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Die
Erfindung betrifft einen Gewindetrieb.
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Ein
derartiger Gewindetrieb stellt allgemein eine Vorrichtung dar, bei
welcher eine Drehbewegung, beispielsweise eine durch einen Motor
generierte Drehbewegung, in eine Axialbewegung, beispielsweise eine
Axialbewegung einer Spindel, umgesetzt wird.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
DE 37 39 059 A1 bekannt. Diese Vorrichtung
umfasst eine eine Außenprofilierung
aufweisende Spindel, eine die Spindel umgebende und relativ zu dieser
drehbare, eine Innenprofilierung aufweisende Mutter und dazwischen
angeordnete Wälzkörper, welche
unterschiedliche Profilierungen aufweisen, von welchen die eine
einen axialen Kraftschluss mit der Außenprofilierung der Spindel
und die andere einen axialen Kraftschluss mit der Mutter herstellt.
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Generell
wird bei einem Gewindetrieb der in Rede stehenden Art die Mutter
oder Spindel mit einem Motor angetrieben und in eine Drehbewegung versetzt.
Damit diese Drehbewegung in eine Axialbewegung der jeweils anderen
Komponente, das heißt der
Spindel der Mutter, umgesetzt wird, muss diese verdrehsicher gelagert
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Gewindetrieb der eingangs
genannten Art eine Verdrehsicherung mit hoher Funktionalität bereitzustellen.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte
Ausführungsformen
und zweckmäßig Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Gemäß einer
ersten Variante der Erfindung ist die Mutter mittels eines Motors
angetrieben und die dadurch generierte Drehbewegung der Mutter in eine
Axialbewegung der Spindel umgesetzt. Als Verdrehsicherung für die Spindel
ist eine zumindest teilweise innerhalb des Motors verlaufende Keilwelle vorgesehen.
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Diese
Variante der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Verdrehsicherung äußerst platzsparend
innerhalb des Motors untergebracht werden kann, so dass sich die
Baugröße des Gewindetriebs
durch die Verdrehsicherung nicht vergrößert.
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Die
zur Verdrehsicherung verwendete Keilwelle kann einstöckig mit
der Spindel ausgebildet sein oder als separates Teil an der Spindel
befestigt werden. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
der Erfindung wird zur Verdrehsicherung eine Kugelkeilwelle eingesetzt,
die besonderes spielarm in einem zugeordneten Führungselement geführt werden
kann.
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Gemäß einer
zweiten Variante der Erfindung ist die Mutter mittels eines Motors
angetrieben und die dadurch generierte Drehbewegung der Mutter in eine
Axialbewegung der Spindel umgesetzt. Als Verdrehsicherung für die Spindel
ist eine Säulenführung mit
wenigstens zwei parallel zur Spindel verlaufenden und an diese gekoppelten
Säulen
vorgesehen.
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Die
Elemente der Verdrehsicherung, insbesondere die Säulen der
Säulenführung, verlaufen
bei dieser Variante der Erfindung außerhalb des Motors.
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Gemäß einer
ersten vorteilhaften Ausführungsform
sind die Säulen
mit der Spindel an einer gemeinsamen Aufnahme fixiert und werden
in Führungen geführt die
parallel zur Längsachse
der Spindel verlaufen. Besonders vorteilhaft sind die Führungen
so ausgebildet, dass diese einwirkende Querkräfte, das heißt senkrecht
zur Längsachse
der Spindel wirkende Kräfte
aufnehmen können,
wodurch die Gefahr eines Verschleißes oder von Beschädigungen
des Gewindetriebs reduziert wird.
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Weiterhin
können
die Führungen
vorteilhaft beidseits des Motors angeordnet sein, so dass die Säulen zumindest
abschnittsweise parallel zum Motor verlaufen. Dadurch wird in axialer
Richtung, das heißt
in Längsrichtung
der Spindel eine geringe Baugröße des Gewindetriebs
erhalten.
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Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
können
die Säulen
in axialer Richtung an den Motor und die Mutter anschließen. In
diesem Fall wird eine sehr schlanke Bauform des Gewindetriebs erhalten.
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Die
Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es
zeigen:
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1:
Ausschnitt eines Gewindetriebs mit Komponenten zur Umwandlung einer
Drehbewegung in eine Axialbewegung.
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2:
Gewindetrieb mit einer ersten Verdrehsicherung.
