen Abschnittes 21 beträgt ca. ein
Drittel des Radius R des halbkreisförmigen Bogenabschnitts 20.
Die Kupplungsfläche 18 grenzt über eine
Kante 22 an die Gleitfläche 19, welche
sich auf der in Eindrehrichtung ER liegenden Seite 24 der
Ausnehmung 12 von der Aufnahme 16 ausgehend bis
zur Stirnseite 14 erstreckt. Der Winkel α zwischen
Gleitfläche 19 und
der Längsachse
LA der Gewindestange 5 beträgt 45°.
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Die
in radialer Richtung gemessene Tiefe T der Ausnehmung 12 ist
konstant und beträgt
ca. ein Achtel des Außendurchmessers
AD des Kupplungsteils 11 (vgl. 6b).
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Auf
der Innenseite 25 des Antriebskopfes 7 sind vier
Kupplungszapfen 17 vorgesehen, die im aufgesteckten Zustand
AZ des Antriebskopfes 7 in die korrespondierenden umfangsseitigen
Ausnehmungen 12 im Kupplungsteil 11 eingreifen.
Die Kupplungszapfen 17 sind im Antriebskopf 7 angeordnet. Die
Kupplungszapfen 17 sind dazu als Stifte ausgeführt, die
in radiale Durchgangsbohrungen 26 des Antriebskopfes 7 gepresst
sind.
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Zwischen
Kupplungsteil 11 und Gewindestange 5 ist eine
zweite Überlastsicherung 26a vorgesehen
(vgl. auch 2, 3, 6a).
Das Kupplungsteil 11 weist eine zentrale Bohrung 27 auf und
ist auf einen zylindrisch konfigurierten Zapfen 28 am freien
Ende 6 der Gewindestange 5 aufgesteckt. Das Kupplungsteil 11 ist
durch einen in eine Durchgangsbohrung 29 gesteckten Scherstift 30 mit
dem Zapfen 28 drehfest gekoppelt.
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In 6a ist
das Kupplungsteil 11 und insbesondere die Ausnehmung 12 im
Detail dargestellt. Es sind die Nuten 13 erkennbar. Am
Nutgrund 15 befindet sich die Aufnahme 16, die
aus einem halbkreisförmigen
Bogenabschnitt 20 und einem geradlinigen Abschnitt 21 besteht. Über eine
Kante 22 (vgl. auch 3) geht
die Aufnahme 16 auf der in Eindrehrichtung ER des Gewindes 10 liegenden
Seite 24 in eine Gleitfläche 19 über, die
sich von der Kante 22 bis zur Stirnseite 14 erstreckt.
Gegenüberliegend
ist eine Anlagefläche 31 vorgesehen,
die sich quer zur Umfangsrichtung UR erstreckt. An der Anlagefläche 31 liegt
der Kupplungszapfen 17 des Antriebskopfes 7 an,
wenn die Gewindespindel 4 gelöst wird.
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In
der 7 sind eine Gewindespindel 32 und ein
Antriebskopf 33 gemäß der zweiten
Lösung der
Aufgabe näher
dargestellt. Im Unterschied zur ersten Lösung sind die Kupplungszapfen 34 nunmehr
am Kupplungsteil 35 vorgesehen, während die Ausnehmungen 36 auf
der Innenseite 37 des Antriebskopfs 33 angeordnet
sind. Dies entspricht einer kinematischen Umkehrung. Entsprechend
ist vorgesehen, dass die Nuten 38 der Ausnehmungen 36 am Nutgrund 38a in
Eindrehrichtung ER der Gewindestange 5 Kraft übertragend
wirkende Kupplungsflächen 39 aufweisen.
Daran angrenzend ist eine schräg
verlaufende Gleitfläche 40 angeordnet,
welche sich auf der der Eindrehrichtung ER gegenüber liegenden Seite 41 der
Ausnehmung 36 von einer Aufnahme 42 ausgehend
bis zur Stirnseite 43 erstreckt. Die Kupplungszapfen 34 sind
am Kupplungsteil 35 austauschbar angeordnet und als Stifte
ausgeführt,
welche in radiale Durchgangsbohrungen des Kupplungsteils 35 gesteckt
sind. Es sind vier innenseitige Ausnehmungen 36 im Antriebskopf 33 und vier
korrespondierende Kupplungszapfen 34 am Kupplungsteil 35 vorgesehen.
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Die
Gewindespindel 4, 32 ist zur Betätigung des
Hydraulikzylinders 1a in den Primärzylinder 2 einschraubbar.
Dazu ist auf das freie Ende 6 der Gewindespindel 4, 32 ein
Antriebskopf 7, 33 aufgesteckt, der durch ein
nicht näher
dargestelltes Antriebswerkzeug angetrieben wird. Das Drehmoment des
Antriebswerkzeugs wird vom Antriebskopf 7, 33 auf
das Kupplungsteil 11, 35 mittels der Kupplungszapfen 17, 34 übertragen,
die in die Ausnehmungen 12, 36 im Kupplungsteil 11 bzw.
im Antriebskopf 33 eingreifen. Die Kupplungszapfen 17, 34 liegen
dabei seitlich an den Kupplungsflächen 18, 39 an.
Nähert sich
die Gewindespindel 4, 32 einer Endlage, so gelangt
zuerst der Antriebskopf 7, 33 am Hydraulikzylinder 1a zur
Anlage, während
die Gewindestange 5 mit dem Kupplungsteil 11, 35 weiter
in den Primärzylinder 2 geschraubt
wird. Die Kupplungszapfen 17, 34 am Antriebskopf 7, 33 werden
dadurch aus der Aufnahme 16, 42 geschoben und
gleiten über
die Gleitflächen 19, 40 ab.
Mithin ist der Antriebskopf 7, 33 vom Kupplungsteil 11, 35 und
damit von der Gewindestange 5 entkoppelt.
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- 1
- Hydraulikspindel
- 1a
- Hydraulikzylinder
- 2
- Primärzylinder
- 3
- Sekundärzylinder
- 4
- Gewindespindel
- 4a
- Kolbenstange
- 4b
- Hülse
- 5
- Gewindestange
- 6
- freies
Ende v. 4
- 7
- Antriebskopf
- 8
- Angriffsflächen
- 9
- Innenvierkant
- 10
- Außengewinde
- 11
- Kupplungsteil
- 12
- Ausnehmung
- 13
- Nut
- 14
- Stirnseite
- 15
- Nutgrund
- 16
- Aufnahme
- 17
- Kupplungszapfen
- 18
- Kupplungsfläche
- 19
- Gleitfläche
- 20
- Bogenabschnitt
v. 16
- 21
- geradliniger
Abschnitt
- 22
- Kante
- 24
- Seite
v. 12
- 25
- Innenseite
v. 7
- 26
- Durchgangsbohrung
- 26a
- Überlastsicherung
- 27
- Bohrung
- 28
- Zapfen
- 29
- Durchgangsbohrung
- 30
- Scherstift
- 31
- Anlagefläche
- 32
- Gewindespindel
- 33
- Antriebskopf
- 34
- Kupplungszapfen
- 35
- Kupplungsteil
- 36
- Ausnehmung
- 37
- Innenseite
- 38
- Nut
- 38a
- Nutgrund
- 39
- Kupplungsfläche
- 40
- Gleitfläche
- 41
- Seite
v. 36
- 42
- Aufnahme
- 43
- Stirnseite
v. 33
- AD
- Außendurchmesser
- AZ
- aufgesteckter
Zustand
- ER
- Eindrehrichtung
v. 5
- L
- Länge
- LA
- Längsachse
- R
- Radius
- T
- Tiefe
- UR
- Umfangsrichtung
- α
- Winkel