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Spindelantrieb Die Erfindung behandelt einen Spindelantrieb, wie er
an Werkzeugmaschinen, z. B. Dreh- und Fräsbänken, zur Auslösung bestimmter Antriebsvorgänge
oder bei Wendegetrieben u. dgl. benutzt wird. Die Spindel weist dabei ein Schneckengewinde
auf und wird in einem oder mehreren Mutterteilen geführt. Man kann die Mutterteile
über geeignete Gelenke mit einzelnen Werkzeugträgern, wie Supports oder Schlitten,
verbinden und so zusammen mit Anschlägen an der Spindel, gegen die die Mutterteile
anlaufen, die verschiedensten Arbeitsgänge steuern.
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Die Führung der Schraubenspindel in mit dem gleichen Gegengewinde
ausgerüsteten Muttern bringt bei den bekannten Spindelantrieben die Schwierigkeiten,
daß unmittelbar zugleich mit dem Auflaufen der Mutter am Spindelanschlag auch der
Spindelantrieb stillgesetzt werden muß, wenn sich nicht Spindel und Mutter gegenseitig
verklemmen und beschädigen sollen. Infolge des dem Antrieb, z. B. einem Elektromotor,
eigenen Schwungmoments ist jedoch ein sofortiges Stillsetzern des Spindelantriebes
entweder gar nicht oder nur mit komplizierten Bremseinrichtungen möglich.
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Aus der allgemeinen Spindeltechnik ist es nun bereits bekannt, Spindeln
und Muttern mit Hilfe von Kugeln auch axial kraftschlüssig zu lagern. Die Kugeln
sitzen dabei einerseits in Ringnuten auf der Innenseite der Muttern und andererseits
im Schraubengewinde der Spindel. Die Erfindung benutzt diese bekannte Lagerung und
vermeidet die obengenannten Nachteile der bisher benutzten Spindelantriebe dadurch,
daß eine Kugel zwischen der schraubenförmig ausgebildeten Nut der Schraubenspindel
und
der bzw. den Nuten des Schraubenrohres sitzt, um eine formschlüssige Verbindung
zwischen Schraubenspindel und Schraubenmutter herzustellen, und daß ein Paar Stellringe
auf der Schraubenspindel in einem Abstand voneinander, der wesentlich größer ist
als der Kugeldurchmesser, und zwar derart angeordnet sind, daß wohl eine Begrenzung
der Bewegung der Kugel in der Nut der Schraubenspindel außerhalb festgelegter Stellung
auf der Schraubenspindel erfolgt, doch innerhalb dieser Stellungen eine freie Bewegung
der Kugel um die Schraubenspindel herum erfolgen kann.
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Die Kugellagerung von Schraubenspindel und Mutter verringert zunächst
den Reibungsverlust und erhöht damit die Leistungsfähigkeit des Antriebes. Hierzu
genügt bereits eine geringe Anzahl von Kugeln. Außerdem kann man jetzt die Mutter
beliebig gegen Anschläge auflaufen lassen, ohne dabei die Spindel abbremsen und
stillsetzen zu müssen. Sobald die Axialverschiebung der Mutter durch einen Anschlag
stillgesetzt wird, dreht sich die Kugel in der Ringnut der Mutter und gibt dadurch
die weitere Drehung der Spindel frei. Mit der neuen Anordnung wird es erstmals möglich,
nicht nur eine, sondern mehrere Muttern auf der Spindel laufen zu lassen und damit
die verschiedensten Arbeitsgänge zu steuern. Dabei sollen natürlich die Muttern
nur ganz bestimmte Wege an der Spindel zurücklegen.
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Um die durch die freie Kugelbewegung längs einer Ringnut der Mutter
mögliche Relativverschiebung zwischen Mutter und Spindel auszuschließen, setzt man
die Kugeln bei der Erfindung deshalb zweckmäßig wie bei Kugellagern in einen Käfig
und erreicht damit eine äußerst genaue Einstellung des axialen Mutternweges.
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In Fig. I ist die Anwendung der Erfindung in Verbindung mit einer
Konstruktionsausführung gezeigt, bei der die Spindelmutter drehbar und gegen axiale
Verschiebung gesichert ist, während die Schraubenspindel in axialer Richtung verschiebbar
ist, jedoch keine Drehbewegung ausführen kann. Die Schraubenspindel, in der Zeichnung
mit Io bezeichnet, ist dabei von verlängerter Bauart und an ihren Enden mit Verbindungsteilen
I2 ausgestattet, die jeweils in einen flachen, mit Ösenloch versehenen Laschenteil
I4 auslaufen, der einen Gabelkopf od. dgl. aufnehmen kann und gegebenenfalls im
Betrieb die Schraubenspindel gegen Drehung sichert. An der Schraubenspindel Io ist
ein schneckenförmiges Gewinde eingeschnitten, das die mit I6 bezeichneten Rillen
zwischen den Gewindegängen ausspart, die im Querschnitt nicht ganz halbkreisförmige
Gestalt zeigen, wobei natürlich die Gewindesteigung über die Gesamtlänge der Schraubenspindel
dieselbe bleibt.
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Die Spindelmutter I8 ist in diesem besonderen Fall zugleich auch Antriebsachse
oder -welle eines Elektromotors, der aus einem Anker 2o und einem Feldmagnetsystem
22 besteht. Die entgegengesetzten Enden der Spindelmutter I8 sind drehbar in Lager
24 eingebettet, die in einem den Anker 2o und das Feldmagnetsystem 22 umgebenden
Gehäuse eingebaut sind, wobei das Feldmagnetsystem 22 durch Preßsitz od. dgl. in
üblicher Weise im Gehäuse festsitzt. Die gegenüberliegenden Enden der Spindelmutter
I8 sind in ihrem äußeren Durchmesser etwas verjüngt, wodurch jeweils eine Schulter
gebildet wird, gegen die der innere Laufring des entsprechenden Lagers 24 anliegt
und durch die die Spindelmutter I8 im Gehäuse 26 gegen axiale Verschiebung gesichert
ist.
