DE2544755B2

DE2544755B2 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE2544755B2
Application number: DE2544755A
Authority: DE
Inventors: Helmut 5600 Wuppertal Korthaus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-07
Filing date: 1975-10-07
Publication date: 1978-03-30
Also published as: IT1062473B; SE7608750L; HU178376B; CH622071A5; DD127116A5; FR2327458A1; ES451081A1; DE2544755C3; HK61380A; GB1548040A; US4080011A; PL114089B1; FR2327458B1; DE2544755A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelgewindetrieb hoher Steigungsgenauigkeit mit zwischen Spindel und Mutter vorgesehenen Kugeln, die in schraubengangartig in den gehärteten Spindelkörper und den gehärteten Mutterkörper eingeschliffenen Kugelführungen gleicher Steigung aufgenommen und durch Mittel zur Ober- bzw. Rückführung der Kugeln umlenkbar sind.

Bei dem vorbeschriebenen bekannten Kugelgewindetrieb dieser Gattung (z. B. DE-AS 1025281) sind die Kugelführungen nahezu halbkreisförmig profiliert. Im übrigen reichen die Profile der Kugelführungen von Kugelgewindetrieben allgemein von Spitzprofilen über Trapezgewinde bis zu dem sogenannten gotischen Profil mit definierter Traglinie für die Kugeln. Das gotische Profil findet bevorzugt bei hochgenauen Kugelgewindetrieben Anwendung.

Die Beschaffenheit der Gewindeprofilform sowie die Härte der Kugellaufbahnen innerhalb der Kugelführungen sind wichtige Voraussetzungen für eine lange Lebensdauer und für die Erhaltung insbesondere der Anfangsgenauigkeit eines Kugelgewindetriebs. Es ergeben sich für die Praxis besonders günstige Voraussetzungen dann, wenn einerseits eine genaue, gleichbleibende Profilform über die gesamte Spindellänge vorhanden ist, wobei die Profilführung mit nur geringstmöglichen Steigungsfehlern behaftet ist und wenn andererseits eine gleichbleibend hohe Härte von 62-64 HR_C in den tragenden Gewindeflanken ebenso vorhanden ist, wie eine ausreichende Härtetiefe zur Erhaltung der Steifigkeit.

Diese besonders günstigen Eigenschaften können bei hochgenauen Kugelgewindetrieben vorbekannter Art jedoch nur durch eine höchst aufwendige Fertigung mit einer Vielzahl von einzelnen Arbeitsgängen erreicht werden, die nacheinander wie folgt beschrieben werden.

1. In einem erstne Arbeitsgang ist es erforderlich, daß eine Probehärtung eines glatten zylindrischen Stabs aus derselben Charge des Spindel

materials durchgeführt wird, damit die Werte des Längenverzuges festgestellt werden können.

2. Unter Berücksichtigung des ermittelten Längenverzuges erfolgt sodann in einem zweiten Arbeitsgang ein korrigiertes Vordrehen oder Vorwirbeln des Gewindes auf dem Spindelabschnitt, um hierdurch das zeitaufwendige Schleifen des Gewindes in das Vollmaterial einer gehärteten Stange mit den dabei freiwerdenden Spannungen und Verzügen in der Spindel zu vermeiden.

3. Nach Abschluß dieser Arbeiten wird die Spindel in einem dritten Arbeitsgang gehärtet, vorzugsweise flamm- oder induktivgehärtet.

4. Nachfolgend wird die Spindel in einem vierten Arbeitsgang angelassen, gereinigt und einer Kontrolle unterzogen, in welcher eine Rißprüfung ebenso vorgenommen wird, wie der Längenverzug festgestellt wird.

5. In einem fünften Arbeitsgang wird die Spindel gerichtet.

6. Nach dem Richten wird die Spindel in einem sechsten Arbeitsgang außen rundgeschliffen.

7. In einem siebten Arbeitsgang wird schließlich das Gewindeprofil geschliffen, wobei gegebenenfalls Korrekturen wegen des beim Härten entstandenen Längenverzugs durchgeführt werden müssen.

