DE2135812C3 - Verspannungseinrichtung an Kugelschraubtrieben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verspannungseinrichtung an Kugelschraubtrieben mit einer durchgehenden Gewindespindel und mit zwei Gewindemuttern, die durch jeweils eine kettenartige Reihe von in den Gewindegängen jeder Mutter umlaufenden Kugeln mit der Spindel in Eingriff stehen, wobei — zur stufenlosen Einstellung eines gewünschten spielfreien Kugellaufs durch entsprechend hohe Verspannung der beiden Muttern gegeneinander — der einen Mutter ein bewegliches Stellglied zugeordnet ist, welches auf die andere Mutter verdrehungseinstellbar einwirkt und dessen Handhabungsende von außen her betätigbar ist.

Durch ein Verspannen der Gewindemuttern soll eine Spielfreiheit erzielt und insbesondere das Umkehrspiel eingeengt werden, wodurch sich die Steifigkeit des Kugelschraubtriebs erhöht. Dies ist bedeutungsvoll für Werkzeugmaschinen, insbesondere für solche mit numerischen Steuerungen, wo die Arbeitsmittel hochgenau positioniert werden müssen. Die Steifigkeit vermindert bei Belastungen in axialer Richtung das Nachgeben der Muttern, welches in die Größenordnung von Mikron herabgesetzt wird. Die Steifigkeit bestimmt das Verhalten der Maschine und wird durch die gewählte Vorspannung maßgeblich beeinflußt, bei welcher Kräfte in der Größenordnung von einigen tausend kp übertragen werden müssen. Je höher die Vorspannung ge-

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wählt wird, desto größer ist zwar die Steifigkeit, aber auf Kosten der Lebensdauer der Vorrichtung. Daher ist es erwünscht, die Höhe der Vorspannung den jeweiligen Betriebsbedingungen anzupassen und die Verdrehungseinstellung der Muttern zueinander dememsprechend zu verändern.

Es ist bei Vorrichtungen anderer Art bekannt, die beiden Gewindemuttern in einem sie umschließenden Gehäuse anzuordnen, um durch Druckausübung auf ihre voneinander abgekehrten Enden einen nach innen wirkenden Kraftfluß zur Verspannung der Muttern zu erreichen (US-PS 31 86 248). Ein Nachteil besteht im Platzaufwand für das äußere Gehäuse. Weil zur Übertragung des Kraftflusses ein mehrteiliges Gehäuse dient, wird weiterhin die Steifigkeit der Vorrichtung beeinträchtigt. Eine Veränderung der Vorspannung im Betriebszustand ist dabei schwierig, weil hierzu eine Demontage des Mutternsystems erforderlich ist.

Es ist ferner für eine exakte Zentrierung der beiden Gewindemuttern während des gemeinsamen Gewindeschneidens bekannt, die einander zugekehrten Stirnflächen der Muttern mit einer Abstufung zu versehen (bekanntgemachte Unterlagen der deutschen Patentanmeldung FIl 107 II/63c). Durch Entfernen von Zwischenlagen werden die beiden Gewuidemuttern um einen feststehenden Betrag axial aufeinander zu bewegt oder aber um einen bestimmten Winkel verdreht, in diesem Zustand aber fest zusammengebaut und gegen Verdrehen gesichert. Eine variable Drehungseinstellung der Muttern ist nicht vorgesehen. Die Verspannung der Muttern erfolgt nicht aus dem Bereich zwischen den Muttern heraus, sondern wird von außen her auf die Muttern aufgebracht, weshalb auch hier platzaufwendige äußere Gehäuse erforderlich sind, welche die Steifigkeit des Kugelschraubtriebs herabsetzen.

Bei einem anderen Kugelschraubtrieb ist es bekannt, die Muttern an den einander zugekehrten Enden mit über den AuDenumfang hinausragenden Bunden zu versehen, von denen der eine einen Ringkolben und der andere einen Ringzylinder erzeugen (DT-OS 19 34 840). Die platzaufwendige Gestaltung im Übergangsbereich ist erforderlich, um eine ausreichende Kolbenfläche für die hydraulische Axialbewegung der beiden Muttern zu schaffen. Der Druckmittelraum ist nachgiebig und verschlechtert die Steifigkeit des Mutternsystems. Die erforderlichen Druckmittel-Zuleitungen erfordern großen Platzbedarf und schließen die' Anwendung des Kugelschraubtriebs als eine rotierende Muttern-Kombination gegenüber einer feststehenden Spindel aus.

