DE3249692C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Um­ wandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung mit einer ein Außengewinde aufweisenden Schraubenspindel, die betriebsmäßig mit einer Antriebseinrichtung verbunden ist und durch diese in Drehung antreibbar ist, und mit ein Innengewinde aufweisenden Kugelmuttereinrichtungen, die mit Hilfe von Lagerkugeln hülsenförmig auf die Schrauben­ spindel aufgesetzt sind, so daß die Drehung der Schrau­ benspindel eine Axialbewegung der Kugelmuttereinrichtun­ gen relativ zur Schraubenspindel hervorruft.

Die Kombination aus einer Schraubenspindel und einer Ku­ gelmutter mit dazwischen angeordneten Stahl-Lagerkugeln wird in großem Umfang für Vorschubbewegungen und andere Zwecke verwendet. Die Lagerkugeln wandeln eine Gleitrei­ bung in eine Rollreibung um und ergeben damit eine gleichförmige Vor- und Rückwärtsbewegung entweder der Schraubenspindel oder der Kugelmutter bei einer in zwei Richtungen erfolgenden Drehung des anderen oder des glei­ chen Teils. Bei den bekannten Konstruktionen hatte die Schraubenspindel- und Kugelmutteranordnung jedoch einen Nachteil, der sich aus dem Totgang zwischen der Schrau­ benspindel und der Kugelmutter aufgrund des Vorhanden­ seins eines Axialspiels zwischen der Schraubenspindel und den Lagerkugeln einerseits und der Kugelmutter und den Lagerkugeln andererseits ergab. Dieser Totgang führt all­ gemein zu einer ungleichförmigen Abnutzung der sich gegeneinander bewegenden Teile sowie zu einer Geräusch­ entwicklung und zu einer Verzögerung, mit der die Bewe­ gung der Schraubenspindel oder der Kugelmutter in Axial­ richtung bei einer Drehung des jeweils anderen Teils be­ ginnt.

Zur Beseitigung dieses Totgangs ist es bereits bekannt (US-PS 36 38 507), die Kugelmutter in der Mitte mit einer tiefen, am Außenumfang verlaufenden Nut zu versehen, so daß ein nur einen kleinen Querschnitt aufweisender Um­ fangssteg verbleibt, der durch Spanneinrichtungen ver­ formbar ist, die die beiden auf diese Weise gebildeten Hälften der Kugelmutter entweder näher zusammenziehen oder auseinander spreizen. Auf diese Weise kann zwar der Totgang beseitigt werden, doch ergibt sich der Nachteil, daß die am Außenumfang der Kugelmutter angeordneten Spann­ einrichtungen einen hohen Raumbedarf in Durchmesserrich­ tung bedingen und andererseits die Kugelmutter selbst ei­ ne nur geringe Festigkeit und Steifigkeit aufweist, so daß sie nur verringerte Lasten aufnehmen kann. Weiterhin ist die Vorspannung der Kugelmutter selbst ein Vorgang, der mit großer Sorgfalt und hoher Vorsicht durchgeführt werden muß, da eine fehlerhafte Verformung des schmalen Steges zwischen den beiden Kugelmutterhälften nicht mehr korrigierbar ist.

Der große Raumbedarf derartiger Kugelmutteranordnungen stellt insbesondere dann einen Nachteil dar, wenn derar­ tige Kugelmuttern in einer mehrere Axialgeschwindigkei­ ten ermöglichenden Vorschubeinrichtung Verwendung fin­ den sollen. Bei derartigen Antriebseinrichtungen (CH-PS 4 25 360) ist eine der beiden Kugelmuttern in einem Ma­ schinenteil drehbar gelagert, wobei diese Drehung ggf. arretiert werden kann, um einen Wechsel auf eine andere Geschwindigkeit zu erzielen. Diese bekannten Vorschub­ einrichtungen mit mehreren Antriebsgeschwindigkeiten weisen weiterhin den Nachteil eines hohen Axialspiels sowohl zwischen der Schraubenspindel und der Kugelmut­ ter als auch zwischen der in Axialrichtung festgelegten Kugelmutter und dem stationären Maschinenteil auf, so daß derartige Anordnungen nicht für Präzisionsanwendun­ gen geeignet sind. Die Verwendung einer Kugelmutter der eingangs genannten Art ist einerseits aus Gründen des Raumbedarfs nicht ohne weiteres möglich, wenn die Ku­ gelmutter als solche noch drehbar gelagert sein soll und andererseits würde hierdurch allenfalls das Axial­ spiel zwischen der Schraubenspindel und der Kugelmutter beseitigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei ein­ facher und stabiler Ausbildung einen spielfreien Antrieb bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung ergibt sich ein einfacher Aufbau mit einer geringen An­ zahl von Teilen und weiterhin ergeben sich geringe radia­ le Abmessungen der Kugelmuttern, so daß die Kugelmutter selbst noch drehbar gelagert werden kann, ohne daß sich ein untragbar hoher Raumbedarf ergibt.