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Die Spindelmutter I8 ist mit mehreren am Umfang ihrer Bohrung eingeschnittenen
und möglichst im gleichen Abstand axial voneinander abgesetzten Rillen 3o versehen,
die die gleiche Querschnittsform wie die Rillen I6 in der Schraubenspindel Io aufweisen.
Zwischen jede Rille 3o und die Rillen I6 ist vorzugsweise jeweils eine Kugel 32
eingesetzt. Es ist klar, daß bei jeweils einer Kugel 32 pro Rille als einziger Verbindung
zwischen Spindelmutter und Spindel der Anteil der von einer Kugel 32 zu übernehmenden
Gesamtbelastung von der Anzahl der verwendeten Kugeln abhängt; es ist daher gewöhnlich
wünschenswert, mehrere Kugeln zu verwenden, um dadurch die von den einzelnen Kugeln
aufzunehmende Belastung anteilmäßig herabzusetzen. Wo, wie in der Zeichnung dargestellt,
mehr als eine Kugel verwendet wird, ist ein Käfig, wie unter 34 angedeutet, vorgesehen,
der als verhältnismäßig dünnwandiges Metallrohr ausgebildet ist. Der Käfig 34 ist
zwischen der Schraubenspindel Io und der Spindelmutter I8 als erstere umschließender
und von derselben geführter Rundkörper angeordnet und an den genauen Einsatzstellen
der Kugeln 32 mit Öffnungen versehen, in denen die Kugeln relativ umschlossen, aber
doch frei beweglich drehbar aufgenommen werden, wobei jede der Kugeln von der Käfigwandung
aus gesehen radial sowohl nach einwärts als nach auswärts vorspringt. Der Käfig
34 wirkt auf diese Weise als Führungselement, das die verschiedenen Kugeln 32 in
ihrer genauen gegenseitigen Funktionslage rund um die Achse der Schraubenspindel
Io festhält. Dabei ist besonders hervorzuheben, daß bei vorstehender Konstruktionsausführung,
im Gegensatz zu einigen anderen in Anregung gebrachten Ausführungsarten, wo ebenfalls
Kugeln zwischen Spindelmutter und Schraubenspindel verwendet werden, die Kugeln
während der relativen Drehbewegung zwischen Spindelmutter und Schraubenspindel nicht
axial innerhalb der Spindelmutter wandern können, sondern vielmehr stets und unabhängig
von der Schraubenspindelstellung in derselben axialen Stellung gehalten werden.
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Für den Fachmann ist dabei leicht zu erkennen, daß, solange der Steigungswinkel
der Gewinderillen 16 den Reibungswinkel zwischen Kugeln und Schraubenspindel-Spindelmutter
nicht übersteigt, der Antrieb bzw. Vorschub positiv ist, d. h. daß Gleiten oder
Rutschen der Kugeln unter Last dann nicht auftritt. Bei Stahlausführung der beanspruchten
Teile liegt der maximale Steigungswinkel der Rillen 16 in der Schraubenspindel bei
etwa i i °, wenn Gleiten bzw. Rutschen unter allen Umständen auszuschließen ist.
Andererseits
ist das Vorschubverhältnis so gewählt, daß die relative Drehbewegung zwischen Schraubenspindel
und Spindelmutter keine axiale Verschiebung in der Größenordnung der Steigung der
Gewinderillen I6 der Schraubenspindel hervorruft. So sind beispielsweise bei einer
Schraubenspindel mit einem Gewindegang je 3,5 mm ungefähr zwölf Umdrehungen der
Spindelmutter gegenüber der Schraubenspindel erforderlich, um eine Relativverschiebung
von 25 mm zwischen beiden in der Achsenrichtung zu bewirken. Auf diese Weise ergibt
sich für die hierin entwickelte Bauart in mechanischer Hinsicht ein größerer Vorteil
gegenüber den Schraubenwindenkonstruktionen bislang üblicher Ausführung, bei denen
Spindelmutter und Schraubenspindel die gleiche Anzahl von Gewindegängen je Längeneinheit
aufweisen.
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Besonders wichtig ist der Hinweis, daß bei einer Schraubenwindenkonstruktion
der hier gezeigten und beschriebenen Bauart, bei der die Bauteile aus Hartstahl
hergestellt sind und einen hochwertigen Fertigungsstand aufweisen, der Wirkungsgrad
bei angenähert 98% liegt gegenüber einem Wirkungsgrad von nur etwa 3o%, wie er bei
Schraubenwindenkonstruktionen der üblichen Bauart mit bloßem Flachgewinde festgestellt
ist. Die hieraus sich ergebenden Vorteile der verbesserten Konstruktion leuchten
sofort ein, wenn man bedenkt, daß es nunmehr möglich ist, mit einem Antriebsmotor
oder einer sonstigen Antriebskraft von nur einem Drittel der bisher benötigten Leistung
auszukommen gegenüber derjenigen, wie sie unter gleichen Belastungsverhältnissen
für den Antrieb der bisher üblichen Schraubenwindenkonstruktion erforderlich ist.
