DE69804085T2

DE69804085T2 - Verstärkte gewindespindel

Info

Publication number: DE69804085T2
Application number: DE69804085T
Authority: DE
Inventors: W. Erikson
Original assignee: Kerk Motion Products Inc
Current assignee: Kerk Motion Products Inc
Priority date: 1997-04-17
Filing date: 1998-04-14
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2018-04-15
Also published as: JP4222634B2; CA2286737A1; US6202500B1; DE69804085D1; ATE214000T1; EP0975466B1; US5913941A; CA2286737C; EP0975466A1; WO1998046433A1; JP2002512563A

Description

Allgemeiner Stand der Technik

Im US-Patent Nr. 4 556 345, das am 26. Januar 1986 ausgegeben wurde, offenbarten die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Träger zum Einspannen eines Werkzeugs für eine Hin- und Herbewegung entlang eines Paars von mit Abstand voneinander angeordneten, parallelen Führungsschienen. Der Träger wird durch eine sich drehende Leitspindel hin- und herbewegt, die sich der Länge nach zwischen den und parallel zu den Führungsschienen erstreckt und in eine mit Innengewinde versehene Mutter im Träger eingreift. Die Mutter kann eine Anti-Spiel-Mutter sein. Da sich die Leitspindel zwischen den Schienen befindet, gibt es sich seitlich vom Träger weg erstreckende Lagerstützen, die jeweils auf einem Lager liegen, das auf einer Führungsschiene ähnlich Auslegerpontons gleitet.
Die Schienen dienen einer Reihe von Zwecken. Sie schaffen eine reibungsarme Führung für den Träger, um darauf aufzuliegen, aber, noch wichtiger, sie schaffen einen Antidrehmechanismus für den Schlitten. Wenn es keine Führungsschienen gäbe und der Träger nur an der Leitspindel angebracht wäre, würde sich der Träger wahrscheinlich nicht hin- und herbewegen. Dies deshalb, weil die Masse des Trägers einen hohen Reibungswiderstand zwischen seiner Gewindemutter und der Leitspindel erzeugen würde, so dass sich der Träger mit der Leitspindel drehen anstatt sie überqueren würde. Zweitens, wenn es wieder keine Führungsschienen gäbe und die Leitspindel in horizontaler Richtung orientiert wäre, würde die Durchbiegung der Leitspindel, die durch das Gewicht des Trägers und des Werkzeugs, das er einspannt, erzeugt wird, bewirken, dass der Träger auf der Leitspindel blockiert, und/oder bewirken, dass das Werkzeug, das er einspannt, sich vom Werkstück löst.
Es kann jedoch noch ein weiteres Problem bestehen. Am Träger eingespannte Werkzeuge sind normalerweise gegenüber der Mittelachse der Leitspindel versetzt. Außerdem sind die Werkzeuge in einer einseitig eingespannten Position relativ zum Träger an Stützen eingespannt. Der normale Widerstand des Werkzeugs relativ zu seinem Werkstück erzeugt ein Drehmoment, das über die Werkzeugstütze dem Träger und somit den Stützen mitgegeben wird, die auf den Schienen laufen, die die Lager tragen. Dies kann einen unnötigen Widerstand, behinderndem Eingreifen (monkey-biting) bewirken oder begreiflicherweise dazu führen, dass der Antriebsmotor der Leitspindel stehenbleibt.
Ein weiterer Mangel bei bestimmten Anwendungen, bei denen der Raum begrenzt ist, ist die Größe des Mechanismus. Zwei Führungsschienen, die von der Leitspindel einen seitlichen Abstand haben, erzeugen einen Antriebsmechanismus, der im Allgemeinen horizontal ausgebreitet ist, und bei einigen Maschinentätigkeiten gibt es dafür nicht genügend Raum. Außerdem ist es schwierig, die anfängliche Ausrichtung der Spindel und der beiden parallelen Schienen zu erreichen.
Das europäische Patent EP-A1-0 559 441 offenbart einen verstärkten Leitspindelaufbau gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die vorliegende Erfindung ist durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 mit den wahlfreien Merkmalen gekennzeichnet, die in den abhängigen Ansprüchen angeführt sind.