Dieser radiale Raumbedarf kann noch weiter dadurch ver­ ringert werden, daß der Innenlagerring des Lagers für die Lagerung der ersten Kugelmutter durch den Außenumfang der ersten Kugelmutter selbst gebildet wird. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich, da am Außenumfang der Kugelmutter keinerlei Teile zur Besei­ tigung des Totganges zwischen der Schraubenspindel und der Kugelmutter erforderlich sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewegt sich die zweite Kugelmutter bei einer Drehung der Schraubenspin­ del geradlinig entlang dieser Schraubenspindel mit einer von zwei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, und zwar in Abhängigkeit davon, ob die erste Kugelmutter an einer Drehung gehindert ist oder sich frei drehen kann. Wenn die erste Kugelmutter gegen eine Drehung verriegelt ist, so entspricht die Geschwindigkeit der Axialbewegung der zweiten Kugelmutter dem Unterschied zwischen den Steigun­ gen der ersten und zweiten Außengewindeteile der Schrau­ benspindel, während diese Axialgeschwindigkeit lediglich der Steigung des zweiten mit Außengewinde versehenen Teils der Schraubenspindel entspricht, wenn sich die er­ ste Kugelmutter frei drehen kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine teilweise im Axialschnitt ge­ zeigte Ansicht einer Ausführungs­ form der Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbe­ wegung mit zwei Vorschubgeschwindig­ keiten, wobei diese Ausführungsform im wesentlichen zwei Anordnungen vom Schraubenspindel- und Kugelmut­ tertyp aufweist.

Fig. 2 einen vergrößerten bruchstückhaften Axialschnitt durch eine der Umwandlungsvorrichtungen der Vor­ richtung nach Fig. 1,

Fig. 3 einen weiter vergrößerten bruchstückhaften Axialschnitt durch jede der Vorrichtungen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbe­ wegung nach Fig. 1, wobei diese Darstellung die Art und Weise zeigt, mit der jede Lagerkugel in Rolleingriff mit der Schraubenspindel und einem der nicht mit Gewinde versehenen Ansätze der Kugel­ mutter steht,

Fig. 4 eine teilweise im Axialschnitt gezeigte Ansicht durch die Vorrichtung zur Umwandlung einer Dreh­ bewegung in eine Linearbewegung nach Fig. 2, wo­ bei zusätzlich eine zweireihige Kugellagerung auf der Kugelmutter angeordnet ist,

Fig. 5 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, die jedoch eine abgeänderte Ausführungsform der Kugellage­ rung zeigt,

Fig. 6 eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, die jedoch eine weitere abgeänderte Ausführungsform der Ku­ gellagerung zeigt,

Fig. 7 einen vergrößerten Querschnitt durch eine Aus­ führungsform des mit Kerbverzahnung versehenen Abschnitts der Schraubenspindel in dem Vorschubmecha­ nismus nach Fig. 1, wobei die Kugellagerhülse erkennbar ist, die darauf befestigt ist,

Fig. 8 eine teilweise im Axialschnitt gezeigte Ansicht durch die Kugellagerhülse nach Fig. 7,

Fig. 9 einen Axialschnitt einer Ausführungsform eines vollständigen Vorschubmechanismus mit zwei Ge­ schwindigkeiten, wobei dieser Vorschubmechanis­ mus alle grundlegenden Bauteile der Ausführungs­ form nach Fig. 1 aufweist,

Fig. 10 einen bruchstückhaften Schnitt durch den Vor­ schubgeschwindigkeits-Auswahlmechanismus des Vorschubmechanismus nach Fig. 9, wobei der Aus­ wahlmechanismus in einer Stellung gezeigt ist, in der der Vorschubmechanismus auf eine andere Geschwindigkeit eingestellt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Ausführungs­ form eines Vorschubmechanismus zum geradlinigen Vorschie­ ben eines gewünschten Bauteils (beispielsweise eines Werkstückes oder eines hierauf einwirkenden Werkzeuges) mit einer sehr niedrigen Geschwindigkeit und zur Zurück­ bewegung des Bauteils bei einem Rücklaufhub mit wesent­ lich höherer Geschwindigkeit beschrieben. Der Zwei-Ge­ schwindigkeits-Vorschubmechanismus weist zwei Vorrichtun­ gen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbe­ wegung auf, die mit den Bezugsziffern 10 und 12 in Fig. 1 bezeichnet sind und jeweils den Grundgedanken der Erfin­ dung verkörpern. Diese doppelte Vorrichtung zur Umwand­ lung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung umfaßt ge­ mäß Fig. 1 allgemein folgende Teile:

• 1. eine Schraubenspindel 14 mit ersten und zweiten mit einem äußeren Schraubengewinde versehenen Abschnit­ ten 16 bzw. 16′ und einem geradlinigen mit einer Kerbverzahnung versehenen Abschnitt 18;
• 2. erste und zweite Kugelmuttern 20 bzw. 20′, die die ersten und zweiten Gewindeabschnitte 16 bzw. 16′ der Schraubenspindel 14 umgeben;
• 3. erste und zweite Gruppen 22 bzw. 22′ von Lagerku­ geln, die zwischen der Schraubenspindel 14 und der er­ sten bzw. zweiten Kugelmutter 20 bzw. 20′ eingefügt sind;
• 4. erste und zweite Käfige 24 bzw. 24′ für die jeweili­ gen Gruppen von Lagerkugeln 22 bzw. 22′;
• 5. ein zweireihiges Kugellager 26 auf der ersten Kugel­ mutter 20.

Die erste Vorrichtung 10 zur Umwandlung einer Drehbewe­ gung in eine Linearbewegung weist, abgesehen von dem Ku­ gellager 26, die gleiche Konstruktion auf, wie die zweite Vorrichtung 12, wobei der einzige Unterschied in der Steigung der Gewindeabschnitte 16 und 16′ und der Form der Kugelmuttern 20 und 20′ besteht. Der erste Gewindeab­ schnitt 16 weist eine größere Steigung auf als der zweite Gewindeabschnitt 16′. Die erste Kugelmutter 20 weist eine äußere Form auf, die zur Aufnahme des Kugellagers 26 aus­ gebildet ist. Weil die beiden Vorrichtungen 10 und 12 in jeder anderen Hinsicht identisch sind, wird lediglich die erste Vorrichtung 10 ausführlich anhand der Fig. 2 und 3 erläutert, wobei es verständlich ist, daß diese Erläuterung genau so auf die zweite Vorrichtung 12 zu­ trifft. Die verschiedenen Teile dieser zweiten Vorrich­ tung werden dadurch bezeichnet, daß die entsprechenden Bezugsziffern der ersten Vorrichtung 10 unter Anhängung eines Striches (′) verwendet werden.