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Für das Abstoppen der Bewegung der Kugeln 32 in den Gewinderillen
I6 der Schraubenspindel Io bei einer gewünschten relativen Axialstellung zwischen
Spindelmutter und Schraubenspindel können irgendwie geeignete Mittel vorgesehen
werden. Nachdem der Käfig 34, wie beschrieben, sämtliche Kugeln 32 führt und in
Funktionsstellung hält, ist leicht zu erkennen, daß bei Verriegelung oder Blockierung
des Käfigs gegen Rotationsbewegung um die Schraubenspindel Io, wobei diese Blockierung
für irgendeine axiale Relativstellung zwischen Spindelmutter und Schraubenspindel
vorgesehen werden kann, die Kugeln 32 gegen weiteren Vorschub in den Gewinderillen
I6 abgebremst werden. Falls unter diesen Umständen dann die relative Drehbewegung
zwischen Spindelmutter und Schraubenspindel fortdauert, rollen die Kugeln lediglich
in den Rillen 3o in sich um. Bei der in Fig. I dargestellten Konstruktionsausführung
sind die gegenüberliegenden Enden des Käfigs 34 jeweils in Form eines Gewindeganges
von genau einer vollständigen Umdrehung entsprechend dem Gewindeschnitt der Rillen
I6 ausgebildet, und die einander gegenüberstehenden Enden dieses Gewindeganges sind
durch eine in axialer Richtung verlaufende Wand 36 miteinander verbunden, wodurch
eine Anschlagstirn gebildet wird. An jedem Ende der Schraubenspindel Io ist jeweils
einwärts des entsprechenden Laschen-oder Tragösenteils I4 ein Stellring 38 aufgesetzt,
und jeder dieser Stellringe 38 hat einen nach einwärts gegen die Spindelmutter I8
hin gerichteten Ansatz 40. Die freie Stirnfläche jedes Ansatzes 40 ist (in gleicher
Weise wie die Enden des Käfigs 34) ebenfalls in Form eines Gewindeganges von genau
einer vollständigen Umdrehung entsprechend dem Gewindeschnitt der Rillen I6 der
Schraubenspindel Io ausgebildet, und die einander gegenüberstehenden Enden dieses
Gewindeganges sind durch eine in axialer Richtung verlaufende Wand 42 verbunden,
die ebenfalls als Anschlagstirn wirkt. In der Fig. I sind die Anschlagstirnflächen
36 und 42 nur am linken Ende der Schraubenspindel Io zu sehen, da hier der Käfig
34 und der Wellenbund 38 wenigstens teilweise in voller Seitenansicht gezeigt werden,
während die Anschlagstirnflächen am rechten Ende der Schraubenspindel nicht zu sehen
sind, da hier sowohl der Käfig 34 als auch der Stellring 38 im Schnitt gezeigt werden.
Die Stellringe 38 können an dem Schraubenspindelschaft Io in irgendwie geeigneter
Weise befestigt sein, wobei die Befestigungsart jedoch vorzugsweise so zu wählen
ist, daß die Stellringe 38 auf dem Spindelschaft in axialer Richtung verstellt werden
können, um so die Größe der relativen Vorschubbewegung zwischen der Schraubenspindel
Io und der Spindelmutter I8 in gewünschter Weise ändern zu können. In der Fig. I
ist bei dem rechtsseitigen Stellring 38 eine Stellschraube 44 mit radial zum Stellring
38 verlaufendem Gewinde und Sitz in der Gewinderille I6 als für diesen Zweck vorgesehen
dargestellt.
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Unter Verwendung der zuletzt beschriebenen Konstruktionsausführung
soll als Beispiel nun der Fall angenommen werden, daß die Spindelmutter I8 in einer
Richtung gedreht wird, bei der sich die Schraubenspindel Io in der Zeichnung (Fig.
I) nach rechts bewegt, wobei die Schraubenspindel Io unter dieser Annahme gegen
Drehung gesperrt ist. Wenn hiernach die Spindelmutter I8 umläuft und die Schraubenspindel
Io sich nach rechts bewegt, tritt gegebenenfalls der Augenblick ein, wo die Anschlagstirnflächen
36 und 42 am linksseitigen Ende der Schraubenspindel miteinander in Eingriff kommen.
In diesem Zeitpunkt wird der Käfig 34, der normalerweise von der umlaufenden Spindelmutter
mitgenommen wird, an weiterer Drehung um die Schraubenspindel Io gehindert, wodurch
auch die Kugeln 32 gegen weiteren entsprechenden Vorschub in den Gewinderillen I6
der Schraubenspindel Io gesperrt werden. Hierdurch wird jede weitere relative Axialverschiebung
zwischen der Schraubenspindel io und der Spindelmutter 18 in der Richtung, in welcher
sie die im angenommenen Drehsinn weiter umlaufende Spindelmutter herbeizuführen
sucht, zuverlässig unterbunden. Wenn nun aber die Spindelmutter 18 unter diesen
Umständen weiter rotiert, werden die Kugeln in den entsprechenden Rillen 30 lediglich
in sich gleiten oder rollen oder einen kombinierten entsprechenden Gleit- und Rolleffekt
ausüben, ohne dabei dem Antriebsmotor eine besonders zusätzliche Belastung aufzudrücken.
Spindelmutter und Schraubenspindel
sind sonach unter diesen Voraussetzungen
relativ frei beweglich gegeneinander rotierbiar.
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Sofern nun die Drehrichtung des Antriebsmotors umgekehrt wird, wodurch
die Spindelmutter in einer dem zuerst angenommenen Drehsinn entgegengesetzten Richtung
umläuft, bewegen sich die Anschlagstirnflächen 36 und 42 am linksseitigen Ende der
Schraubenspindel Io wieder auseinander, und die Kugeln 32 rollen jetzt wieder sowohl
in den Gewinderillen I6 als auch in den Rillen 3o, während die Schraubenspindel
Io sich in der Fig. I nach links bewegt. Diese letztere Bewegung dauert so lange
an, bis die Anschlagstirnflächen 36 und 42 am rechtsseitigen Ende der Schraubenspindel
miteinander in Eingriff kommen, zu welchem Zeitpunkt die Kugeln 32 erneut von weiterer
entsprechender Vorschubbewegung in den Gewinderillen I6 abgehalten werden, während
die axiale Verschiebebewegung der Schraubenspindeln gegenüber der Spindelmutter
zum Stillstand kommt.
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Die Tatsache, daß die Kugeln 32 unter den oben näher beschriebenen
Umständen, d. h. wenn Spindelmutter und Schraubenspindel die Endbegrenzungspunkte
ihrer Relativbewegung in beiden Richtungen jeweils erreicht haben, nicht klemmen,
ist in zweierlei Hinsicht wichtig: Erstens können die Stellungen, wo die relative
Axialbewegung zwischen Spindelmutter und Schraubenspindel jeweils gestoppt wird,
zwischen außerordentlich engen Grenzen eingestellt werden, und zweitens wird auf
Grund der Tatsache, daß Spindelmutter und Schraubenspindel auch dann, wenn sie ihre
jeweiligen Endbegrenzungsstellungen in axialer Richtung der Schraubenspindel erreicht
haben, relativ frei gegeneinander rotieren können, jede Möglichkeit eines Verklemmens
der Kugeln zwischen Spindelmutter und Schraubenspindel ausgeschlossen.
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Hierdurch entfällt aber die Notwendigkeit der Bereitstellung einer
besonderen elektrischen oder mechanischen Bremse, die die relative Drehbewegung
zwischen Spindelmutter und Schraubenspindel in dem Augenblick stillsetzt, wo die
beabsichtigte Endbegrenzungsstellung zwischen beiden jeweils erreicht ist.
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Um die Bedeutung der zuletzt beschriebenen Vorteile der Erfindung
weiter zu erläutern, soll angenommen werden, daß bei der in Fig. I dargestellten
Konstruktionsausführung die an den Enden der Schraubenspindel Io befestigten Laschen-oder
Tragösenteile I4 mit einem oder mehreren Förderteilen verbunden sind, die zwischen
zwei Endstellungen zu verschieben sind. Unter diesen Umständen werden zunächst die
Stellringe 38 längs der Schraubenspindel Io auf Festpunkte eingestellt, die eine
axiale Verschiebebewegung der Schraubenspindel Io entsprechend dem gewünschten Verschiebeabstand
für den oder die angehängten Förderteile gestatten. Beim Versetzen der Stellringe
38 ist es natürlich wünschenswert, wenn nicht sogar notwendig, dieselben unter Drehung
um die Schraubenspindel Io so einzustellen, daß jeweils ein größerer Teil der zusammenwirkenden
Anschlagstirnflächen 36 und 42 beim Eingriff miteinander in gegenseitige Berührung
kommt. Bei Verwendung von Stellschrauben, die, wie unter 44 gezeigt, bis auf den
Grund der Gewinderillen I6 reichen, wird diese Bedingung automatisch erfüllt, sofern
die Teile von vornherein genau bearbeitet sind.
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Falls gewünscht, können auch Mittel vorgesehen werden, um den Elektromotor
2o-22 jedesmal stillzusetzen, wenn die Schraubenspindel Io jeweils eine ihrer Endstellungen
bei der Vorschubbewegung in der Spindelmutter I8 erreicht hat. Es kann dabei Hand-
oder automatische Schalterbetätigung gewählt werden, wobei letztere normalerweise
zu bevorzugen ist. Eine diesbezügliche Anordnung ist in der Zeichnung (Fig. I) veranschaulicht.
Dieselbe umfaßt u. a. zwei Schalter S, von denen jeweils einer an jedem Ende des
Gehäuses 26 angebaut ist. Jeder Schalter S besteht, wie gezeigt, aus einem Schalterelement
5o mit Kontakt 52 an seinem äußeren Ende und einem Schalterelement 54 mit Kontakt
56 an seinem äußeren Ende, wobei das Schalterelement 54 elastisch biegbar oder federnd
ist und die Kontakte 52 und 56 einander genau gegenüberstehen. Das Schalterelement
54 ist nur an einem Ende abgestützt und so federnd gespannt, daß es seinen Kontakt
56 gegen den Kontakt 52 normalerweise andrückt. Jedes Schalterelement 54 hat einen
verlängerten Endteil 58, der sich senkrecht zur Längsachse der Schraubenspindel
Io so weit vorschiebt, daß er jeweils in die Vorschubbahn des an dem entsprechenden
Ende der Schraubenspindel Io sitzenden Stellringes 38 hineinragt bzw. diese Bahn
durchschneidet. Da die Schalterelemente 54, von den entsprechenden Enden der Schraubenspindel
aus gesehen, gegenüber den zugehörigen Schalterelementen 5o jeweils in axialer Richtung
nach einwärts liegen, wird, wie leicht zu ersehen, beim Verschieben der Schraubenspindel
in beiden Richtungen jeweils der auf dem nach einwärts sich bewegenden Schraubenspindelende
befindliche Stellring in einem bestimmten Augenblick den verlängerten Endteil des
entsprechenden Schalters S greifen und dessen Kontakte 52 und 56 trennen. Die Schalter
S sind dabei so gestellt, daß die Stellringe 38 die verlängerten Schalterelemente
54 gerade kurz vorher mitnehmen, bevor die entsprechenden Anschlagstirnflächen 36
und 42 miteinander in Eingriff kommen. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der
Schalter S bereits geöffnet wird, noch bevor die Schraubenspindel in ihrer weiteren
Vorschubbewegung in der Spindelmutter I8 gebremst wird.
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Die Schalter S sind in Hintereinanderschaltung mit einer Gleichstromquelle
verbunden, die in der Zeichnung als Batterie B angedeutet ist. Im Schaltungsschema
der Fig. I sind der Anker 2o und das Fel.dmagnetsystem 22 des im vorausgegangenen
bereits beschriebenen Elektromotors nicht unmittelbar an die Stromleitungsführung
angeschlossen; sondern aus übersichtsgründen durch symbolische Darstellung, wie
unter 20a und 22 angedeutet, ersetzt. Dem Aufbau des Schaltbildes der Fig. i liegt
speziell die Annahme zugrunde, daß die Umschaltune
des Elektromotors
und damit auch die Umkehrung der Drehrichtung der Spindelmutter I8 durch Umkehrung
der Stromrichtung im Anker 2oa erfolgt.
