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Durch Spindel und Mutter mit Mutteraufsatz betriebene Hubvorrichtung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf durch Spindel und Mutter mit Mutteraufsatz
betriebene Vorrichtungen, insbesondere auf die Verwendung von aus langen Antriebsspindeln
und zugehöriger Mutter mit Mutteraufsatz bestehende Mechanismen zum Betrieb von
Fahrzeughebebühnen sowie für viele andere Zwecke.
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Seitdem Maschinen gebaut werden, sind Schraube und Mutter für unzählige
Verwendungszwecke benutzt worden, wozu auch dynamische Zwecke gehören, bei denen
die Schraube gedreht wird und die Zusammenstellung von Mutter und Mutteraufsatz
eine Plattform oder einen anderen Mechanismus mitnimmt, deren Position längs der
Antriebsschraube sich in Abhängigkeit von der Drehbewegung der letzteren verändert.
Dabei ist das Problem der Fertigung langer Antriebs- oder Leitspindeln
unter
Einhaltung enger Toleranzen im Laufe der Zeit für viele Anwendungen in vortrefflicher
Weise gelöst worden, insbesondere im Werkzeugmaschinenbau und dergl., jedoch finden
derartige Vorrichtungen im allgemeinen keine Anwendung, wenn es darum geht, sehr
große Druckkräfte oder Lasten zu bewegen oder aufzunehmen. So haben anscheinend
bei Hubvorrichtungen, z.B. etwa Fahrzeughebebühnen und dergleichen, die besonderen
Schwierigkeiten, die sich aus dem Heben und Absenken sehr großer Lasten ergeben,
ein Vorurteil gegen die Benutzung derartiger Vorrichtungen bewirkt; man hat lieber
andere Hub-, Halte- und Freigabemechanismen bevorzugt.
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Man hat zwar oft versucht, Gewindeantriebe für Hebezeuge und dergl.
zu verwenden, jedoch mußten dann besondere Mechanismen für die Mutteraufsätze benutzt
werden, die sich im allgemeinen für die gewerbliche Anwendung im Zusammenhang mit
den Problemen der Unterbringung von Kraftfahrzeugen oder ähnl. nicht bewährt haben.
Andere Arten von Gleit- und Arretierungsmechanismen mußten ebenfalls verwendet werden.
Derartige ältere Systeme gehen z.B. hervor aus den US-PS 1 519 357; 1 521 450, 2
682 958; 2 742 164; 2 826 312; 2 857 985; 2 915 143, 3035 717; 3 263 831; 3 276
548; 3 372 816 und 3 426 540. Grundlage der vorliegenden Erfindung ist demgegenüber
die Entwicklung eines Systems zur breiten Verteilung von Druckkräften, das anders
als die bekannten Systeme die Benutzung einer einfachen zuverlässigen und sehr sicheren
Mutterbauart ermöglicht und damit im Gegensatz zu den Mechanismen nach dem bisherigen
Stand der Technik steht.
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Zum Heben schwerer Lasten mit Hilfe langer Leitspindeln und dergl.
unter Benutzung herkömmlicher Muttern müssen mehrere spezifische Forderungen erfüllt
werden. Erstens ist es notwendig, den Schraubenmechanismus "sperrend" zu machen.
Das bedeutet, daß die Kraftkomponente, die bestrebt ist, den Mechanismus aufzuschrauben,
geringer ist als die Reibungskomponente,
die an den Flächen zwischen
der Mutter und der Antriebsschraube erzeugt wird. Wird zu irgendeinem Zeitpunkt
der Gangwinkel steil genug, so wird ein Punkt erreicht, an dem eine Umfangs-Kraftkomponente
gleich der Reibungskraft wird. Oberhalb dieses Punktes schraubt sich die Schraube
selbst auf; aber unterhalb dieses Punktes bleibt sie von selbst gesperrt und schraubt
sich nicht auf. Zweitens ergibt sich eine Komplikation aus der Tatsache, daß bei
Schrauben und Muttern der beschriebenen Art die Reibung eine Funktion der technischen
Ausführung der Mutter und des zur Erzielung maximaler Gleitbedingungen benutzten
Schmiermittels ist.