Fig. 2 zeigt verschiedene Teile der Vorrichtung 10 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung aus­ führlicher. Es ist aus dieser Zeichnung zu erkennen, daß die Lagerkugeln 22 in Rolleingriff mit der schraubenför­ migen Nut 28 in dem Gewindeabschnitt 16 der Schraubenspindel 14 und in der schraubenförmigen Nut 30 stehen, die in die Innenoberfläche der Kugelmutter 20 eingeschnitten ist. Die Lagerkugeln rollen in diesen Nuten und bewirken eine reibungslose Umsetzung der Drehbewegung der Schrauben­ spindel 14 in die relative Axialbewegung der Kugelmutter 20 (oder umgekehrt).

Die Lagerkugeln 20 müssen zur Beseitigung eines Spiels oder eines Totganges zwischen der Schraubenspindel 14 und der Kugelmutter 20 vorgespannt werden. Zu diesem Zweck ist die Breite W zumindest einer Windung des Innengewin­ des am Mittelpunkt der Kugelmutter 20 hinsichtlich ihrer axialen Abmessung anders gewählt als die Breite W′ ir­ gendeiner anderen Windung des Gewindes auf den gegenüber­ liegenden Seiten. Bei der dargestellten Ausführungsform ist W größer als W′. Entsprechend sind die beiden Gruppen von Lagerkugeln auf den gegenüberliegenden Seiten der eine größere Breite aufweisenden Gewindewindung allgemein in entgegengesetzten axialen Richtungen der Schraubenspin­ del von einander fort vorgespannt.

Alternativ kann die Breite W der Gewindewindung am Mit­ telpunkt der Kugelmutter 20 kleiner gemacht werden als die Breite W′ irgendeiner anderen Windung. In diesem Fall werden die beiden Gruppen von Lagerkugeln auf den gegen­ überliegenden Seiten in Richtung aufeinander zu entlang der Schraubenspindel vorgespannt. Alles, was erforderlich ist, um diese Vorspannung und die Beseitigung des Spiels zu erreichen, ist ein Vorspannen einiger und der anderen der Lagerkugeln in entgegengesetzten Axialrichtungen der Schraubenspindel.

Sowohl die Fig. 1 als auch die Fig. 2 zeigen, daß die Ku­ gelmutter 20 zwei rohrförmige Ansätze 32 aufweist, die sich konzentrisch von den gegenüberliegenden axialen En­ den aus erstrecken. Jede rohrförmige Verlängerung 32 en­ det in einem nach innen gerichteten kreisringförmigen Kranz 34 , der in Gleiteingriff mit dem Gewinde der Schraubenspindel 14 steht. Die Verlängerungen 32 sind starr bei 36 mit der eigentlichen Kugelmutter 20 gekoppelt.

Wie dies aus Fig. 2 zu erkennen ist, ist der radiale Ab­ stand h 1 zwischen der nicht mit Gewinde versehenen Innenoberfläche jeder Verlängerung 32 und den Scheitel­ punkten des Gewindes der Schraubenspindel 14 gleich dem ra­ dialen Abstand h 2 zwischen dem Gewindefuß oder Boden des Gewindes der Kugelmutter 20 und den Spitzen des Gewindes der Schraubenspindel. Dies bedeutet, daß die Innenoberflä­ che der Verlängerungen 32 sich in genau dem gleichen Ab­ stand von der Achse X-X der Schraubenspindel 14 befinden wie die Gewindefüße oder der Boden des Gewindes auf der Innenoberfläche der Kugelmutter 20. Entsprechend können bei einer längsgerichteten Relativbewegung der Schraubenspindel 14 gegenüber der Kugelmutter 20 die Lager­ kugeln 22 gleichförmig aus der Nut 30 in der eigentlichen Kugelmutter herausrollen und in Berührung mit der Innen­ oberfläche jeder Verlängerung 32 gelangen, wobei ebenso eine gleichförmige Zurückbewegung in die Nut 30 möglich ist. Es ist zu erkennen, daß die Lagerkugeln in der vor­ stehend beschriebenen Weise vorgespannt sind, während sie sich zwischen der Schraubenspindel 14 und der eigentlichen Kugelmutter 20 befinden, während sie nicht vorgespannt sind, wenn sie aus dieser herausrollen. Die Verlängerun­ gen 32 sind so berechnet, daß sie einen gleichförmigen Übergang der Kugeln zwischen den vorgespannten und nicht- vorgespannten Bereichen ermöglichen.

Fig. 3 zeigt, daß jede Lagerkugel 22 im nicht-vorgespann­ ten Bereich in Rollberührung mit der Innenoberfläche einer Verlängerung 32 der Kugelmutter an einem Punkt P 1 und mit den gegenüberliegenden Flanken des Gewindes an der Schraubenspindel 14 an den Punkten P 2 und P 3 steht. Da­ durch, daß die Lagerkugeln an drei Punkten eindeutig ge­ haltert sind, können sie gleichförmig abrollen, ohne daß sie durch die Nut 20 der Kugelmutter geführt werden. Es ist zu erkennen, daß die beiden Kugelmutter-Verlängerun­ gen 32 zur Verlängerung des Hubes der relativen Längsbe­ wegung der Schraubenspindel 14 und der Kugelmutter 20 die­ nen, ohne daß eine entsprechende Vergrößerung der axialen Abmessung der eigentlichen, mit Innengewinde versehenen Kugelmutter erforderlich ist. Die an den Enden angeordne­ ten Kränze 34 der Kugelmutter-Verlängerungen erfüllen die zusätzliche Funktion der Verhinderung eines Eintretens von Verunreinigungen in die Kugelmutter.