Kurzdarstellung der Erfindung

Die Erfindung liegt in einem verstärkten Leitspindelaufbau, der eine mit Gewinde versehene Leitspindel umfasst, die um eine Mittelachse durch einen Umkehrmotor drehbar ist. Die Leitspindel ist von einer starren, hohlen, länglichen Verstärkungsschiene umgeben, die sich der Länge nach von ende zu Ende der Spindel erstreckt. Ein mutterartiges Lager ist entlang der Verstärkungsschiene beweglich und wird von der Spindel angetrieben. In der Verstärkungsschiene ist ein Schlitz, der sich der Länge der Mittelachse der Leitspindel nach erstreckt. Ein Vorsprung oder eine Zunge der Mutter ragt in radialer Richtung durch den Schlitz in der Verstärkungsschiene. Die Zunge oder der Vorsprung kann an den Wänden des Schlitzes angreifen, um eine Drehung des mutterartigen Lagers relativ zur Schiene zu verhindern. Die Zunge oder der Vorsprung bringt ein Gewinde an, das in das Gewinde der Leitspindel eingreifen kann. Wenn die Leitspindel in irgendeine Richtung gedreht wird, bewegt sich die Mutter in Längsrichtung der Spindel.
In die Verstärkungsschiene kann ein Gleitlager eingesetzt werden, das aus einem Kunststoffmaterial mit geringer Reibung besteht und in das Gewinde der Leitspindel eingreift, um in Zusammenarbeit mit der Verstärkungsschiene selbst eine seitliche Stütze zu bieten.
Der Vorsprung an der Mutter weist entweder ein Teilgewinde auf, das in das Gewinde der Leitschraube eingreifen kann, oder bringt eine kreisförmige Nabe an, die mit einem Innengewinde versehen ist, um an der Leitspindel anzugreifen.
Die Verstärkungsschiene kann wenigstens eine der Länge nach verlaufende flache Seite umfassen, die an einer dazu passenden flachen Seite in der Nut angreifen kann, um die Anti-Drehfunktion der Zunge und des Schlitzes in der Schiene zu ergänzen, um zu verhindern, dass sich die Mutter relativ zur Verstärkungsschiene dreht. Die Außenfläche der Verstärkungsschiene kann mit einem reibungsarmen Material, wie PTFE, Nylon oder dergleichen, beschichtet sein. Das mutterartige Lager kann auch aus einem selbstschmierenden Material wie Acetyl bestehen und kann einen PTFE-Kohlefaser- Zusatz oder schmierende Zusätze für ein reibungsarmes Eingreifen in die Leitspindel beinhalten. Es kann für zusätzliche Steifheit und Schmierfähigkeit um eine Kugelhülse herum geformt oder daran angebracht sein. Das in der Leitspindel befindliche Gleitlager kann aus Nylon, Delrin oder ähnlichem Kunststoffmaterial bestehen.
Die obigen und weitere Merkmale der Erfindung, einschließlich verschiedener und neuartiger Einzelheiten des Aufbaus und der Kombination von Teilen, wird nun mehr im Einzelnen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben und in dein den Ansprüchen dargelegt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine Draufsicht einer verstärkten Leitspindel, die die vorliegende Erfindung beinhaltet.
Fig. 2 ist eine Teilschnittansicht entlang der Linien II- II in Fig. 1.
Fig. 3 ist eine Schnittansicht durch die verstärkte Führungsschiene und das mutterartige Lager entlang der Linien III-III in Figur. 1, wobei die Leitspindel und die Verstärkungsschiene entfernt sind.
Fig. 4 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 3, wobei die Leitspindel und die Verstärkungsschiene entfernt sind.
Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht eines Teils der Führungsschiene und des mutterartigen Lagers, die eine weitere Ausführungsform der flachen Seiten darstellt.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht ähnlich Fig. 2, wobei das Gleitlager entfernt ist.
Fig. 7 und 8 sind Ansichten ähnlich Fig. 3 bzw. 4 eines alternativen Aufbaus des mutterartigen Lagers.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Die verstärkte Leitspindel ist zusammengesetzt in der Draufsicht in Fig. 1 zu sehen. Sie umfasst eine Spindel 2, die um eine Achse α drehbar ist und entlang ihrer Länge ein Gewinde 4 aufweist. An einem Ende der Leitspindel ist ein Vorsprung 6 ausgebildet, um sie mit einem Umkehr-Antriebsmotor (nicht gezeigt) zu verbinden, um die Leitspindel alternativ im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn zu drehen.
Die Leitspindel 2 wird ist von einer länglichen Verstärkungsschiene 8 umgeben, die sich der Länge der Spindel nach erstreckt. Die Verstärkungsschiene ist hohl, um die Leitspindel aufzunehmen, und umfasst einen Schlitz 10, der sich der Länge nach und parallel zur Mittelachse α der Leitspindel erstreckt. Der Schlitz umfasst, Seitenwände 12 und 14, die ein Lagerflächen bilden können, wie es nachfolgend ausführlicher erläutert wird. Die Leitspindel ist in der Verstärkungsschiene durch die Lager 16 und 18 für eine Drehung relativ zur Verstärkungsschiene gelagert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ein längliches Gleitlager 22 zu sehen, das sich der Länge der Verstärkungsschiene nach erstreckt. Das Lager besteht aus einem reibungsarmen Kunststoff, wie PTFE, Nylon oder Delrin, und weist ein kreisförmiges Inneres auf und greift in das Gewinde 24 der Leitspindel ein. Es dient als radiale Stütze für die Leitspindel, die die Spindel daran hindert zu schlagen oder zu vibrieren, wenn sie gedreht wird.
Das Gleitlager beinhaltet einen Schlitz 26, der Seitenwände 28 aufweist (Fig. 3), die im Wesentlichen Fortsetzungen der Seitenwände 12 bzw. 14 des Schlitzes 10 der Verstärkungsschiene sind. Die Schlitze 10 und 26 sind miteinander ausgerichtet.
Im Betrieb wäre die verstärkende Führungsschiene 8 in einem Maschinenaufbau durch irgendein geeignetes Mittel (nicht gezeigt) befestigt, wobei ein Umkehr-Antriebsmotor an der Leitspindel angebracht wäre.
Ein mutterartiges Lager, allgemein mit 40 bezeichnet, das aus Metall oder vorzugsweise aus formbarem Kunststoff, wie Acryl mit Kohlefaserzusätzen, ist, ist in zweiseitiger Richtung entlang der Verstärkungsschiene beweglich. Das mutterartige Lager kann wahlfrei Antispieleigenschaften haben. Das mutterartige Lager beinhaltet einen Flansch 42, der kreisförmig dargestellt ist, aber abhängig vom Werkzeug oder der anzubringenden Last in jeder geeigneten Form aufgebaut sein kann. Das mutterartige Lager beinhaltet einen Körperabschnitt 44, der wie in Figur. 4 zu sehen ist, mit einer wahlfreien flachen Innenseite 46 versehen ist, die an einer wahlfreien dazu passenden flachen Seite 48 angreifen kann, die an der Unterseite der Verstärkungsschiene ausgebildet ist (Fig. 3).
Das Element 40 wird mutterartiges Lager genannt, weil es die Funktion von beidem hat. Es arbeitet als Lager, weil es, wie nachfolgend zu sehen ist, mit einem Innengewinde versehen ist und von der Leitspindel bewegt wird. Zweitens weist es innere Lagerflächen auf und gleitet auf der Schiene.
Wie in Fig. 5 zu sehen ist, kann an der Mutter eine Mehrzahl von flachen Seiten 50 und 52 (nachfolgend nur als 2 dargestellt) ausgebildet sein, die an dazu passenden flachen Seiten 54 und 54 an der Schiene 8 angreifen können.
Wie in Fig. 4 zu sehen ist, beinhaltet das mutterartige Lager 40 einen vorspringenden Abschnitt oder eine Zunge 51, der/die sich radial nach innen erstreckt. Er/Sie weist parallele Seiten 53 auf, die an den Seiten 12 und 14 des Schlitzes 10 und der Schlitze 28 angreifen können, die im Lager 22 ausgebildet sind. Dieses Angreifen stellt sicher, dass, zusätzlich zur flachen Seite, die Mutter sich nicht relativ zur Führungsschiene dreht, wenn die Leitspindel gedreht wird.
Der Zweck dieser wahlfreien flachen Seiten, ob es eine oder eine Mehrzahl davon gibt, ist, die Selbstdrehfunktion der Zunge 51 und der Schlitze 10 und 26 zu ergänzen, indem sie verhindern, dass sich die Mutter 40 relativ zur Verstärkungsschiene 8 dreht, wenn die Leitspindel 2 gedreht wird. Dies könnte der Fall sein, wenn der Reibungseingriff zwischen dem Gewinde der Leitspindel und der Mutter größer äls der Reibungseingriff zwischen der Mutter und dem äußeren der Führungsschiene ist.
In einem gekrümmten Abschnitt 56 (Fig. 4) des innersten Endes des Vorsprungs 51 ist ein Gewinde ausgebildet. Das Gewinde kann in das Gewinde 4 der Leitspindel 2 eingreifen, so dass sich das mutterartige Lager 40 relativ zur Verstärkungsschiene 8 hin- und herbewegt, wenn die Leitspindel entweder im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird.
Wie in Fig. 7 und 8 gesehen werden kann, ist ein alternativer Aufbau des mutterartigen Lagers 40 zu sehen. An der Zunge oder dem Vorsprung 51 ist ein kreisförmiger Nabenabschnitt 58 ausgebildet und weist ein Innengewinde 60 auf (Fig. 6), das das Gewinde 24 der Leitspindel 2 umgibt und darin eingreift. In Fig. 8 sind die Seiten 28 des Schlitzes der Verstärkungsschiene 8 von den Seiten 53 des Vorsprungs 51 getrennt gezeigt. Dies ist ein wahlfreier Aufbau. Das Innengewinde 60 der Nabe 58 ist mit dem Gewinde der Leitspindel im passenden Eingriff.
Funktionell arbeitet die Ausführungsform von Fig. 7 in der gleichen Weise wie die Ausführungsform von Fig. 8.
Fig. 6 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 2, wobei das Gleitlager 22 entfernt ist. Wenn ein hohes Maß an Durchbiegung der Leitspindel erwartet würde, würde dies nicht vorgenommen werden oder es würde umgekehrt die Verstärkungsschiene 8 mit einem geringeren Durchmesser aufgebaut, so dass sie an den Spitzen des an der Leitspindel ausgebildeten Gewindes angreifen könnte. Ferner gibt es, je länger die Leitspindel ist, einen umso größeren Bedarf dafür, dass das verstärkende Lager die Leitspindel gegen ein Schlagen stützt.
Bei der vorliegenden Erfindung gibt es keine Notwendigkeit für Führungsschienen für die Mutter oder, wenn ein Schlitten angebracht ist, um darauf zu laufen, das im Allgemeinen die Verstärkungsschiene 8 ausreicht, außer bei den Anforderungen für ein sehr großes Werkzeug. Da die Breite des Aufbaus mit einer einzigen Schiene kleiner ist, gibt es eine geringere Wahrscheinlichkeit für ein Verkanten und Schräglaufen der Mutter, weil ihre Last näher an der Achse α angebracht werden kann. Es könnten auch kreisförmige Lasten an der Mutter 44 angebracht sein, die die verstärkte Leitspindel umgibt, bei denen nur ein geringes oder kein Drehmoment auf die Mutter ausgeübt würde, um zu bewirken, dass sie an der Führungsschiene 8 blockiert.