Schließlich ist es bei einer Verspannungseinrichtung an einem Kugelschraubtrieb der eingangs genannten Art bekannt, die eine Mutter, außerhalb ihrer Stirnfläche, mit einem umlaufenden Bund zu versehen, die eine stirnseitige Aussparung zur Aufnahme der anderen Mutter aufweist (FR-PS 80 090). Der platzaufwendige Bund ist für das Anbringen einer Gewindebohrung erforderlich, in welcher eine Gewindeschraube als Stellglied für die Verdrehungseinstellung der Muttern dient indem es mit seinem Ende an einer radialen Stegausfräsung der anderen Mutter sich abstützt. Der Verstellbereich für die Verdrehung der beiden Muttern ist gering Eine Erweiterung des Dreheinstellbereiches, sei es durch eine längere Stellschraube oder durch eine Schar wahlweise benutzbarer Gewindebohrungen, macht eine noch massivere Bundausbildung erforderlich. Nachteilig ist die große Präzision für die Herstellung und Montage dieses Kugelschraubtriebs. Die zusammenwirken-

den Anschlagflächen der Muttern müssen eine genaue axide Position zueinander aufweisen, damit die erforderliche Ausrichtung der Gewindegänge der beiden Muttern zu dem Gewindegang der Spindel vorliegt. In dieser Position müssen die Gewindebohrungen eine be stimmte Winkellage einnehmen und auch die radiale Stegausfräsung in der anderen Mutter eine dainit ausgerichtete Drehlage einnehmen. Die genaue Abstimmung der Maße, die von Spinde! zu Spinde! Abweichungen erforderlich macht, ist nur mit hohem Aufwand erzielbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare und montierbare Verspannungseinrichtung an Kugelschraubtrieben der eingangs genannten Art zu entwickeln, die trotz einer in weiten Berei- '5 chen ausführbaren stufenlosen Dreheinstellung der beiden Müttern raumsparend gestaltet ist.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß zwischen den Stirnflächen der beiden Muttern zwei gegeneinander verdrehbare Ringe konzentrisch ineinanderiiegend angeordnet sind, je ein Ring stirnseitig mit je einer der Muttern drehfest verbunden ist und der Außendurchmesser des äußeren Ringes nicht größer ist als der Außendurchmesser der Muttern, wobei der innere Ring an seinem Außenumfang mit einer umlaufenden Verzahnung versehen ist und der ihn umschließende äußere Ring eine diesen Umfang tangierende Bohrung zur Lagerung des Stellgliedes aufweist und das Stellglied mit der Verzahnung in Eingriff steht.

Einer der Ringe, insbesondere der Außenring, bestimmt, ohne daß besondere Maße eingehalten werden müßten, die axiale Anschlagposition der Muttern nach ihrer Montage. Der anschlagwirksame Außenring ist dabei raumsparend ganz innerhalb des Stirnbereichs der Muttern liegend angeordnet. Er erfüllt auch die weitere Funktion, daß er zu seiner lnnenringzone tangentiale Lageraufnahme für das Stellglied bildet. Die damit zusammenwirkende Steuerung liegt unterhalb des Außenrings in einer umlaufenden Verzahnung auf dem darunterliegenden Innenring. Besondere Fertigungs-Toleranzen zur Einhaltung einer bestimmten Drehlage sind nicht erforderlich. Wegen der umlaufenden Verzahnung kann das Stellglied im Außenring an jeder beliebigen Umfangsstelle mit dem Innenring in Eingriff kommen. Man findet, unabhängig von der Axialbemessung der Ringe und von den individuell vorliegenden Maßabweichungen der Gewindegänge zwischen den Muttern und den Spindeln, immer eine Stellung der beiden Muttern, bei der die beidseitigen Gewindegänge miteinander ausgerichtet sind und /on der aus die gewünschte Verspannung der Muttern von innen heraus erzeugt werden kann. Das von außen zugängliche Betätigungsende des Stellgliedes kann dabei stets so liegen, daß es nach Montage des Kugelschraubtriebs in eine Werkzeugmaschine od. dgl. von außen bequem zugänglich bleibt.