Der Käfig 24 nach den Fig. 1, 2 und 3 weist die Form eines Rohres mit einem Innendurchmesser auf, der etwas größer als der Außendurchmesser des Gewindeabschnittes 16 der Schraubenspindel 14 ist, während der Außendurchmesser dieses Rohres etwas geringer als der Innendurchmesser der mit Innengewinde versehenen Kugelmutter 20 ist. In dem rohrförmigen Käfig 24 ist eine Vielzahl von Bohrungen 38 ausgebildet, die die jeweiligen Lagerkugeln 22 mit Spiel aufnehmen, so daß die Lagerkugeln in vorher festgelegten Relativpositionen (wie dies auch in Fig. 6 gezeigt ist) festgehalten werden.

Im folgenden werden die Relativbewegungen der Schrauben­ spindel 14, der Kugelmutter 20 und des Käfigs 24 beschrie­ ben. Es sei angenommen, daß die Kugelmutter 20 gegen eine Drehung und gegen eine längsgerichtete Bewegung festge­ legt ist. Wenn dann die Schraubenspindel 14 in irgendeiner Richtung gedreht wird, so bewegt sich der Käfig 24 in Axialrichtung zusammen mit der Schraubenspindel. Es sei an­ dererseits angenommen, daß die Schraubenspindel 14 ledig­ lich gegen eine Axialbewegung festgelegt wird und daß die Kugelmutter 20 lediglich gegen eine Drehung festgelegt ist. Dann führt die Drehung der Schraubenspindel 14 zu einer Axialbewegung des Käfigs 24 zusammen mit der Kugel­ mutter. Dies heißt mit anderen Worten, daß sich der Käfig 24 in Längsrichtung entweder mit der Schraubenspindel 14 oder der Kugelmutter 20 in Abhängigkeit davon bewegt, welches Teil sich tatsächlich gegenüber dem anderen be­ wegt.

Dabei ergeben bei der längsgerichteten Bewegung des Kä­ figs 24 zusammen mit der Schraubenspindel 14 gegenüber der feststehenden Kugelmutter 20 die Kränze 34 der Kugelmut­ ter-Verlängerungen 32 Begrenzungen für den Hub der Schraubenspindel. In Fig. 1 bezeichnet der Buchstabe L die Strecke zwischen einem Ende des Käfigs 24 und der Innen­ oberfläche eines entsprechenden Kranzes 34 der Kugelmut­ ter-Verlängerungen. Die Summe dieser beiden Strecken L ist der mögliche Gesamthub der Linearbewegung der Schraubenspindel 14 gegenüber der Kugelmutter 20, wenn die letztere festgelegt ist.

Die beiden so weit beschriebenen Vorrichtungen 10 und 12 zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung sind im wesentlichen identisch, wobei nur die beiden Aus­ nahmen bestehen, die weiter oben beschrieben wurden. Im folgenden wird eine Beschreibung des Lagers 26 gegeben, das lediglich auf der ersten Vorrichtung 10 ausgebildet ist. In den Zeichnungen ist dieses Lager als Lager vom zweireihigen Kugellagertyp dargestellt, wobei das Lager 26 typischerweise die erste Kugelmutter 20 als Teil des inneren Ringes verwendet. Anhand der Fig. 4 ist zu erken­ nen, daß das zweireihige Kugellager 26 zusätzlich folgen­ de Teile aufweist:

• 1. einen Außenlagerring 40 zusammen mit einem Befesti­ gungsflansch 42;
• 2. zwei Reihen von Lagerkugeln 44;
• 3. ein inneres Ringsegment 46, das mit der Kugelmutter 20 zusammenwirkt, um den Lagerinnenring zu bilden;
• 4. eine doppelte Haltemutter 48 zum Festhalten des La­ gerinnenring-Segmentes 46 an seinem Platz auf der Kugelmutter 20.

Der Lageraußenring 40 weist eine kreisringförmige Rippe 50 auf, die nach innen vorspringt. Auf den gegenüberlie­ genden Seiten dieser Rippe sind zwei Laufbahnen 52 ausge­ bildet, die allgemein winkelförmig voneinander fort ge­ richtet sind und die jeweiligen Lagerkugelreihen 44 auf­ nehmen. Die Kugelmutter 20 weist eine Laufbahn 54 für eine Reihe von Kugeln 44 auf, während das Lagerinnenring- Segment 46 eine Laufbahn 56 für die andere Reihe von Ku­ geln aufweist. Es ist zu erkennen, daß die inneren Lauf­ bahnen 54 und 56 allgemein aufgrund ihres Querschnittes in Richtung auf die jeweiligen äußeren Laufbahnen 52 ge­ richtet sind. Die Lagerkugeln 44 sind zwischen diesen äußeren Laufbahnen 52 und den inneren Laufbahnen 54 und 56 festgehalten. Käfige 58 halten in üblicher Weise die Lagerkugeln in entsprechenden Winkelabständen fest.

Das Lagerinnenring-Segment 46 ist auf einen einen verrin­ gerten Durchmesser aufweisenden Abschnitt 60 der Kugel­ mutter 20 aufgeschoben. Dieser einen verringerten Durch­ messer aufweisende Abschnitt weist bei 62 ein Außengewin­ de auf, um die zwei Haltemuttern 48 in Anlage gegen das Lagerinnenring-Segment 46 zu halten. Die Haltemutter 48 dient dazu, das Lagerinnenring-Segment 46 nach rechts ge­ mäß Fig. 4 zu drücken. Das auf diese Weise in Axialrich­ tung durch die Haltemutter 48 vorgespannte Lagerinnen­ ring-Segment 46 wirkt mit der Kugelmutter 20 und dem La­ geraußenring 40 zusammen, um die beiden Reihen von Lager­ kugeln 44 gegeneinander vorzuspannen. Es ist zu erkennen, daß ein einfaches Drehen der Doppelhaltemutter 48 auf der Kugelmutter 20 eine Vorbelastung der Lagerkugeln 44 zur Beseitigung irgendeines Spiels ermöglicht.

Fig. 5 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform eines zwei­ reihigen Kugellagers 26 a. Die Form der Kugelmutter 20 a der ersten Vorrichtung ist geringfügig modifiziert, so daß diese als Lagerinnenring des Lagers 26 a dient. Die Kugelmutter 20 a weist eine kreisringförmige Rippe 64 auf, die von ihrem Mittelteil aus nach außen vorspringt. Auf den gegenüberliegenden Seiten der Rippe sind zwei Lauf­ bahnen 54 a und 56 a für die beiden Reihen von Lagerkugeln 44 mit Käfigen 58 a ausgebildet, wobei die beiden Laufbah­ nen allgemein im Querschnitt voneinander fort winkelför­ mig angeordnet sind.

Der Lageraußenring 40 a des Lagers 26 a ist in drei Segmen­ te unterteilt:

• (1) ein linkes Segment 66 mit einer Lauf­ bahn 52 a;
• (2) ein Mittelsegment 68, das über die Rippe 64 der Kugelmutter aufgesetzt ist; und
• (3) ein rechtes Segment 70 mit einer weiteren Laufbahn 52 a und mit einem Befestigungsflansch 42 a.

Die beiden äußeren Laufbahnen 52 a sind selbstverständlich hinsichtlich ihres Quer­ schnittes in Richtung auf die jeweiligen inneren Laufbah­ nen 54 a und 56 a gerichtet, um die Lagerkugeln 44 für einen Rolleingriff zwischen diesen Laufbahnen festzuhal­ ten. Das mittlere Segment 68 des Lageraußenringes 40 a weist eine geeignete Stärke auf, damit, wenn die drei Außenlagerring-Segmente 66, 68 und 70 zusammen an ihren Platz gebracht werden, sie mit der Kugelmutter oder dem Lagerinnenring 20 a zusammenwirken, um die beiden Reihen von Lagerkugeln 44 gegeneinander vorzuspannen.

In Fig. 6 ist eine weitere abgeänderte Ausführungsform des zweireihigen Kugellagers 26 b gezeigt. Die Kugelmutter 20 b der ersten Vorrichtung 10 weist eine kreisringförmige Ausnehmung 72 im mittleren Bereich auf. In den gegenüber­ liegenden Seitenwänden der Kugelmutter 20 b, die die kreisringförmige Ausnehmung 72 begrenzen, sind zwei Lauf­ bahnen 54 b und 56 b für die beiden Reihen von Kugeln 44 mit Käfigen 58 b ausgebildet. Die Laufbahnen 54 b und 56 b sind im Querschnitt allgemein in Richtung aufeinander ab­ gewinkelt.

Wie im Fall des Lagers 26 a nach Fig. 5 ist der Lageraußen­ ring 40 b des Lagers 20 b in drei Segmente unterteilt. Die­ se Segmente sind (1) ein linkes Segment 74 mit einer Laufbahn 52 b und einem Befestigungsflansch 42 b, (2) ein mittleres Segment 76 aus zwei oder mehreren Abschnitten, die über der Bodenoberfläche der kreisringförmigen Aus­ nehmung 72 in der Kugelmutter 20 b befestigt sind, und (3) ein rechtes Segment 78 mit einer weiteren Laufbahn 52 b. Die beiden äußeren Laufbahnen 52 b sind hinsichtlich ihres Querschnittes allgemein in Richtung auf die jewei­ ligen inneren Laufbahnen 54 b und 56 b gerichtet.

Beim Zusammenbau dieses Lagers 26 b können die beiden äußeren Segmente 74 und 78 des Lageraußenringes 40 b zu­ erst auf dem Lagerinnenring oder der Kugelmutter 20 b über die jeweiligen Reihen von in Käfigen angeordneten Lager­ kugeln 44 befestigt werden. Dann wird das mittlere Seg­ ment 76 mit Preßsitz zwischen den äußeren Ringsegmenten 74 und 78 eingepaßt, so daß diese die beiden Reihen von Lagerkugeln 44 zusammen mit der Kugelmutter 20 b voneinan­ der fort vorspannen. Diese Ausführungsform ergibt den Vorteil der Möglichkeit einer Feineinstellung der Lagervorspannung.

Es wurde anhand der Fig. 1 erwähnt, daß die Schraubenspin­ del 14 einen geradlinig kerbverzahnten Abschnitt 18 an einem Ende, angrenzend an den ersten Gewindeabschnitt 16, aufweist, wobei zwischen diesen Abschnitten ein glatter Abschnitt 80 liegt. (Ein weiterer glatter Schnitt 82 ist zwischen den ersten und zweiten Gewindeabschnitten 16 und 16′ der Schraubenspindel vorgesehen.) Auf diesem kerb­ verzahnten Abschnitt der Schraubenspindel ist eine Kugel­ hülse 84 befestigt, die ausführlich in den Fig. 7 und 8 gezeigt ist und eine relative Axialbewegung der in Roll­ berührung hiermit stehenden Schraubenspindel ermöglicht, wobei diese Schraubenspindel gegenüber der Kugelhülse 84 in Drehrichtung in jeder Richtung festgelegt ist. Bei der Verwendung der beiden Vorrichtungen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung gemäß Fig. 1 als Zwei-Geschwindigkeits-Vorschubmechanismus wird die Schraubenspindel 14 durch die Kugelhülse 84 in Drehung ver­ setzt.

Eine Betrachtung der Fig. 7 zeigt, daß der kerbverzahnte Abschnitt 18 der Schraubenspindel 14 einen allgemein drei­ eckigen Querschnitt mit drei geradlinigen Keilzähnen 86 an den Scheitelpunkten des Dreieckes aufweist. Auf diesem kerbverzahnten Abschnitt ist eine eigentliche Kugelhülse 88 mit einem Befestigungsflansch 90 gemäß Fig. 8 befe­ stigt, wobei diese Teile die Kugelhülse 84 bilden. Auf der Innenoberfläche der eigentlichen Hülse 88 sind drei vergleichsweise tiefe Führungsnuten 92 und drei flachere Führungsnuten 94 ausgebildet, die sich in Längsrichtung der Hülse erstrecken und in Umfangsrichtung einander abwechseln. Jede Führungsnut 92 nimmt zwei Reihen von keinem Drehmoment ausgesetzten Kugeln 96 auf, die nicht an der Drehmomentübertragung von der Hülse 88 auf die Schraubenspindel 14 beteiligt sind. Jede Führungsnut 94 nimmt andererseits zwei Reihen von ein Drehmoment über­ tragenden Kugeln 96′ auf, die zur Übertragung eines Dreh­ momentes von der Hülse 88 auf die Schraubenspindel dienen. Die Führungsnuten 94 weisen gemäß Fig. 7 einen derartigen Querschnitt auf, daß sie als Laufbahnen für die ein Dreh­ moment übertragenden Kugeln 96′ dienen.

Die jeweiligen Winkelpositionen des kerbverzahnten Schraubenspindelabschnittes 18 und der Hülse 88 sind der Art, daß die drei geradlinigen Keilzähne 86 des ersteren Abschnittes mit den Führungsnuten 94 des letzteren Teils ausgerichtet sind. Jeder Keilzahn 86 weist konkave gegen­ überliegende Seiten auf, die als Laufbahnen für die längsgerichtete Rollbewegung der entsprechenden beiden Reihen von ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96′ die­ nen. Die Bezugsziffer 98 bezeichnet Kugelkäfige oder Füh­ rungen mit Nuten 100 und 102 für die axiale Rollbewegung und den Umlauf der kein Drehmoment übertragenden Kugeln 96 und der ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96′.

Es ist aus der vorstehenden Beschreibung zu erkennen, daß bei einer Drehung der Hülse 88 in irgendeiner Richtung die ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96′ das Drehmo­ ment auf den kerbverzahnten Schraubenspindelabschnitt 18 übertragen, so daß sich die Schraubenspindel 14 gleichzei­ tig dreht. Die ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96′ sind vorgespannt, um ein Spiel zwischen der Schraubenspin­ del 14 und der Hülse 88 in jeder Drehrichtung zu beseitigen. Auf diese Weise ist eine wirkungsvolle Dreh­ momentübertragung von der Hülse auf die Schraubenspindel möglich. Sowohl die kein Drehmoment übertragenden Kugeln 96 als auch die ein Drehmoment übertragenden Kugeln 96′ ermöglichen die relative Axialbewegung der Schraubenspindel 14 und der Hülse 88 mit Rollreibung. Es sei daher er­ wähnt, daß die Kugeln 96 und 96′ den gleichen Durchmesser aufweisen können und aus dem gleichen Material bestehen können; sie sind lediglich aufgrund der unterschiedlichen Funktionen, die sie erfüllen, unterschiedlich bezeich­ net.

Fig. 9 zeigt die zwei Vorrichtungen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung gemäß Fig. 1 in einer Anwendung für einen Zwei-Geschwindigkeits-Vorschubmecha­ nismus. Es wird angenommen, daß das linke Ende der Schraubenspindel 14 in geeigneten, nicht gezeigten Lager­ einrichtungen sowohl für eine Drehung als auch für eine Längsbewegung gelagert ist. Der kerbverzahnte rechte End­ teil 18 der Schraubenspindel ist in der beschriebenen Weise in einer Kugelhülse 84 angeordnet und über dieser mit An­ triebseinrichtungen gekoppelt, die als Handgriff 104 dar­ gestellt sind. Dieser Handgriff ist an einer mit einem Kranz versehenen, eine Mittelbohrung aufweisenden Scheibe 106 befestigt, die bei 108 mit der eigentlichen Hülse 88 verkeilt ist. Ein Drehen des Handgriffes 104 führt damit zu einer Drehung der Schraubenspindel 14 um deren Achse. Die Schraubenspindel ist selbstverständlich in Längsrich­ tung gegenüber der Kugelhülse 84 beweglich.

Die Kugelmutter 20′ der zweiten Vorrichtung 12 zur Um­ wandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung ist bei 110 mit einem gewünschten vorzuschiebenden Bauteil verschraubt, beispielsweise mit einem Arbeitstisch 112. Durch diese Befestigung an dem Arbeitstisch ist die Ku­ gelmutter 20′ gegen eine Drehung festgelegt, kann sich jedoch mit diesem Arbeitstisch in Axialrichtung bewe­ gen.