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Der Reibungskoeffizient ist recht oft eine Funktion des normalen Drucks,
obwohl er bis zu einem bestimmten Druckpegel gewöhnlich konstant bleibt. Was jedoch
wirklich geschieht, ist, daß die ersten beiden Gewindegänge der Mutter den größten
Teil der Last aufnehmen, während die übrigen Gewindegänge nur sehr wenig Last tragen.
Infolgedessen kann man bei einer herkömmlichen konstruierten Mutter zugrundelegen,
daß die gesamte Last auf diejenige Fläche verteilt ist, die mit den ersten beiden
Gewindegängen in Berührung steht. Das führt gewöhnlich zu einer sehr starken Belastung
dieser F che verbunden mit einem Ansteigen des Reibungskoeffizienten und ist weiterhin
durch den Verschleiß so unwirtschaftlich, daß man für die Zwecke der vorliegenden
eine solch enorme Mutter herkömmlicher Konstruktion benötigen würde, daß es praktisch
undurchführbar wäre.
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Für die Anwendung bei z.B. Fahrzeughebebühnen und dergl. beträgt die
Entwurfs last, die ständig und wiederholt aufgenammen werden muß, etwa 4.536 kg.
Sie wird auf zwei Antriebaspindelmuttern verteilt, so daß je Mutter 2.268 kg aufgenommen
werden müssen. Das ergibt bei einem Spindeldurchmesser von ca.
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50,8 imn und einer Gewindetiefe von ca. 3,2 mm für die beiden
ersten,
den größten Teil der Last aufnehmenden Gewindegänge eine Fläche von ca. 10,96 cm2
und einen Auflagedruck von 225 kg/cm2.
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Das überschreitet die meisten empfohlenen Betriebsvorschriften bei
weitem; ist es doch zur Aufrechterhaltung eines vernünftigen Verschleißes und Wirkungsgrades
erforderlich, unter ca. 70,37 kg/cm2 zu bleiben. Das ist der Hauptgrund dafür, daß
man derartige aus Leitspindel und Mutter bestehende Systeme trotz ihrer Einfachheit
und trotz der ihnen eigentümlichen Betriebszuverlässigkeit vor dieser Erfindung
für Fahrzeughebebühnen und ähnliche Anwendungen nicht benutzt hat, sondern stattdessen
lieber zu völlig anderen, hydraulischen Hub-, Gleit- und Arretierungs-Nechanismen
gegriffen hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue und verbesserte
Konstruktion aus Spindel und Mutter mit einem Mutteraufsatz zu schaffen, die in
überraschender Weise die vorstehend eingehend beschriebenen, den zum Heben und Absenken
schwerer Lasten benutzten Mechanismen eigentim1ichen Schwlerigkeiten beseitigt und
es ermöglicht, Nutzen aus der Einfachheit, Betriebszuverlässigkeit, den relativ
niedrigen Kosten und der innewohnenden Sicherheit derartiger Konstruktionen bei
schwere Lasten bewegenden Hebebühnen und anderen Systemen zu ziehen.
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Damit ist der Vorteil verbunden, gleichzeitig eine neuartige Konstruktion
aus Spindel, MUtter und Huiteraufsatz zu erhalten, die allgemeiner anwendbar ist.