Damit läßt sich ein längenmäßig nicht besonders aufeinander abgestimmtes Paar von Muttern und ein Satz von Ringen ohne weiteres zu einem zuverlässig arbeitenden Kugelschraubtrieb an einer gegebenen Gewindespindel zusammenbauen, ohne daß zusätzliche Anpassungsarbeiten erforderlich wären. Das ermöglicht eine geringe Vorratshaltung in Bauteilen und einen einfachen Bauteil-Ersatzdienst. Wegen der endlosen Eingriffsmöglichkeit des Stellgliedes in der umlaufenden Verzahnung des Innenringes läßt sich immer der Arbeitspunkt für das Ineingriffbringen des Stellgliedes erzielen, von dem aus die gewünschte innere Verspannung der Muttern zueinander wahlweise eingestellt werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es, das Stellglied als Stellschraube auszubilden, die in der Tangentialbohrung des Außenringes ortsfest drehgelagert ist Die Tangentialbohrung ist dabei als Sackbohrung ausgebildet, an deren Boden die Stellschraube zur Übertragung der Vorspannungskräfte sich abstützt Eine andere Möglichkeit bestände darin, das Stellglied als eine Zahnstange auszubilden. Weiterhin ist es möglich, den erfindungsgemäßen Schraubtrieb auch bei einer Gewindespindel anzuwenden, die ohne Kugeln arbeitet

In den Zeichnungen ist die Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht mit Teilschnitt der Verspannungseinrichtung an einem Kugelschraubtrieb,

F i g. 2 einen Schnitt durch die stirnseitige Befestigung der Ringe längs der Schnittlinie C-D von F i g. 1.

F i g. 3 einen Querschnitt durch den Trieb längs der Schnittlinie A-B von F i g. 1,

F i g. 4 eine Seitenansicht mit Teilschnitt einer weiteren Ausiührungsiorm.

Die Verspannungsvorrichtung an einem Kugelschraubtrieb besteht aus einer Spindel 1 und den beiden Muttern 2, 3. An den Stirnseiten der Muttern sind zwei gegeneinander verdrehbare, konzentrisch ineinanderliegende Ringe 4, 5 befestigt. Der äußere Ring 4 weist eine tangentiale Aufnahme für eine Stellschraube 6 mit einem Schneckengewinde auf, welche mit ihren Gängen in eine Verzahnung 7 des inneren Rings 5 der anderen Mutter eingreift. Die beiden Ringe 4, 5 sind durch Keile 9 jeweils einseitig an den Stirnflächen der Muttern 2. 3 befestigt. Die Keile 9 liegen in Nuten 8, die in den Muttern 2 und 3 sowie in dem Innenring 5 und 4 stirnseitig angebracht sind, wie im Schnitt aus F i g. 2 hervorgeht. Bei der zu beschreibenden Verspannung des Systems wird die Gewindemutter 2 vom Außenring 4 und die Mutter 3 vom Innenring 5 drehend mitgenommen. Die beiden Muttern kommen im Montagezustand mit den stirnseitigen Flächen 10, 10 an den Ringflächsn des Außenrings 4 in Berührung, über welche der innere Kraftfluß der Verspannung übertragen v-ird.

Nach der F i g. 2 sind die Keile 9 teilweise in Nuten 8 der Muttern 2, 3 und teilweise in Nuten des Außenrings 4 bzw. des Innenrings 5 angeordnet. Hierdurch entsteht die bereits erwähnte Mitnahme der Muttern 2, 3 bei gegenseitiger Verdrehung der Ringe 4, 5. Nach der F i g. 3 weist die Stellschraube 6 zu ihrer Handhabung einen von außen zugänglichen Schlitz 18 auf. Damit ist die Verdrehung von außen her möglich. Da die Stellschraube selbsthemmend in die umlaufende Verzahnung 7 des Innenrings 5 eingreift, wird die gegenseitige Verspannung der beiden Muttern erhalten. Nicht erforderlich, aber möglich wäre, eine zusätzliche Verdrehungssicherung der Stellschraube 6, z. B. durch eine in F i g. 3 erkennbare axial eingeführte Gegenschraube.