Die Kugelmutter 20 der ersten Vorrichtung 10 zur Umwand­ lung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung ist ande­ rerseits über das zweireihige Kugellager 26 mit irgend­ einem stationären Teil 114, beispielsweise einem Rahmen oder einem Gehäuse gekoppelt, d. h. der Lageraußenring 40 des Lagers ist mit dem Befestigungsflansch 42 an dem sta­ tionären Teil 114 über versenkte Schrauben 116 befe­ stigt. Entsprechend kann die Kugelmutter 20 keine Axial­ bewegung gegenüber dem stationären Teil 114 ausführen. Die Bezugsziffer 118 bezeichnet allgemein einen Geschwin­ digkeitswählmechanismus, der eine selektive Verriegelung der Kugelmutter 20 gegen eine Drehung gegenüber dem sta­ tionären Teil 114 ermöglicht und die Kugelmutter 20 mit der Kugelhülse 84 für eine gemeinsame Drehung verbindet. Der Geschwindigkeitswählmechanismus 118 weist folgende Teile auf:

• 1. eine Hülse 120, die die Schraubenspindel 14 konzen­ trisch mit Spiel umgibt und deren rechtes Ende bei 122 mit dem Flansch 90 der eigentlichen Hülse 88 verschraubt ist;
• 2. einen Flansch 124, der bei 126 mit der Kugelmutter 20 verschraubt ist und gleitend zwischen dem Befe­ stigungsflansch 42 des Lageraußenringes 40 und einem Flansch 128 am linken Ende der Hülse 120 eingefügt ist;
• 3. einen ersten Verriegelungsstift 130, der sich ver­ schiebbar durch das stationäre Teil 114 und den Flansch 42 des Lageraußenringes erstreckt und in eine und aus einer Bohrung 132 heraus verschiebbar ist, die durch den Flansch 124 der Kugelmutter aus­ gebildet ist;
• 4. einen zweiten Verriegelungsstift 134, der sich ver­ schiebbar durch den Flansch 128 der Hülse 120 er­ streckt und ebenfalls in die Bohrung 132 des Flan­ sches 124 der Kugelmutter hinein und aus dieser her­ aus beweglich ist.

Bei der Position des Geschwindigkeitswählmechanismus 118 nach Fig. 9 steht der erste Verriegelungsstift 130 mit der Bohrung 132 in dem Flansch 124 in Eingriff und ist in diese Stellung durch eine Druckfeder 136 vorgespannt, die in einem Gehäuse 138 angeordnet ist. Entsprechend ist die Kugelmutter 20 gegen eine Drehung gegenüber dem stationä­ ren Teil 114 festgelegt. Die Hülse 120 ist dann mit der Kugelhülse 84 und damit mit der Schraubenspindel 14 dreh­ bar, wobei die Hülse 120 in Gleitberührung mit dem Flansch 124 der Kugelmutter steht. In Fig. 10 ist ge­ zeigt, wie der zweite Verriegelungsstift 134 gegen die Vorspannung der Druckfeder 136 niedergedrückt ist. Der erste Verriegelungsstift 130 ist dann aus der Bohrung 132 in dem Flansch 124 der Kugelmutter herausgezogen, und statt dessen steht der zweite Verriegelungsstift 134 in dieser Bohrung 132 in Eingriff. Nunmehr ist die Kugelmutter 20 mit der Hülse 120 für eine gemeinsame Dre­ hung mit der Kugelhülse 84 und der Schraubenspindel 14 ge­ koppelt.

Im folgenden wird die Betriebsweise des Zwei-Geschwindig­ keits-Vorschubmechanismus nach Fig. 9 erläutert. Bei die­ ser Beschreibung sei angenommen, daß einerseits der erste Gewindeabschnitt 16 der Schraubenspindel eine größere Stei­ gung aufweist als der zweite Gewindeabschnitt 16′ und daß andererseits die Gewinde dieser beiden Schraubenspindelab­ schnitte 16 und 16′ beide rechtsgängig sind.

Es sei zunächst angenommen, daß sich der Geschwindig­ keitswählmechanismus 118 in der Stellung nach Fig. 9 be­ findet, in der die Kugelmutter 20 der ersten Vorrichtung 10 gegen eine Drehung (sowie gegen eine Axialbewegung) verriegelt ist. Wenn die Bedienungsperson den Handgriff 104 im Uhrzeigersinn dreht, wird das Drehmoment auf die Schraubenspindel 14 über die Kugelhülse 84 übertragen, wo­ durch eine Drehung der Schraubenspindel in der gleichen Richtung hervorgerufen wird. Obwohl sich die Hülse 120 ebenfalls mit der Kugelhülse 84 dreht, gleitet ihr Flansch 128 lediglich über den Flansch 124 der Kugelhül­ se, so daß die Kugelmutter 20 der ersten Vorrichtung 10 stationär bleibt. Entsprechend führt die Drehung der Schraubenspindel 14 im Uhrzeigersinn zu einer Axialbewegung dieser Schraubenspindel nach links gemäß Fig. 9 gegenüber der festen Kugelmutter 20.

Die Kugelmutter 20′ der zweiten Vorrichtung 12 ist ande­ rerseits gegen eine Drehung festgelegt, sie kann sich je­ doch in Axialrichtung mit dem Arbeitstisch 112 bewegen.