Vor allem aber kann man eine neuartige Fahrzeughebebühne erhalten, die sich für
die Anwendung dieser neuartigen Konstruktion besonders eignet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer durch Spindel und Mutter
mit Mutteraufs at z betriebenen Rubvorrichtung erfinduiigsgemß vorgeschlagen, daß
in Kombination vorgesehen sind: Plattformen
zur Aufnahme eines zu
hebenden und abzusenkenden Gegenstandes; Antriebs spindeln mit einer Antriebseinrichtung
zum Drehen derselben in entgegengesetzten Richtungen; geteilte Muttern und Mutteraufsätze,
die mit Antriebsspindeln in Eingriff stehen und dadurch längs der letzteren aufwärts
und abwärts bewegt werden; eine Einrichtung zum Verbinden der geteilten Mutter-und
der Mutterauf sätze zum Tragen der Plattformen und um dieselben an den Antriebsspindeln
entlang mitzunehmen; ein die geteilte Mutter und den Mutteraufsatz umfassendes,
eine zylindrische Bohrung enthaltendes Muttergehäuse, wobei mehrere gleichartige
unabhängige zylindrisch mit einigen wenigen Gewindegängen versehene Muttersegmente
angeordnet sind, die in Längsrichtung auf mehrere in geringem Abstand voneinander
angeordnete Zonen innerhalb der Bohrung verteilt sind und entsprechende aufeinanderfolgende
Zonen der Antriebsspindeln aufnehmen und gewindemäßig erfassen, und wobei jedes
Muttersegment mit äußeren federnden Einsätzen zwischen seiner Außenfläche und der
Bohrung befestigt ist, um unabhängige Selbstnachstellung und Ausfluchtung mit den
entsprechenden aufeinanderfolgend aneinander angrenzenden Zonen der erfaßten Antriebs
spindeln zu ermöglichen.
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Kurz gesagt besteht also die Erfindung darin, eine neuartige, durch
Spindel und Mutter mit zugehörigem Mutterauf satz betriebene Hubvorrichtung mit
neuartig konstruierter Mutter und neuartig konstruiertem Mutteraufsatz vorgesehen
ist, bei der unterteilte, unabhängig und federnd angebrachte, aufeinanderfolgende,
kurze Muttersegmente verwendet werden, um die Aufteilung einer sonst unzulässigen
Belastung zu ermöglichen.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind nachstehend anhand
eines 1wer Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig.
1 in isometrischer Darstellung eine Draufsicht teilweise zur Verdeutlichung von
Einzelheiten des Aufbaus aufgebrochen bei Anwendung der Erfindung auf das Problem
des Abstützens eines Hubmechanismus für eine Fahrzeughebebühne oder dergl.; Fig.
2 in isometrischer Darstellung und in größerem Maßstabe eine Teil-Seitenansicht
eines aus Leitspindel und Mutter bestehendem Hubmechanismus für Anwendungen wie
bei dem in Fig. 1 dargestellten System; und Fig. 3 in auseinandergezogener schematischer
Anordnung eine Fig. 2 ähnliche Ansicht, aus der die Einzelheiten des neuartigen
aus Mutter und Mutteraufsatz bestehenden Mechanismus gemäß der Erfindung hervorgehen,
wie er im System gemäß Fig. 1 und 2 Anwendung findet und allgemeiner auch für andere
Zwecke Anwendung finden kann.
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In Fig. 1 ist ein Aufzug bzw. eine Hebebühne für zwei Wagen en gezeigt,
die zwei Zwillingsfahrzeuge tragende Plattformhat, die aus U-Profilen I und II bestehen,
die Rücken an Rücken beiderseits eines von oben angetriebenen, in seiner Gesamtheit
mit 1 bezeichneten Mechanismus angeordnet sind, der vier Leitspindeln umfaßt, von
denen die beiden für das rechte System deutlicher bei 2 und 2' dargestellt sind
und von Antriebskettenrädern 3 bzw. 3' über Steuerriemen 4 und 4' angetrieben werden,
die über die Welle eines in der Mitte angeordneten Motors 5 geführt sind, um die
Antriebsspindeln in entgegengesetzten Richtungen zu drehen und dadurch die Plattform-U-Profile
zu heben oder abzusenken. Die Drehung der langen Leitspindeln
2
und 2' veranlaßt entsprechende, aus- einer Mutter und einem Mutterauf satz bestehende
Mechanismen 20 und 20', sich auf den Leitspindeln 2 und 2' aufwärts oder abwärts
zu bewegen und seitliche Ausleger 6-6' und 6 " -6' " mitzunehmen, die beiderseits
der jeweiligen aus Mutter und Mutteraufsatz bestehenden Mechanismen 20 und 20' angeordnet
sind und vorwärtsgerichtet die Fahrzeug-U-Profile II über Stützträger 7-7' und 7"-7"'
tragen, die sich von den seitlichen Auslegern 6-6' bzw. 6 " -6"' aus vorwärts erstrecken.