Beim Drehen der Stellschraube 6 werden die Muttern 2, 3 mitgedreht und durch den Gewindeeingriff mit den Kugeln an den Stirnflächen 10 gegeneinandergepreßt, bis zur gewünschten Verspannung des Mutternsystems. Der dadurch hervorgerufene Kraftfluß verläuft von den in F i g. 1 bezeichneten Stirnflächen 10 der Muttern 2, 3 aus durch die in F i g. 2 gezeigten Anlagepunkte 11 zwischen den voneinander abgekehrten Flanken der Gewindegänge in den Muttern 2, 3 und den Kugeln 13, über die Kugeln 13 und auf die weiteren Anlagepunkte 12 zwischen den Kugeln 13 und den einander zugekehrten Flanken des Gewindegangs in der

gemeinsamen Spindel 1.

In Fig.4 ist eine weitere Ausführungsform gezeigt, bei der die Stirnseiten der Muttern 2, 3 selbst mit Ringansätzen 14, 15 versehen sind, die die vorerwähnte Funktion des Außenringes einerseits und des Innenringes andererseits übernehmen. Im Ringansatz 14 ist die bereits erwähnte Stellschraube 6 angeordnet und greift in eine vergleichbare Verzahnung 7 des inneren Ringansatzes 15 ein. Auch hier ist der Außendurchmesser der zwischen den Muttern befindlichen Verspannungseinrichtung gleich dem Außendurchmesser der Muttern ausgebildet.

Die erfindungsgemäße Verspannungsvorrichlung an einem Kugelschraubtrieb ist raumsparend und von hoher Steifigkeit. Sie ermöglicht eine end- und stufenlosc Verstellung der Muttern zueinander und schafft eine Verspannung zwischen den Muttern durch Aufbau eines inneren Kraftflusses. Durch Betätigung vor außen läßt sich die Vorspannung des Mutternsystenii an die jeweiligen Betriebsverhältnisse bequem anpas sen. Trotz einer Verstellmöglichkeit in weitem Bereich hat man eine optimal gedrängte Bauweise erreicht un ter Vermeidung von die Abmessungen der Mutterr überragenden Elementen. Dabei ist eine einfache, be triebssichere und vor allen Dingen wirtschaftliche Aus bildung des Kugelschraubtriebs erreicht.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche: 21

1. Verspannungseinrichtung an Kugelschraubtrieben mit einer durchgehenden Gewindespindel und mit zwei Gewindemuttern, die durch jeweils eine kettenartige Reihe von in den Gewindegängen jeder Mutter umlaufenden Kugeln mit der Spindel in Eingriff stehen, wobei — zur stufenlosen Einstellung eines gewünschten spielfreien Kugellaufs durch ent- '° sprechend hohe Verspannung der beiden Muttern — der einen Mutter ein bewegliches Stellglied zugeordnet ist, welches auf die andere Mutter verdrehungseinstellbar einwirkt und dessen Handhabungsende von außen her betätigbar ist, d a d u r c. h g e - '5 kennzeichnet, daß zwischen den Stirnflächen der beiden Muttern (2; 3) zwei gegeneinander verdrehbare Ringe (4; 5) konzentrisch ineinanderliegend angeordnet sind, je ein Ring (4; 5) stirnseitig mit je einer der Muttern (2; 3) drehfest verbunden ist und der Außendurchmesser des äußeren Ringes. (4) nicht größer ist als der Außendurchmesser der Muttern (2; 3), wobei der innere Ring (5) an seinem Außenumfang mit einer umlaufenden Verzahnung (7) versehen ist und der ihn umschließende äußere Ring (4) eine diesen Umfang tangierende Bohrung zur Lagerung des Stellgliedes (6) aufweist und das Stellglied (6) mit der Verzahnung (7) in Eingriff steht.

2. Verspannungseinrichtung an Kugelschraubtrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied als eine in der Tangentialbohrung ortsfest drehgelagerte Stellschraube (6) ausgebildet ist.

3. Verspannungseinrichtungen an Kugelschraubtrieben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied als eine Zahnstange ausgebildet ist.