Claims

1. Ein verstärkter Leitspindelaufbau, welcher umfasst:

eine mit Gewinde versehene Leitspindel (2), die um eine Mittelachse (α) drehbar ist;

eine hohle, längliche Verstärkungsschiene (8), die sich in Längsrichtung der Leitspindel erstreckt und sie umgibt, um für die Spindel eine radiale Stütze bereitzustellen;

einen Schlitz (10) in der Verstärkungsschiene, der sich in Längsrichtung der Mittelachse erstreckt;

ein mutterartiges Lager (40), das die Verstärkungsschiene umgibt und entlang der Verstärkungsschiene beweglich ist;

einen Abschnitt (51) des mutterartigen Lagers, der durch den Schlitz ragt; und

ein Innengewinde (60) am vorragenden Abschnitt des mutterartigen Lagers, das in das Gewinde (4) an der Leitspindel eingreifen kann, um das mutterartige Lager in hin- und hergehender Bewegung in Längsrichtung der Schiene zu bewegen, wenn die Leitspindel gedreht wird;

dadurch gekennzeichnet, dass das mutterartige Lager (40) direkt in das Äußere der Verstärkungsschiene (8) eingreifen kann und der Schlitz (10) Lageroberflächen (12, 14) aufweist, die die Seiten des Schlitzes bilden, und der Abschnitt des mutterartigen Lagers (40), der durch den Schlitz ragt, an den Lageroberflächen angreift.

2. Ein verstärkter Leitspindelaufbau nach Anspruch 1, der wenigstens eine Abflachung (54), die sich in Längsrichtung der Verstärkungsschiene (8) erstreckt, und eine dazu passende Abflachung (50) am mutterartigen Lager aufweist, um das mutterartige Lager (40) daran zu hindern, sich relativ zur Verstärkungsschiene zu drehen.

3. Ein verstärkter Leitspindelaufbau nach Anspruch 1, der eine Mehrzahl von Abflachungen (54, 56), die sich in Längsrichtung der Verstärkungsschiene (8) erstrecken, und dazu passende Abflachungen (50, 52) im mutterartigen Lager aufweist, um das mutterartige Lager (40) daran zu hindern, sich relativ zur Verstärkungsschiene zu drehen.

4. Ein verstärkter Leitspindelaufbau nach Anspruch 1, bei dem der Abschnitt (51) des mutterartigen Lagers (40), der durch den Schlitz ragt, eine kreisförmige Nabe (58) anbringt, an der das Innengewinde ausgebildet ist, das in das Gewinde der Leitspindel eingreift.

5. Ein verstärkter Leitspindelaufbau nach Anspruch 1, bei dem es ein längliches Gleitlager (22) in der Verstärkungsschiene gibt, das einen Schlitz (26) aufweist, der mit dem Schlitz (10) der Verstärkungsschiene ausgerichtet ist.

6. Ein verstärkter Leitspindelaufbau nach Anspruch 5, bei dem der Abschnitt (51) des mutterartigen Lagers (40), der durch die ausgerichteten Schlitze ragt, eine kreisförmige Nabe (58) anbringt, an der ein Innengewinde ausgebildet ist, das in das Gewinde der Leitspindel eingreifen kann.

7. Ein verstärkter Leitspindelaufbau nach Anspruch 5, bei dem das Gleitlager (22) ein gekrümmtes Inneres aufweist, das in das Gewinde der Leitspindel eingreifen kann.

8. Ein verstärkter Leitspindelaufbau nach Anspruch 5, bei dem das Gleitlager (22) aus einem Kunststoffmaterial mit geringer Reibung besteht.