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Der Hauptsteuerschalter, in der Zeichnung mit C bezeichnet, weist
auf der einen Seite zwei und auf der anderen Seite drei feste Kontakte auf, die
in der Fig. I mit E, F bzw. J, I, J bezeichnet sind. Außerdem sind zwei bewegliche
Kontakte K und L vorhanden, die durch eine (hier nicht gezeigte) mechanische Verbindung
für gleichzeitige Schaltbewegung eingerichtet sind, wobei letztere durch Hand- oder
anderweitige Betätigung erfolgen kann. Eine Polseite der Batterie B sowie ein Wicklungsende
des Feldmagnetsystems 22 sind geerdet (s. Zeichnung). Die nicht geerdete Polseite
der Batterie B ist an den festen Kontakt E angeschlossen. Der feste Kontakt F ist
über die Feldwicklung 22a geerdet. Der feste Kontakt I ist über den Anker 2oa mit
den Schalterelementen 54 beider Schalter S elektrisch verbunden. Der feste Kontakt
H ist an das Schalterelement 5o des rechtsseitigen Schalters S angeschlossen, und
der feste Kontakt J hat mit dem Schalterelement 5o des linksseitigen Schalters S
elektrische Verbindung.
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Wenn sich die beweglichen Kontakte K und L in der in Fig. I gezeigten
Stellung befinden, fließt der Strom von der Batterie B über den festen Kontakt E
sowie den beweglichen Kontakt L und festen Kontakt H nach dem rechtsseitig gelegenen
Schalter S, und falls dieser, wie in der Zeichnung zu sehen, geschlossen ist, weiter
durch den Anker 2oa zu dem festen Kontakt I, von hier aus weiter durch den beweglichen
Kontakt K und festen Kontakt F über die Feldwicklung 22a zur Erde G. Der Strom kann
in diesem Fall nicht durch den linken Schalter S fließen, da der feste Kontakt J
bei dieser Schaltstellung der beweglichen Kontakte offen bzw. stromlos ist. Es sei
nun angenommen, daß unter vorstehenden Verhältnissen der Anker 2o des Motors in
einer Richtung umläuft, bei der sich die Schraubenspindel Io in der Zeichnung nach
links bewegt oder, mit anderen Worten, in einer vom rechtsseitigen Ende der Schraubenspindel
Io aus gesehenen Drehrichtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn. Unter dieser Voraussetzung
werden die Kontakte 52 und 56 des rechtsseitigen Schalters S geöffnet, sobald der
rechtsseitige Stellring 38 mit Ansatz 4o gegen den verlängerten Teil 58 des Schalterelements
54 am Schalter S anschlägt und denselben mitnimmt. Dadurch wird der Stromlauf zum
Motor unterbrochen und letzterer außer Betrieb gesetzt. Es ist weiter zu ersehen,
daß hierbei, kurz nachdem der Stellring 38 den verlängerten Teil 58 des rechtsseitigen
Schalters S erfaßt und den Schalter S für die Stromunterbrechung weit genug geöffnet
hat, die Anschlagstirnfläche 42 des Stellringes am rechtsseitigen Ende der Schraubenspindel
Io mit der Anschlagstirnfläche 36 des Käfigs 34 am entsprechenden Ende der Schraubenspindel
in Eingriff kommt, wodurch jede weitere relative axiale Verschiebebewegung zwischen
der Schraubenspindel und der Spindelmutter I8 blockiert wird, gleichgültig ob der
Anker 2o unter der Einwirkung seiner Trägheit noch weiter umläuft oder nicht.
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Bei den im vorausgegangenen angenommenen Betriebsbedingungen ist sonach
der Schalter S am rechtsseitigen Ende der Schraubenspindel Io geöffnet, während
der Schalter S am linksseitigen Ende der Schraubenspindel geschlossen ist. Wenn
nun der Steuer- oder Umschalter C so gelegt wird, daß die beweglichen Kontakte L
und K von ihrer in der Zeichnung angegebenen Stellung aus nach unten verschoben
werden, wird der Stromlauf zwischen den festen Kontakten E und H unterbrochen, während
die festen Kontakte E und I durch den beweglichen Kontakt L und die festen Kontakte
F und J durch den beweglichen Kontakt K überbrückt werden. In diesem Fall fließt
der Strom von der Batterie B über den festen Kontakt E durch den beweglichen Kontakt
L zu dem festen Kontakt I und von da in umgekehrter Richtung gegenüber dem zuerst
beschriebenen Fall durch den Anker 2oa, dann weiter durch den linksseitigen Schalter
S und von dort zu den festen Kontakten I und F über den beweglichen Kontakt K, von
F aus schließlich über die Feldwicklung 2oa zur Erde G. Durch die hierbei erzielte
Umkehr der Stromrichtung im Anker 2oa wird bei gleichbleibender Stromrichtung im
Magnetfeld des Motors der Drehsinn des Ankerumlaufs geändert und folglich auch die
Drehrichtung der Spindelmutter I8 umgekehrt, so daß die Schraubenspindel Io in der
Darstellung der Fig. I nunmehr nach rechts wandert. Sobald sich aber der am rechtsseitigen
Ende der Schraubenspindel Io befindliche Stellring 38 mit Ansatz 4o von dem zugehörigen
Schalter S absetzt, schließt sich der Schalter S. Da jedoch zu diesem Zeitpunkt
der feste Kontakt H stromlos ist, steht der Sehalter S in Verbindung mit dem festen
Kontakt H bis zur nächsten Umschaltung des Motors im Stromkreis leer. Die Schraubenspindel
Io bewegt sich unterdessen natürlich nach rechts weiter, bis der linksseitige Stellring
38 den linksseitigen Schalter S faßt und den Motorstrom unterbricht, was, wie bereits
früher ausgeführt, kurz vor dem Ineinandergreifen der Anschlagstirnflächen 42 und
36 am linksseitigen Ende der Schraubenspindel eintritt. Sobald dies der Fall ist,
wird die Schraubenspindel Io in ihrer weiteren Vorschubbewegung in der angegebenen
Richtung erneut aufgehalten, ohne daß die relative Drehbewegung zwischen Spindelmutter
und Spindel, etwa herrührend von der Trägheit des Motors, besonders abgestoppt zu
werden braucht.