Den gleichen Aufbau weist das die U-Profile I umfassende linke System auf.
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Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, wird das untere Ende jeder Leitspindel,
etwa der vertikalen Leitspindel 2, in einem Unterlager 8 gelagert, bei dem es sich
vorzugsweise um ein Kegelrollenlager handelt. Während ein ähnliches Lager am oberen
Ende benutzt werden kann, ist es vorzusehen, dort ein nicht dargestelltes herkömmliches
Pendel-Kegelrollenlager zu verwenden. Bei der dargestellten Ausführungsform sind
die seitlichen Ausleger 6 und 6' an ihren Innenflächen mit oberen Rädern 9 und 9'
und einer unteren Rolle 13 versehen, die die Flansche 10 bzw. 10' an der inneren
oder hinteren Oberfläche eines senkrecht und parallel zur Antriebsspindel 2 angeordneten
Doppel-T-Trägers 11 erfassen und daran entlanglaufen, während die-Rolle 13 an der
entgegengesetzten oder vorderen Fläche 10'. entlangläuft. Gleiche Doppel-T-Träger-Stützen
sind den anderen Leitspindeln-Baugruppen zugeordnet, wie auf Fig. 1 z B. im Zusammenhang
mit der Leitspindel 2' bei 11' dargestellt ist. Bei 12 und 12' sind bügelartige
Stdtz- und Spannbolzen angeordnet, um die Hubkraft von der Mutter 20 auf die seitlichen
Ausleger 6 und 6 zu übertragen.
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Nachstehend wird die bevorzugte Ausführungsform der unterteilten Mutter
und des Mutteraufsatzes gemäß der Erfindung
erläutert, die in der
Einheit 20 enthalten sind und es ermöglichen, die der Erfindung zugrunde liegenden
Probleme in so vortrefflicher Weise zu lösen. Das soll insbesondere anhand der auseinandergezogenen
Darstellung in Fig. 3 erfolgen, wo das System 2-20 dargestellt ist, wobei es sich
versteht, daß gleichartige Konstruktionen auch im Zusammenhang mit den anderen Leitspindel-Mutter-Systemen
der Hubvorrichtung verwendet werden. Nach der Darstellung von Fig. 3 ist das Muttergehäuse
20 aus zusammenpassenden halbzylindrischen Hälften aufgebaut, die vier Sätze unabhängiger
zusammenpassender Halbmuttern 14, 14', 14 " und 14"' enthalten, die vorstehend als
aufgeteilte Muttern bezeichnet sind. Jede Halbmutter enthält zwei Doppelgewinde,
wie sie für die Mutter 14 bei 16 und 16' dargestellt sind. Jede Halbmutter ist mit
Hilfe halbzylindrischer federnder Ringe 17, 17', 17" und 17"'r etwa aus Gummi, gelagert,
die auf eine zylindrische Öffnung oder Bohrung 21 verteilt sind, die in der Mitte
durch das Muttergehäuse 20 hindurchgeht. Wie bereits zuvor erläutert, sind die Halbmutter-Teile
14, 14', 14" und 14"' mit geringen Abständen in Längsrichtung voneinander an praktisch
in gleichen Abständen angeordneten Stellen in der Bohrung zwischen aufeinanderfolgenden
Rippen 18, 18' usw. angeordnet, die einen größeren Durchmesser als die Muttergewinde
haben und es somit ermöglichen, daß die Mutter zum obenerwähnten Zweck an in entsprechenden
Abständen angeordneten Stellen in die Gewindegänge der Leitspindel 2 eingreift.