Bei der Drehung der Schraubenspindel 14 im Uhrzeigersinn bewegt sich die Kugelmutter 20′ nach rechts gegenüber der Schraubenspindel. Unter der Annahme, daß die Steigung des ersten Gewindeabschnittes 16 der Schraubenspindel 10 mm be­ trägt, während die Steigung des zweiten Gewindeabschnit­ tes 16′ 9 mm beträgt, bewegt sich die Schraubenspindel 14 nach links gegenüber der festen Kugelmutter 20 mit einer Geschwindigkeit von 10 mm pro Umdrehung, während sich die Kugelmutter 20′ gegenüber der Schraubenspindel nach rechts mit einer Geschwindigkeit von 9 mm pro Umdrehung dieser Schraubenspindel bewegt. Entsprechend bewegt sich die Ku­ gelmutter 20′ zusammen mit dem Arbeitstisch 112 gegenüber dem stationären Teil 114 nach links mit einer Geschwin­ digkeit von lediglich 1 mm pro Umdrehung der Schrauben­ spindel 14.

Am Ende des nach links gerichteten Hubes mit niedriger Geschwindigkeit kann der Arbeitstisch 112 in die anfäng­ liche rechte Position mit wesentlich höherer Geschwindig­ keit bewegt werden. Für diese schnelle Rückführbewegung kann der zweite Verriegelungsstift 134 gegen die Vorspan­ nung der Druckfeder 136 in die in Fig. 10 gezeigte Posi­ tion gedrückt werden. Der Handgriff 104 kann dann wie vorher im Uhrzeigersinn gedreht werden. Das Drehmoment wird nicht nur auf die Schraubenspindel 14 übertragen, son­ dern auch über die Hülse 120 und den Flansch 124 auf die Kugelmutter 20 der ersten Vorrichtung 10. Weil sich die Schraubenspindel 14 und die Kugelmutter 20 in der gleichen Richtung und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit dre­ hen, ergibt sich keine Relativdrehung und damit auch kei­ ne relative Axialbewegung zwischen diesen Teilen.

Die im Uhrzeigersinn erfolgende Drehung der Schraubenspin­ del 14 bewirkt, daß sich die Kugelmutter 20′ der zweiten Vorrichtung 12 zusammen mit dem Arbeitstisch 112 nach rechts bewegt. Die Schraubenspindel 14 ist nun in Längs­ richtung stationär, so daß die Geschwindigkeit der nach rechts gerichteten Bewegung der Kugelmutter 20′ lediglich von der Steigung des zweiten Gewindeabschnittes 16′ (ab­ gesehen von der Drehgeschwindigkeit der Schraubenspindel) abhängt. Im vorliegenden Fall bewegt sich der Arbeits­ tisch 112 bei seinem nach rechts gerichteten Rücklaufhub mit einer Geschwindigkeit von 9 mm pro Umdrehung der Schraubenspindel.

Obwohl dies bereits erwähnt wurde, sei nochmals darauf hingewiesen, daß der hier beschriebene Zwei-Geschwindig­ keits-Vorschubmechanismus aus dem Grunde ausgewählt wurde, daß ein Beispiel für eine typische Anwendung einer Vor­ richtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung vom Schraubenspindel- und Kugelmutter-Typ gegeben werden konnte. Es sind selbstverständlich vielfältige An­ wendungen dieser Vorrichtungen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung mit einer ein Außengewinde aufweisenden Schraubenspindel, die betriebsmäßig mit einer Antriebs­ einrichtung verbunden ist und durch diese in Drehung antreibbar ist, und mit ein Innengewinde aufweisenden Kugelmuttereinrichtungen, die mit Hilfe von Lagerkugeln hülsenförmig auf die Schraubenspindel aufgesetzt sind, so daß die Drehung der Schraubenspindel eine Axialbe­ wegung der Kugelmuttereinrichtungen relativ zur Schrau­ benspindel hervorruft, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenspindel erste und zweite ein äußeres Schraubengewinde aufweisende Teile (16, 16′) aufweist, die mit axialem Abstand voneinander angeordnet sind und unterschiedliche Steigungen aufweisen, daß die Ku­ gelmuttereinrichtungen ein Innengewinde aufweisen, von dem mindestens eine Windung am Mittelteil der Kugel­ mutter eine von den anderen Windungen des Innengewin­ des abweichende Breite aufweist, so daß die Kugeln auf gegenüberliegenden Seiten der eine abweichende Breite aufweisenden Windung des Schraubengewindes in entgegen­ gesetzten axialen Richtung der Schraubenspindel und der Kugelmutter vorgespannt sind, um ein Spiel zwischen diesen Teilen zu beseitigen, daß die Kugelmutterein­ richtungen durch eine erste Kugelmutter (20), die auf den ersten ein äußeres Schraubengewinde aufweisenden Teil der Schraubenspindel aufgeschraubt ist, und eine zweite Kugelmutter (20′) gebildet sind, die auf den zweiten ein äußeres Schraubengewinde aufweisenden Teil der Schraubenspindel aufgeschraubt sind, daß die erste Kugelmutter (20) an einem stationären Teil (114) mit Hilfe eines vorgespannten Lagers (26) derart dreh­ bar gelagert ist, daß sie selektiv an einer Drehung gehindert oder frei drehbar ist, daß die erste Kugel­ mutter (20) gegen eine Axialbewegung festgehalten ist und daß die zweite Kugelmutter (20′) drehfest mit ei­ nem beweglichen Teil (112) verbunden ist, das relativ zur Schraubenspindel in Axialrichtung beweglich ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenlagerring des Lagers (26) durch den Außen­ umfang der ersten Kugelmutter (20) gebildet wird.