Diese fertigungstechnischen Belange sind auch in einem Aufsatz in »Werkstoff und Betrieb«, Jahrg. 1973, Heft 4, S. 213-218, insbesondere S. 216, Abschnitt 4, angesprochen.

Der vorerwähnte dritte Arbeitsgang ist mit besonderer Sorgfalt durchzuführen, da der zu härtende stangenartige Körper außen keine ununterbrochen durchgehende zylindrische Gestalt mehr aufweist. Außerdem sind Gewindeprofile - bezogen auf die einzelnen Durchmesser der Spindeln - mit anderer Gewindetiefe und Steigung zu berücksichtigen. Es besteht daher uie Gefahr von Härteunterschieden in den Gewindeflanken, die zu Spannungsrissen führen. Der siebte Arbeitsgang, in welchem das Gewindeprofil geschliffen wird, bereitet besondere Schwierigkeiten, wenn die Härte und die Härtetiefe nicht gleichmäßig sind, so daß unkontrollierbare Spannungen beim Fertigschleifen auftreten können. Die Folge davon ist, daß Abweichungen hinsichtlich der Steigungsgenauigkeit eintreten, so daß der Rundlauf der Spindel beeinträchtigt wird. Selbst nachträglich durchgeführte Richtarbeiten können diese Nachteile nicht ausschalten, vielmehr treten dabei erneut Spannungen auf.

Demnach werden die vorbekannten Kugelgewindetriebe dieser Gattung (DE-AS 1025 281) mit ihren tief ausgelegten Kugelführungen unter einem großen Anteil an Zerspanungsaufwand hergestellt. Zur Erreichung der erforderlichen Festigkeit sind zudem relativ große Härtetiefen erforderlich. Außerdem bedarf es bei der geforderten Präzision äußerster Sorgfalt während eines jeden einzelnen Arbeitsganges. Da diese Sorgfalt regelmäßig nicht eingehalten werden kann, führt dieser Umstand naturgemäß zu erheblichen Schwierigkeiten, insbesondere zu hohen Ausschußquoten.

Abweichend von der vorstehend geschilderten Fertigungsweise, hat man auch schon versucht, die Kugelführungen mit zwei unterschiedlichen Schleifvorgängen (Vorschleifen und Fertigschleifen) in den gehärteten Spindelrohling einzubringen. (»Machines & Tooling«, Band XLI No. 8, S. 39-42; vgl. insbeson-

dere den Abschnitt »Three Methods of Manufacture« auf S. 40 und 41). Diese mit extrem hohen Arbeitskosten verbundene langwierige Fertigungsweise birgt bei bereits geringer Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit die Gefahr, daß der Spindelwerkstoff verbrennt und reißt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen hochgenauen Kagelgewindetrieb zu schaffen, der bei verbesserten Laufeigenschaften einen wesentlich geringeren Fertigungsaufwand als bis- in her erfordert.

Diese Aufgabe wurde entsprechend der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kugelführungen in Spindel und Mutter hinsichtlich ihrer geometrischen Gestaltung, in ihrem Querschnitt Kugelrillenlaufbahnen in Form von hochgenauen Axial-Rillenkugellagern darsteilen, derart, daß das Verhältnis der Kugelrillentiefe zum Durchmesser der Kugeln im wesentlichen 1:4 his 1:7 beträgt und die Kugelrillentiefe in der Mutter entsprechend ihrem höheren Abnutzungsgrad die Tiefe der Kugelrillen in der Spindel übersteigt, wobei die Härtetiefe in der Spindel und der Mutter mindestens gleich oder größer als der Durchmesser der Kugeln ist.