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Auf diese Weise kann also die Drehrichtung der Spindelmutter 18 und
damit die Vorschubrichtung der Schraubenspindel io durch den Kontroll- oder Umschalter
C leicht und vorteilhaft gesteuert werden, und der Motorstrom wird jedesmal unterbrochen,
wenn die Schraubenspindel io ihre gewünschte Verschiebestellung in beiden Axialrichtungen
jeweils im wesentlichen erreicht hat. Sobald die Endstellung der Schraubenspindel
erreicht ist, kommen dort die erwähnten Anschlagstirnflächen 36
und
42 miteinander in Eingriff und stoppen jede weitere axiale Bewegung der Schraubenspindel
ab, ohne daß ein unter dem Einfluß der Trägheit des Motors anhaltendes Weiterlaufen
desselben besonders verhindert zu werden braucht oder sich störend auswirkt. Gleichzeitig
wird die Möglichkeit eines Verklemmens der Kugeln 32 zwischen der Schraubenspindel
Io und der Spindelmutter I8 ausgeschaltet, ohne daß der Einbau einer besonderen
elektrischen oder mechanischen Bremse für den Motor erforderlich wird. Die Vorteile
der Erfindung liegen sonach auf der Hand.
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Bei der Anordnung, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist, ist die Welle
7o eines umsteuerbaren Elektromotors 72 unmittelbar und konzentrisch mit dem einen
Ende einer Schraubenspindel 74 fest verbunden, deren entgegengesetztes Ende in irgendwie
geeigneter Weise, beispielsweise mittels einer reibungsarmen Lageranordnung 76,
von einem Tragteil 78 abgestützt wird. In diesem besonderen Fall hat die Schraubenspindel
74 rechtsgängige Gewinderillen 8o, die den Gewinderillen 16 der zuerst beschriebenen
Schraubenspindel Io entsprechen und von einem Punkt nächstliegend ihrem linksseitigen
Ende bis zu einem Punkt jenseits ihrer axialen Mitte verlaufen. Außerdem ist auf
der Schraubenspindel 74 noch ein zweites Gewinde mit linksgängigen Gewinderillen
82 eingeschnitten, die ebenfalls im Prinzip den Gewinderillen I6 der im vorausgegangenen
beschriebenen Konstruktion entsprechen und sich vom rechtsseitigen Ende der Schraubenspindel
bis zu einem Punkt in Nähe des auslaufenden Endes der Gewinderillen 8o erstrecken.
Die Schraubenspindel 74 ist bei dieser Anordnung gegen axiale Verschiebung dauernd
gesichert; an der Schraubenspindel 74 sind drei gleichartige Spindelmuttern 84 aufmontiert,
von denen zwei mit den Gewinderillen 8o und eine mit den Gewinderillen 82 in arbeitsmäßiger
Funktion stehen. Jede Spindel- oder hier besser gesagt Laufmutter 84 ist mit mehreren
am inneren Umfang ihrer Bohrung eingeschnittenen und in axialem Abstand voneinander
abgesetzten Rillen 86 versehen, die den Rillen 3o der zuerst beschriebenen Konstruktion
entsprechen. Zwischen jeder Rille 86 und den jeweils entsprechenden Gewinderillen
8o und 82 ist jeweils mindestens eine Kugel eingesetzt. Desgleichen ist zwischen
der Schraubenspindel 74 und jeder Spindel- oder Laufmutter 84 ein Käfig 9o vorhanden,
der dem Käfig 34 der eingangs beschriebenen Konstruktionsausführung entspricht und
die verschiedenen Kugeln 88 in jeder Laufmutter in genauer gegenseitiger Arbeitsstellung
hält.
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In der Konstruktionsausführung gemäß Fig. 2 ist bei jeder Laufmutter
84 ein diametral zur Schraubenspindelachse angeordnetes und in der Laufmutter befestigtes
Zapfenpaar 92 eingebaut, von dem jeweils ein Zapfen an gegenüberliegenden Seiten
der Laufmutter vorspringt. Die Zapfen jeder Laufmutter 84 werden von Nuten oder
Schlitzen 94 aufgenommen, die jeweils an den äußeren Enden der entsprechenden Hebel
96 ausgebildet sind. Jeder Hebel 96 steht wieder mit den Enden einer drehbar eingebauten
Welle 98 in Verbindung, wobei angenommen ist, daß durch jede Welle 98 ein damit
verbundener Maschinenteil betätigt wird.
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Unter Berücksichtigung des Vorstehenden ergibt sich, daß bei jeweils
einer bestimmten Drehrichtung der Schraubenspindel 74 die linke und mittlere Laufmutter
84 stets in der gleichen axialen Richtung längs der Schraubenspindel 74 wandern,
während die rechte Laufmutter 84 jeweils immer in entgegengesetzter axialer Richtung
längs der Schraubenspindel 74 vorrückt.
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Die in Fig. 2 dargestellte Konstruktionsausführung läßt sonach erkennen,
daß bei einer entsprechend dem Entwicklungsgedanken vorstehender Erfindung aufgebauten
Vorrichtung auch mehrere Spindel- oder Laufmuttern auf einer Schraubenspindel angeordnet
werden können, wobei jede Spindel- oder Laufmutter sich über einen von dem der anderen
Laufmuttern jeweils verschiedenen Verschiebeabstand längs der Schraubenspindelachse
hin und zurück bewegen kann.