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2a:
Querschnitt durch die Keilwelle und deren zugeordnete Wellenmutter
des Gewindetriebs gemäß 2.
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3:
Gewindetrieb mit einer zweiten Verdrehsicherung.
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4:
Gewindetrieb mit einer dritten Verdrehsicherung.
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4a:
Draufsicht auf eine Platte an der Spindel des Gewindetriebs gemäß 4.
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1 zeigt
in einem Längsschnitt
einen Ausschnitt eines Gewindetriebs 1 mit den Komponenten zur
Umwandlung einer Drehbewegung in eine Axialbewegung. Der Gewindetrieb 1 umfasst
eine Spindel 2, die an ihrer Mantelfläche eine Außenprofilierung 3 in
Form von Rillen aufweist, das heißt die Spindel 2 bildet
eine Gewindespindel. Die Spindel 2 ist von einer Mutter 4 umgeben,
wobei die Mutter 4 gegenüber der Spindel 2 drehbar
ist. An der Innenseite der Mutter 4 ist eine Innenprofilierung 5 in
Form von Rillen vorgesehen.
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Zwischen
der hohlzylindrischen Mutter 4 und der Spindel 2 ist
eine vorgegebene Anzahl von Wälzkörpern 6 vorgesehen.
Die Wälzkörper 6 sind
in äquidistanten
Winkeldistanzen in Umfangsrichtung der Spindel 2 versetzt
angeordnet, wobei die Längsachsen
der Wälzkörper 6 parallel
zur Längsachse
L der Spindel 2 verlaufen. Die längsseitigen Enden der Wälzkörper 6 sind
jeweils in einer Abstandsscheibe 7 gelagert. Die Wälzkörper 6 weisen
jeweils eine erste Profilierung 6a und eine zweite Profilierung 6b auf. Mit
der ersten Profilierung 6a wird ein axialer Kraftschluss
des Wälzkörpers 6 mit
der Spindel 2 hergestellt indem diese Profilierung 6a in
der Außenprofilierung 3 der
Spindel 2 geführt
ist. Mit der zweiten Profilierung 6b wird ein axialer Kraftschluss
des Wälzkörpers 6 mit
der Mutter 4 hergestellt, indem diese Profilierung 6b in
der Innenprofilierung 5 der Mutter 4 geführt ist.
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Die
die längsseitigen
Enden der Wälzkörper 6 aufnehmenden
Abstandsscheiben 7 dienen als Abstandshalter für die Wälzkörper 6.
Die identisch ausgebildeten Abstandsscheiben 7 weisen eine
kreisscheibenförmige
Form auf. In der Mitte jeder Abstandsscheibe 7 ist eine
zentrale Bohrung vorgesehen, durch welche die Spindel 2 geführt ist.
Dabei liegen die Abstandsscheiben 7 in Abstand zur Spindel 2.
Weiterhin weisen die Abstandsscheiben 7 Aufnahmen auf,
in welchen die längsseitigen
Enden der Wälzkörper 6 gelagert
sind.
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Die
Profilierungen 6a der einzelnen Wälzkörper 6 sind versetzt
zueinander. Dabei weist die Profilierung 6a jedes Wälzkörpers 6 zu
dem vorigen Wälzkörper 6 einen
definierten axialen Versatz auf. Die versetzten Profilierungsstruktu ren
der Wälzkörper 6 bilden
ein Gewinde für
die Außenprofilierung 3 der Spindel 2.
Bei einer Drehbewegung der Spindel 2 relativ zur Mutter 4 wälzen die
Wälzkörper 6 mit
den Profilierungen 6a auf der Außenprofilierung 3 ab,
wobei zugleich die zweiten Profilierungen 6b in der Innenprofilierung 5 der
Mutter 4 geführt
sind. Bei stehender Mutter 4 und sich drehender Spindel 2 laufen die
in den Abstandsscheiben 7 gelagerten Wälzkörper 6 auf der Mantelfläche der
Spindel 2 um, wobei diese Bewegung langsamer ist als die Drehbewegung
der Spindel 2. Die Drehbewegungen erfolgen derart, dass
sich erst nach einem vollständigen
Umlauf der Wälzkörper 6 die
Spindel 2 um den Betrag der Steigung der Außenprofilierung 3 axial
verschoben hat.
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Während des
Betriebs des Gewindetriebs 1 müssen die Abstandsscheiben 7 in
axialer Richtung, das heißt
in Richtung der Längsachse
L relativ zur Mutter 4 lagefixiert sein, damit die Abstandsscheiben 7 ihre
Funktion als Drehlagerung für
die Wälzkörper 6 übernehmen
können.
Zur Axialfixierung der Abstandsscheiben 7 sind Deckscheiben 8 vorgesehen. Die
Deckscheiben 8 selbst werden dann jeweils durch einen Sprengring 9 in
der Mutter 4 lagegesichert. Zur Aufnahme eines Sprengrings 9 ist
jeweils eine Nut in die Innenkontur der Mutter 4 eingearbeitet.
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Bei
der Anordnung gemäß 1 wird
die Mutter 4 mittels eines Elektroantriebs angetrieben und
dadurch eine Linearbewegung der Spindel 2 erzeugt. Damit
die Spindel 2 eine reine Linearbewegung ausführt, ist
diese verdrehsicher gelagert.
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Die 2 bis 4 zeigen
einen Gewindetrieb 1 mit den Komponenten gemäß 1 sowie
mit unterschiedlichen Verdrehsicherungen.
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2 zeigt
einen Gewindetrieb 1 in einer Komplettdarstellung. Die
in 1 dargestellten Komponenten des Gewindetriebs 1 sind
innerhalb des mit A gekennzeichneten Bereichs angeordnet. Der gesamte
Gewindetrieb 1 ist in einem Gehäuse 10 untergebracht.
Die Mutter 4 ist durch Lager 11 in dem Gehäuse 10 gelagert
und wird von einem als Elektroantrieb ausgebildeten Motor 12 angetrieben,
der in bekannter Weise einen Stator 13 und einen Rotor 14 aufweist.
Der Rotor 14 ist fest mit der Mutter 4 verbunden,
so dass die Mutter 4 durch den Motor 12 in Drehbewegungen
versetzt wird.
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Während das
rückseitige
Ende des Gehäuses 10 mit
einem Gehäusedeckel 10a abgeschlossen
ist, kann die Spindel 2 über das Vorderende des Gehäuses 10 ausgefahren
werden. An dem vorderen längsseitigen
Ende der Spindel 2 befindet sich eine Aufnahme 15,
an welcher ein Werkzeug angebracht werden kann, das mit der Spindel 2 positioniert
werden kann.
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Damit
die Drehbewegung der Mutter 4 in eine reine Axialbewegung
der Spindel 2 umgesetzt wird, ist eine Verdrehsicherung
für die
Spindel 2 vorgesehen. Diese Verdrehsicherung ist von einer
Keilwelle 16 gebildet, die an das hintere längsseitige Ende
der Spindel 2 anschließt
und koaxial zu dieser verläuft.
Die Keilwelle 16 kann prinzipiell einstöckig mit der Spindel 2 ausgebildet
sein. Im vorliegenden Fall bildet die Keilwelle 16 ein
separates Teil, deren vorderes Ende als Schaft 16a ausgebildet
ist, der in eine Bohrung 2a der Spindel 2 eingeführt ist
und dort befestigt ist. Die Keilwelle 16 kann in einer
vorteilhaften Ausgestaltung auch als Kugelkeilwelle ausgebildet
sein.
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Die
Keilwelle 16 ist in einem Führungselement geführt, dessen
Innenkontur an die Außenkontur
der Keilwelle 16 angepasst ist. Das Föhrungselement besteht im vorliegenden
Fall aus einer Wellenmutter 17, die an einem stationär im Gehäuse 10 gelagerten
Gegenhalter befestigt ist und damit selbst stationär angeordnet
ist. Die Wellenmutter 17 liegt im Innenraum des Motors 12.
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2a zeigt
einen Querschnitt durch die Keilwelle 16 und die Wellenmutter 17.
Die Keilwelle 16 weist einen nicht rotationssymmetrischen
Querschnitt auf in Form einer Mehrfachkeilstruktur. Die Innenkontur
der Wellenmutter 17 ist daran angepasst. Dadurch wird die
Spindel 2 zu einer reinen Axialbewegung gezwungen, wenn
diese durch die Mutter 4 in Bewegung versetzt wird.
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3 zeigt
eine Darstellung des Gewindetriebs 1 mit einer weiteren
Ausführungsform
einer Verdrehsicherung. Auch bei dem Gewindetrieb 1 gemäß 3 wird
die Mutter 4 mittels des Motors 12 angetrieben
um dadurch eine Axialbewegung der Spindel 2 zu generieren.
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Als
Verdrehsicherung ist in diesem Fall eine Säulenführung mit zwei identisch ausgebildeten
Säulen 18 vorgesehen.
Die Säulen 18 sind
in ebenfalls identisch ausgebildeten Führungen 19 geführt, die
innerhalb des Gehäuses 10 liegen.
Die Führungen 19 bestehen
im vorliegenden Fall aus Kugelbuchsen. Diese Führungen 19 sind so
ausgebildet, dass in diesen die Säulen 18 mit geringem
Spiel geführt
sind. Die Führungen 19 nehmen
dabei auch auftretende Querkräfte
auf. Wie aus 3 ersichtlich, verlaufen die
Längsachsen
der Führungen 19 und
der darin geführten
Säulen 18 parallel
zur Längsachse
der Spindel 2. Die Säulen 18 sind
um 180° versetzt
zueinander angeordnet, so dass diese spiegelsymmetrisch zur Längsachse
des Gehäuses 10 angeordnet
sind. Die vorderen längsseitigen
Enden der Säulen 18 sowie
das vordere Ende der Spindel 2 sind an der im vorliegenden
Fall plattenförmig
ausgebildeten Aufnahme 15 für das nicht dargestellte Werkzeug
fixiert und so relativ zueinander lagefixiert.
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Durch
die gemeinsame Fixierung an der Aufnahme 15 bewirken die
beiden in den Führungen 19 geführten Säulen 18 eine
Verdrehsicherung für
die Spindel 2. Die Führungen 19 sind
im Bereich des Motors 12 und der Mutter 4 angeordnet,
so dass die Säulen 18 entlang
dieser Komponenten geführt
sind. Der Gewindetrieb 1 weist somit in Richtung seiner Längsachse
einen kompakten Aufbau auf.
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4 zeigt
den Gewindetrieb 1 mit den Komponenten der 1 sowie
einer weiteren Ausführungsform
einer Verdrehsicherung.
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Der
Gewindetrieb 1 gemäß 4 ist
wieder in einem Gehäuse 10 integriert,
dessen Rückseite
mit einem Gehäusedeckel 10a abgeschlossen
ist. Über den
Motor 12 wird wiederum die Mutter 4 in eine Drehbewegung
versetzt, wodurch die verdrehsicher gelagerte Spindel 2 in
eine Axialbewegung versetzt wird. An der Vorderseite der Spindel 2 wird
wieder ein nicht dargestelltes Werkzeug befestigt.
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Die
Verdrehrichtung ist im vorliegenden Fall wieder von einer Säulenführung gebildet.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
gemäß 2 schließen die
beiden Säulen 18 der
Säulenführung in axialer
Richtung an die Mutter 4 an. Weiterhin sind in diesem Fall
die beiden Säulen 18 ortsfest
im Gehäuse 10 gelagert.
Die Säulen 18 sind
analog zum Ausführungsbeispiel
gemäß 3 identisch
ausgebildet und um 180° versetzt
zueinander angeordnet.
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4a zeigt
die Spindel 2 in einer Querschnittsdarstellung sowie eine
an der Spindel 2 befestigte Platte 20. Die Ebene
der Platte 20 ist senkrecht zur Längsachse der Spindel 2 orientiert.
In der Platte 20 sind zwei Gleitlager 21 integriert.
In den Gleitlagern 21 verlaufen die Säulen 18.
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Wird
die Mutter 4 durch den Motor 12 angetrieben, so
wird dadurch eine reine Axialbewegung der Spindel 2 generiert,
da die Gleitlager 21 entlang der Säulen 18 geführt werden.
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- 1
- Gewindetrieb
- 2
- Spindel
- 2a
- Bohrung
- 3
- Außenprofilierung
- 4
- Mutter
- 5
- Innenprofilierung
- 6
- Wälzkörper
- 6a
- erste
Profilierung
- 6b
- zweite
Profilierung
- 7
- Abstandsscheibe
- 8
- Deckscheibe
- 9
- Sprengrig
- 10
- Gehäuse
- 10a
- Gehäusedeckel
- 11
- Lager
- 12
- Motor
- 13
- Stator
- 14
- Rotor
- 15
- Aufnahme
- 16
- Keilwelle
- 16a
- Schaft
- 17
- Wellenmutter
- 18
- Säule
- 19
- Führung
- 20
- Platte
- 21
Gleitlager
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