Dank der geringen Tiefe der von Axial-Rillenkugellagern her bekannten Kugelrillenlaufbahnen, kann bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb die Laufflächenform der Kugelführungen mit der gewünschten Steigung direkt in die gehärtete, glatte Oberfläche sowohl der Spindel als auch der Mutter jo eingeschliffen werden. Hierdurch wird trotz Beibehaltung der gewünschten hohen Genauigkeit eine erhebliche Vereinfachung der Fertigung erzielt. Da die durch Schleifen abgetragene Werkstoffmenge bei der Herstellung der Kugelrillen nur verhältnismäßig ge- j-5 ring ist, ermöglicht die Erfindung trotz geringer - und deshalb thermisch unbedenklicher - Umfangsgeschwindigkeiten an den Schleifwerkzeugen dennoch eine gute Fertigungsleistung. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Spindel entfällt, im Unterschied w zum Bekannten, sowohl der erste als auch der zweite Arbeitsgang (Probehärtung, Feststellen des Längenverzugs, Vordrehen oder Vorwirbeln des Gewindes). Ein weiterer Vorteil, der im Zusammenhang mit dem direkten Einschleifen der Laufflächenform in die gehärtete Oberfläche eintritt, ist darin zu sehen, daß auch nunmehr die bei den vorbekannten Kugelgewindespindeln unumgänglichen Arbeitsaufwendungen für die Längenverzugskontrolle, für das Reinigen der gehärteten und angelassenen vorgedrehten Spindel und auch sogar das korrigierte Schleifen des Gewindeprofils, welches den vorbekannten siebten Arbeitsgang betrifft, entfallen können.

Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, daß die Entstehung von freiwerdenden Spannungen beim Schleifen der Kugelrillen wegen der gleichbleibenden, im Vergleich zur Kugelrillentiefe großen Härtetiefe ausgeschaltet ist. Die erzielbare Steigungsgenauigkeit ist daher nur noch von der Schleifmaschinengenauigkeit abhängig, und es können somit ohne besonderen ^o Aufwand Spindelpaare gleicher Genauigkeit geschliffen werden.

Die Erfindung sieht vor, daß die Härtetiefe mindestens gleich oder größer als der Durchmesser der Kugeln ist. Bei dieser Ausgestaltung wird garantiert, daß _bs die Kernzone die notwendige Zähigkeit beibehält.

Ferner ergibt die Übertragung der bekannten Toleranzen bei der Fertigung von Genauigkeits-Rillenkugellagern auf das Schleifen der Kugelrillen von Kugelgewindetrieben eine Mindestradialbelastung der Kugelrillen und der Kugeln, die überraschenderweise noch erheblich vermindert wird, weil beim erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb - im Gegensatz zum ebenen Rillenkugellager - die Kugeln innerhalb der Steigung abrollen können. Dies trägi erheblich zur Begünstigung der Lebensdauer einer derartigen Anordnung bei.

Außerdem schlägt die Erfindung vor, daß das Verhältnis der Kugelrillentiefe zum Durchmesser der Kugeln im wesentlichen etwa 1:4 bis 1 :7 beträgt. Hierbei übersteigt die Kugelrillentiefe in der Mutter entsprechend ihrem höheren Abnutzungsgrad die Tiefe der Kugelrillen in der Spindel. So ist beispielsweise die Kugelrillentiefe in der Spindel im Verhältnis zum Durchmesser der Kugeln etwa angenähert 1:5 ausgelegt, während die Kugelrillentiefe in der Mutter im Verhältnis zum Durchmesser der Kugeln etwa angenähert 1 :4,5 ausgelegt ist. Durch die größere Rillentiefe in der Mutter wird ein günstiger Abstützwinkel erzielt, wodurch die an sich schon geringe Abnutzung zwischen Mutter und Spindel vergleichmäßigt wird.

Weiterhin gestattet die Erfindung wegen der geringen Rillentiefe dünne leichte Muttern. Die Wandung einer erfindungsgemäßen Mutter braucht nur so stark zu sein, daß die nötige Steifigkeit des Spindel-Muttersystems vorhanden ist.

Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb zeichnet sich vor allem durch einen störungsfreien, verschleißarmen leisen Lauf aus. Dieser Vorteil kommt dadurch zustande, daß die Kugeln bei ihrer Rückführung, z. B. in einem Einzelüberlauf-Einsavzstück, nur sehr flache Gewindeflankcn zu überklettern brauchen.

Im übrigen ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes auf der Zeichnung wiedergegeben. Es zeigt

Fig. 1 einen Kugelgewindetrieb im Längsschnitt,

Fig. 2 eine vergrößerte Wiedergabe der Einzelheit »x« gemäß der Fig. 1.

Bei der wiedergegebenen Spindel 1 sind Kugelrillen 2 in den Umfang der Spindel schraubengangariig eingeschliffen. Ebenfalls sind in einer Mutter 5 Kugelrillen 4 in der gleichen Weise eingeschliffen, so daß die Kugelrillen 2 der Spindel 1 und die Kugelrillen 4 der Mutter 5 gleiche Steigung (so z. B. 6 mm) besitzen. Die Kugeln 3 rollen zwischen diesen Kugelrillen 2 der Spindel und den Kugelrillen 4 der Mutter 5 ab. Zwischen der Spindel 1 und der Mutter 5 ist ein freier Ringraum 6 vorgesehen, welcher ais Fettraum genutzt werden kann und nach außen hin durch mutterseitige Abstreifer 7 axial abgedichtet ist.

Bei der vorliegenden Ausführungsform soll die Rauhtiefe der Kugelrillen 2 und 4 gleich bzw. kleiner als 1 μηι sein. Ferner sollen die Kugerrillen 2 und 4 über ihre gesamte Ausdehnung bis in die Rinnenränder la und Aa Härtewerte aufweisen, die 62 bis 64 HR_C nicht unterschreiten. Diese Forderung ist bei Kugellagerstählen unschwer zu erfüllen. Ferner sollte die Härtetiefe in Spindel 1 und Mutter 5 zur Erzielung hoher Steifigkeit des Spindel-Muttersystems mindestens gleich oder größer sein als der Durchmesser der Kugeln 3.

Insbesondere ist in der vergrößerten Einzelheitdarstellung nach Fig. 2 das Verhältnis von Tiefe der Kugelrillen 2 und 4 zum Durchmesser der Kugeln 3 erkennbar.

Wenn die Tiefe der Kugelrille 2 in der Spindel 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel 0,6 mm beträgt, die Kugel jedoch einen Durchmesser von 3,175 mm aufweist, ergibt sich ein Verhältnis von etwa angenähert 1:5. Im Gegensatz hierzu ist die Tiefe der Kugelrille 4 in der Mutter 5 mit etwa 0,7 mm angegeben, so daß hier eine größere Tiefe vorherrscht. Die Tiefe von 0,7 mm entspricht, ins Verhältnis zum Kugeldurchmesser gesetzt, etwa einem Wert von 1:4,5. Hat die Spindel eine größere Länge, dann kann die Tiefe auch größer sein, z. B. 0,8 mm betragen, und zwar entspre-

chend einem Verhältnis von 1:4.

In allen Fällen der gewählten Rillentiefe ist di Schmiegungsfaktor entsprechend der Lehre b Axial-Rillenkugellagern zu wählen.

Es ist noch zu erwähnen, daß für einen ungestörte Kugelumlauf in der Mutter 5 noch - nicht dargestell - Mittel vorgesehen sind, die eine Über- bzw. Rücl führung der Kugeln gestatten. Beispielsweise könn man sich bekannter Einzelüberlauf-Einsatzstücke b( dienen oder sonstige, eine reibungslose Kugelumlei kung durchführende Mittel anwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kugelgewindetrieb hoher Steigungsgenauigkeit mit zwischen Spindel und Mutter vorgesehenen Kugeln, die in schraubengangartig in den gehärteten Spindelkörper und den gehärteten Mutterkörper eingeschliffenen Kugelführungen gleicher Steigung aufgenommen und durch Mittel zur Über- bzw. Rückführung der Kugeln umlenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelführungen (2 und 4) in Spingel (1) und Matter (5) hinsichtlich ihrer geometrischen Gestaltung, in ihrem Querschnitt Kugelrillenlaufbahnen in Form von hochgenauen Axial-Rillenkugellagern darstellen, derart, daß das Verhältnis der Kugelrillentiefe zum Durchmesser der Kugeln (3) im wesentlichen 1:4 bis 1:7 beträgt und die Kugelrillentiefe in der Mu tier entsprechend ihrem höheren Abnutzungsgrad die Tiefe der Kugelrillen in der Spindel übersteigt, wobei die Härtetiefe in der Spindel und der Mutter mindestens gleich oder größer als der Durchmesser der Kugeln ist.