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Bei der Konstruktionsausführung nach Fig. 2 wird die Vorschubbewegung
der Kugeln in den Gewinderillen 8o und 82 nicht durch jeweils mit den Kugelkäfigen
in Eingriff kommende Stellringe auf der Schraubenspindel, wie etwa die Stellringe
38 der zuerst beschriebenen Bauart, sondern durch Zapfenstifte Ioo begrenzt. Die
Stifte Ioo sind in der Schraubenspindel 74 jeweils zentrisch in Mitte der in Frage
kommenden Gewinderillen 8o und 82 eingesetzt und springen aus dem Schraubenspindelkern
nur so weit in die Gewinderillen vor, daß sie jeweils die äußerste auf der zugehörigen
Seite der entsprechenden Laufmutter 84 rollende Kugel 88 sperren, wenn die Laufmutter
in der entsprechenden Richtung bewegt wird. Es ist klar, daß in diesem Fall beim
Anstoß der jeweils vordersten oder Führungskugel 88 irgendeiner der Spindel-oder
Laufmuttern 84 gegen einen Stift Ioo dieser Stift jeden weiteren Vorschub dieser
Kugel in der Gewinderille aufhält. Dadurch wird aber infolge Vorhandenseins der
Käfige 9o die Bewegung aller übrigen Kugeln 88 der entsprechenden Laufmuttern 84
in den Gewinderillen 8o oder 82 der Schraubenspindel 74 in bekannter Weise jeweils
mit angehalten. Dagegen kann eine relative Drehbewegung zwischen Schraubenspindel
und Laufmutter auch dann noch stattfinden, nachdem eine Führungskugel gegen einen
Anschlagstift ioo angelaufen ist. Dieselbe ist möglich, weil in diesem Fall die
Kugeln der betreffenden Laufmutter in den Rillen 86 derselben nach wie vor frei
in sich rundlaufen können.
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In der besonderen Anordnung gemäß Fig: 2 haben die Stifte ioo für
die Begrenzung der axialen Vorschubbewegung der linken Laufmutter 84 längs der Schraubenspindel
74 die größte, diejenigen für die Begrenzung der axialen Vorschubbewegung der mittleren
Laufmutter 84 längs der Schraubenspindel 74 die kleinste gegenseitige Abstandsentfernung
in Richtung der Schraubenspindelachse,
während die Abstandsentfernung
der Stifte Ioo für die rechte Laufmutter größenordnungsmäßig zwischen den beiden
ersten liegt. Unter Annahme dieser Verteilung für die verschiedenen Laufmuttern
84 auf der Schraubenspindel 74 (wie sie der in Fig. 2 gezeigten Darstellung entspricht)
sowie unter der Annahme, daß die Welle 7o des Elektromotors 72 in einer vom rechtsseitigen
Ende der Schraubenspindel 74 aus gesehenen Drehrichtung entgegengesetzt dem Uhrzeigersinn
angetrieben wird, ergibt sich folgendes Bild: Die beiden linksseitigen Laufmuttern
bewegen sich längs der Schraubenspindel 74 nach links, während die rechtsliegende
Laufmutter 84 nach rechts auf der Schraubenspindel 74 vorrückt. Entsprechend der
soeben beschriebenen unterschiedlichen Abstandsentfernung der jeweiligen Anschlagstifte
für die verschiedenen Laufmuttern wird die mittlere Laufmutter 84 ihren linken Anschlagstift
Ioo früher erreichen, als die beiden anderen Laufmuttern 84 bei ihrer Vorschubbewegung
auf der Schraubenspindel 74 mit ihren entsprechenden Anschlagstiften in Kontakt
kommen. Folglich wird, nachdem die mittlere Laufmutter 84 ihren maximalen Vorschubweg
nach links zurückgelegt hat, bei Weiterdrehung der Schraubenspindel 74 die mittlere
Laufmutter 84 in ihrer linksseitigen Endstellung nunmehr leer mitlaufend stehenbleiben,
und die rechte Laufmutter 84 wandert weiter nach rechts, bis auch sie in ihrer rechtsseitigen
Endstellung durch den dort zugeordneten Anschlagstift Ioo in ihrer axialen Vorschubbewegung
abgestoppt wird. Hierauf kann unter Weiterdrehung der Schraubenspindel 74 als letzte
die linke Laufmutter 84 bis zu ihrer linksseitigen Endstellung längs der Schraubenspindel
74 vorrücken, wo sie gegebenenfalls durch den dort zugeordneten linken Anschlagstift
Ioo gegen weitere Axialverschiebung abgestoppt werden kann, so daß dann sämtliche
Laufmuttern in jeweils einer ihrer Endstellungen für die axiale Vorschubbewegung
angekommen sind und dort verbleiben, obgleich die Schraubenspindel 74 weiter umläuft.
Bei Umschaltung des Elektromotors 72 und dadurch umgekehrt verlaufender Drehbewegung
der Antriebswelle 7o desselben kehren alle Laufmuttern in analoger Ablauffolge zu
ihren in der Fig. 2 voll ausgezeichneten Ausgangsstellungen zurück.