Die federnden Einsätze 17, 17' und 17'', 17''' halten die Muttersegmente äußerlich
unabhängig voneinander federnd an der Bohrungswand fest und ermöglichen eine unabhängige
Selbstnachstellung der Mehrzahl von Halbmutter-Elementen und ein unabhängiges Selbsteinstellen.
Ein wahlweiser Abstreifraum 23 ist zum Auffangen herabtropfenden Schmiermittels
bestimmt, der eine aus Gummi oder anderem Material bestehende Abstreifmutter enthalten
kann, um diese Funktion zu unterstützen.
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Ein planes Abstandsstück 22-22', mit oder ohne Gummidämpfung oder
andere federnde Belastung, ist fest zwischen den beiden zusammenpassenden Hälften
des Gehäuses 20, etwa durch Festhalteschrauben 23-23', fixiert, um eine Drehung
der zusammenpassenden Halbmuttern unter der Wirkung der durch die Drehung der Leitspindel
2 verursachten Reibungskraft zu verhindern und um die aus den geteilten Muttern
bestehenden Mechanismen 20 zu veranlassen, sich entlang der Leitspindeln aufwärts
oder abwärts zu bewegen. Dieser Aufbau läßt etwas unterschiedliche Ausfluchtungs-Justierungen
zu und ermöglicht es damit der langen Antriebsspindel 2, die Ausfluchtung zu ändern
oder sich seitlich zu verschieben, ohne dadurch das wirksame Arbeiten des Mutter
aufsatzes zu beeinträchtigen.
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Bei ausgeführten Fahrzeughebebühnen mit Hubhöhen zwischen etwa 162,56
cm und 172,72 cm einer Breite der Doppelfahrzeug-Einheit von etwa 518,16 cm und
enem Tragvermögen von etwa 4,536 kg auf jeder Seite sind die vier aus Halbmuttern
bestehenden Baugruppen gemäß Fig. 1 bis 3 erfolgreich zur Anwendung gebracht worden
und haben eine große Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit ergeben, da die Last
zu praktisch gleichen Teilen auf die ersten beiden ganzen Gewindegänge der vir tatsächlich
in jedem Halbmuttersegment vorhandenen Gewindegängeverteilt wird, wodurch die Belastung
von den 2 zuvor erwähnten 225 kg auf 28l kg/cm2 herabgesetzt wird.
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Weiterhin kann sich bei der vorerwähnten Last von 2268 kg jedes Muttersegment
unter Last um bis zu etwa 6,35 mm bewegen, so daß Toleranzen für die Mutter selbst
von größenordnungsmäßig etwa o,l3 mm im Vergleich dazu recht klein sind.
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Wie bereits erwähnt, eignet sich der aus geteilter Mutter und Mutteraufsatz
bestehende, erfindungsgelnaße Mechanismus zwar besonders gut für das spezielle Problem
von Fahrzeughebebühnen und dergl., jedoch ermöglichen sein Aufbau und die sich daraus
ergebenden Eigenschaften auch seine Benutzung für eine Vielzahl anderer Anwendungen,
bei denen etwa die gleichen Probleme vorliegen, wie z.B. für Verdichtungs-Einrichtungen,
andere Arten von Hubmechanismen, Winden, Aufzüge und ähnliche Vorrichtungen. Vorstehend
sind zwar für die gesamte Hebeanwendung vier Halbmutter-Elemente beschrieben worden,
jedoch können offensichtlich je nach den Kräften der Leitspindel und anderen an
die jeweilige Anwendung gestellten Forderungen mehr oder weniger als vier Verwendung
finden.
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Patentansprüche: