DE2030260A1 - Hydrostatisch gelagertes und ge schmiertes Bewegungsgewinde - Google Patents

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)hr Schreib«! M«n Z.irfitn E 116 Tag 12.6.1970

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Hydrostatisch gelagertes und gesohmiertes,Bewegungflgewinde

Von Mutter und Schraube gebildete Bewegungsgewinde gehören zu den ältesten mechanischen Systemen zur Umsetzung einer Drehbewegung in eine längsbewegung und umgekehrt. Derartige Bewegungsgewinde sind in allen technischen Bereichen weit verbreitet, obwohl ihr mechanischer Wirkungsgrad ziemlich gering ist.

Dieser Wirkungsgrad hängt von den Gleitreibungskräfteii ab, welche ihrerseits von den durch die Gewindeflanken übertragenen Kräften abhängen. Der Wirkungsgrad kann je naoh dem Steigungswinkel des Gewindes von 10 bis 50# variieren und ist vom Qberflächenzustand der Gewindeflanken, von der Werkstoffpaarung und vom Schmierungszustand abhängig.

Verbesserte (lewindesysteme wie Kugelgewinde, Rollengewinde mit umlaufenden oder Satellitenrollen konnten diesen Wirkungsgrad deutlich verbessern, in einigen Fällen bis auf 9096. Obwohl in diesen Systemen der grösste Teil der Gleitreibung in Rollreibung umgewandelt ist, bleibt nooh eint merkliche Reibung übrig, die Bum Verschluss der

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Reibungspartner, insbesondere also der Gewindeflanken führt, wodurch sich im Laufe der Seit ein fühlbarer GenauigkeitB-verlust des Bewegungsgewindes einstellt. Auaserdem ist der Platzbedarf derartiger verbesserter Gewindesysteme oft recht beträchtlich, und infolge ihres komplizierten Aufbaus sind sie reoht teuer, ·

Die Erfindung aetsst sich zum 2»iel_? diese Uachteila bei Bewegungsgewinden zu beheben und schlägt hierziu ein hydrostatisch gelagertes und gesohmiertes Bewsgungsgewinde an Schraube und Mutter vor, dessen Mutter einen porösen, für ein gasförmiges Druckmedium durchlässigen Gewindeeinsatζ hat, der in einer Muffe steckt» die mit einer inneren Singkammer und einem Anschluss für das gasförmige Druckmedium ausgestattet ist und an den Stirnseiten. Flansohscheiben trägt, welche den Gewindeeinsatz -axial- festlegen.

Das erfindungsgemäase Bew-egungsgewinde iat durch das über den porösen Gewindeeinsatz awisohen die öewindeflanken einströmende Druckmedium vollkommen berührungsfrei und daher verschleisslos. Der Wirkungsgrad eines derartigen Gewindes ist der grösetmögliohe» und die Selbsthemmung wird extrem gering, also die Umkehrbarkeit der Antriebsriohtung extrem hoch.

Gemäes weiterer Erfindung besteht der poröse Gewindeeinsatz der Mutter aus Sintermetall, Keramik öder Kunststoff, und seine Gasdurchläeeigkeit ist derart gewählt, daas der in ihm auftretende Druckabfall gross gegenüber dem Druckabfall swieohen den dewindeflanken und dem Gowindagrund ist. Dur oh den relativ hohen !Druckabfall im porösan ßswindssinaati rtagiert das Bewegungsgewinde auf Itmstveränderungen mit «xtrtiB kltintn Spieländtrunge»i t«e au einer hohen "Steifigkeit" dir Gewindeverbindung führt.

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In einer speeiellen Ausführungsform der Erfindung besitzt der poröse Gewindeeinsatz der Mutter an den zylindrischen Flächen des Gewindegnwades und der Gewindeepitzen durch Lackierung oder einen Metallüberzug verstopfte Poren. Ebenso können seine Stirnflächen durch lackierung oder einen Metallüberzug viretopfte Poren aufweisen» Hierdurch wird ein unnötiger Verbrauch an Druckmedium an nicht aktiven flächen verhindert und der Druckabfall im porösen Einsatz auf der grösetmöglichen Höhe gehalten.

Gernäss weiterer Erfindung ist das Plankenspiel zwischen Mutter und Schraube relativ klein, während das Spiel im Gewindegrund von Mutter und/oder Schraube relativ gross ist. Hierdurch wird ein geringer Druckabfall auf der Ausströmseite des Druckmediums erreicht, was die Steifigkeit des Bewegungsgewindes noch weiter erhöht und eine genaue Konzentrizität zwischen Mutter und Schraube bewirkt, die jeglichen mechanischen Kontakt zwischen den Q-ewindeflankan verhindert und damit geglichen Versehleiss unterdrückt»

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sioh aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungeform, die in der Zeichnung im Axialschnitt dargestellt ist.

Bei der Schraube 1 kann es sich um eine ein- oder mehrgängige Metallschraube 1 mit Dreiecks- oder Trapezgewinde handeln. Sie Mutter bettitzt einen Gewindeeinsatz 2 aus porösem Werkstoff mit offenen Poren. Selbstverständlich be sitzt der ÖewindeeineatB ein zur Schraube passendes Gegengewinde, wobei das Flankenspiel relativ klein ist und in der ftröeeenördiiung v©a 0,01 bin 0,02 mm liegt. Ale Werkstoff für dit porös« Mutter kann ζ»B, ein keramieoher Werk stoff oder ein bevoreugt rostbeständige» Sintermetall

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gewählt werden.

Bit »ylindrieehen Slläohen dee Gewindes im Gewindegrund und ah dta Gewindespitzen sind mit Hilfe von Lack oder Kunstharz oder einem Metallüberzug verschlossen, damit eich das Ausströmen dee Druckmediums auf die "aktiven" Flächen auf den Gswindeflenken komentriert.

Der poröse Gewindeeinsatz 2 let spielfrei in eine Muffe 5 eingebettet* Bitte Muffe besitzt in ihrer Bohrung eine innere Elngkamiier 6_f deren Aufgabe es ist, das gasförmige Druckmedium gleiohMässig ringsum den Gewindeeinsatz zu verteilen* Bit Kamaer wird durch einen Anschluss 5 mit dea Druekiaediuin beauf echlagt.

Zwti an den Stirnseiten der Muffe zentrierte FlanscheeheIben 4ι-*i* alt 4tr Huffβ duröh Senksöhrauben verbunden sind, legen den porösen Gewindeeinsatz axial fest und decken seine poröeeh Stirnflächen ab, um ein überflüssiges Ausströmen von Druckmedium an diesen nichtaktiven Flächen zu verhindern* Die Poren dieser Stirnfläche können aber ebenfalls durch Imprägnierung mit Lack oder einem Kunstharz oder durch einen Metallüberzug verschlossen sein*

Bie Erfindung hat zahlreiche Vorteile. Der Einsätz eines porösen Werkstoffes aus Keramik öder Sintermetall für die Mutter stellt eine optimale Verteilung des Druckmediums sieher und bedingt folglich eine gleichmässige räumliche Druckverteilung in den Iiuftspalten zwischen den Gewindeflanken von Mutter und Schraube* Die hohen Druokverluete, ' die beim Durchströmen des Druckmediums durch den porösen Gewindeeinsatz auftreten, verleihen dem Bewegungsgewinde eine hervorragende axiale Steifigkeit. Dies bedeutet, dass Veränderungen des Luftspaltes oder mit anderen Worten Axiaiversohiebungen der Mutter gegenüber der Schraube infolge

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Lastveränderungen extrem klein sind und in der S-röesea·- Ordnung eines Mikrons liegen. Das relativ grosse Spiel im Gewindegrund von Schraube und Mutter begünstigt den Abfluss des Druckmediums, wie es zur Erzeugung des hohen Druckabfalles in der porösen Mutter und zwischen den Gewindeflanken erforderlich ist.

Die gleichmässige Druckverteilung zwischen den Gewindeflanken führt ausserdem zu einer vollkommenen Konzentrizität zwischen Mutter und Schraube, wodurch ein berührungsfreies und somit verschleissloses Arbeiten der zugeordneten Flanken entsteht. Ausserdem unterdrückt die stabile Laminarströmung, die sich im porösen Gewindeeinsatz einstellt, die Gefahr von Schwingungen, die schnell gedämpft werden.

Als Schmiermittel wirkt lediglich das gasförmige Druckmedium mit extrem geringer Viskosität, so dass es praktisch rei— bungsfrei arbeitet. Da die Umkehrbarkeit der Antriebsrichtung und der Wirkungsgrad von Bewegungsgewinden eng mit der Reibung der GewindefLanken verbunden ist, ist leicht einzusehen, dass die von der Erfindung vorgesehene Unterdrückung dieser Reibung eine Umkehrbarkeit der Bewegungsrichtung selbst für schwache Gewindesteigungen gewährleistet und ebenso den höchstmöglichen Wirkungsgrad sicherstellt·

Die Erfindung findet besonders da Anwendung, wo bei Maschinen oder Geräten Verschiebungen mit Genauigkeiten von 2 bis 5 Aim vorzunehmen sind.

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   Hydrostatisch gelagertes und geschmiertes Bewegungsgewinde aus Schraube und Mutter, gekennzeichnet durch eine Mutter mit einem porösen, für ein gasförmiges Druckmedium durehläisigen Gewindeeinsatz (2ly der in einer Muffe (3) steckt, die mit einer inneren Ringkammer (6) und einem Anschluss (5) für das gasförmige Druckmedium ausgestattet ist und an den Stirnseiten flanschecheiben (4) trägt, welche den Gewindeeinsatz axial festlegen.

   2, Bewegungsgewinde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Gewindeeinsatz (2) der Mutter aus Sintermetall, Keramik oder Kunststoff besteht und dass seine Gasdur ohlässigkeit derart gewählt ist, dass der in ihm auftretende Druckabfall gross gegenüber dem Druckabfall zwischen den Gewindeflanken und im Gewindegrund ist.

   Bewegungsgewinde nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Gewindeeinsatz (2) der Mutter an den zylindrischen Flächen des_; Gewindegrundes und der Gewindespitzen duroh lackierung oder einen Metallüberzug verstopfte Poren aufweist,

   4. Bewegungsgewinde nach Änspruoh 3» dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnflächen des porösen Gewindeeinsatz©® (2) der Mutter durch Lackierung oder einen Metallüberzug Yorstopfte Poren aufweisenβ

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