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Falls automatische Außerbetriebsetzung des Elektromotors 72 gewünscht
wird, wenn alle Laufmuttern 84 ihre Endstellungen in jeweils einer der beiden Vorschubrichtungen
längs der Schraubenspindel 74 erreicht haben, werden hier die gleichen Schalter
S wie bei der zuerst beschriebenen Konstruktionsausführung verwendet; dieselben
sind elektrisch in der gleichen Weise, wie zuerst beschrieben, an den Elektromotor
angeschlossen. Das Schaltungsschema der Fig. 2, worin der Anker für den Elektromotor
wieder symbolisch mit 2ob, in das zugehörige Feldmagnetsystem mit 22b eingezeichnet
ist, bedarf sonach keiner weiteren Erklärung. Dagegen wäre zu erwähnen, daß im Fall
automatischer Steuerung des Motors die Laufmutter mit der längsten Vorschubbewegung
längs der Schraubenspindel 74, d. h. also die linke Laufmutter 84 in der Konstruktionsausführung
gemäß Fig. 2, einen nach oben abstehenden Finger Io2 hat, wobei die Schalter S so
gestellt sind, daß deren vorspringende Enden 58 in den jeweiligen Endlagen der Verschiebebewegungen
der Laufmutter 84 durch den Finger gefaßt und mitgenommen werden, wodurch die Kontakte
der Schalter S in der gleichen Weise geöffnet werden, wie es bei der in Fig. I gezeigten
Schalterbauart beschrieben wurde.
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In Fig. 3 wird eine Konstruktion gezeigt, bei der ein Elektromotor,
in der Zeichnung mit I26 bezeichnet, verwendet wird, der dem Motor der zuerst beschriebenen
Konstruktionsausführung entspricht. Auch die Schraubenspindel IIo ist mit der Schraubenspindel
der zuerst beschriebenen Bauart identisch und hat eingeschnittene Gewinderillen
II6, die den Gewinderillen I6 der Bauart nach Fig. I entsprechen. Die Welle des
Motors I26 (in der Zeichnung nicht dargestellt) ist ähnlich wie in Fig. I als Hohlwelle
ausgebildet, die zugleich als Spindelmutter dient und mit der Schraubenspindel IIo
in genau der gleichen Weise, wie in Fig. I gezeigt, zusammengebaut ist. An dem freien
Ende der Schraubenspindel IIo ist eine Verbindungslasche II2 mit Ösenloch befestigt
aufgesetzt, die dem Laschen- oder Tragösenteil I2 der Ausführung nach Fig. I entspricht
und in ganz ähnlicher Weise einen Gabelkopf od. dgl. aufnehmen kann. Anstatt Stellringen,
ähnlich den Stellringen 38 in Fig. I, werden zur Begrenzung der Vorschubbewegung
der Schraubenspindel IIo in der Motorwellenmutter bei der Konstruktion nach Fig.
3 Stifte I5o verwendet, die dieselbe Einbauart und dieselben Eigenschaften aufweisen
wie die Stifte der Konstruktionsausführung nach Fig. 2.
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Der Ausführung, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, liegt die Annahme
zugrunde, daß es gegebenenfalls erwünscht ist, eine Möglichkeit zu haben, um die
axiale Stellung der Schraubenspindel IIo für jeden Punkt ihres Verschiebeweges zwischen
den beiden Endstellungen zu steuern. Zu diesem Zweck ist ein an der Schraubenspindel
iio befestigter Stellring 152 mit nach unten vorspringendem Schaltfinger 154 vorgesehen,
wobei letzterer an seinem unteren Ende zwei Kontakte 156 trägt. Diese sitzen an,
axial gesehen, gegenüberliegenden. Seiten eines stromleitenden Teils 158, der in
geeigneter Weise gegenüber der Schraubenspindel i io isoliert ist. Die Kontakte
156 sind in der Art von Kohlemembrankontakten oder ähnlich ausgebildet, deren Leitfähigkeit
bzw. elektrischer Widerstand mit der bei denselben zur Anwendung kommenden Druckeinwirkung
schwankt.
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Unterhalb der Schraubenspindel i io ist eine zylindrische Stange 16o
mit einem ihrer Enden in paralleler Anordnung zur Achse der Schrauben-Spindel iio
an dem Gehäuse des Motors 126 befestigt. Auf der Stange 16o sitzt gleitbar angeordnet
ein Kontaktträger 162 mit zentraler Einkerbung 164 und Kontaktgliedern 166 an seinen
gegenüberstehenden
Enden, die voneinander isoliert sind. Die Kontaktglieder I66 sind durch einen Zwischenabstand
voneinander abgesetzt, der etwas größer als der axial gemessene Abstand der in axialer
Richtung jeweils außenliegenden Kontaktflächen der Kontakte I56 ist. Die jeweilige
Stellung des Kontaktträgers I62 auf der Stange I6o wird mittels eines Fingers 168
gesteuert, der in der Einkerbung I64 eingespannt ist und nach unten vorspringt.
Der Finger 168 ist mit einer zweiten Stange I70 fest verbunden, die für axiale Verschiebung
parallel zur Stange I6o gleitbar in geeigneten Lagern I72 abgestützt ist. Die jeweilige
Stellung der Stange I70 kann durch Handbetätigung oder sonstwie gesteuert werden,
wobei in der besonderen Ausführung entsprechend der Darstellung in Fig. 3 ein Führungsgriff
I74 für Handsteuerung gezeigt ist.
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Wie aus dem Schaltungsschema in Fig. 3 zu ersehen, hat der Elektromotor
I26 in diesem Fall einen Anker I8o, der vom Strom stets in gleicher Richtung durchflossen
wird. Das Feldmagnetsystem ist dagegen aus zwei parallel geschalteten Wicklungen
I82 und I84 aufgebaut, die bei Kontaktschluß vom elektrischen Strom jeweils in entgegengesetzter
Richtung durchflossen werden. Der Strom von der Batterie B fließt sonach durch den
Anker I8o zu dem an der Schraubenspindel IIo befestigten stromleitenden Teil I58
und den Kontakten I56. Eines der Kontaktglieder I66 ist über die Feldwicklung I82,
das andere über die parallel geschaltete Feldwicklung I84 geerdet. Wenn sich der
Kontaktträger I62 in der in Fig. 3 gezeigten Stellung oder einer analogen, bei der
die Kontaktglieder I66 beide von den Kontakten I56 noch abgesetzt sind, befindet,
dann ist der Motorstrom unterbrochen, und der Motor steht still. Sobald jedoch eines
der Kontaktglieder I66 mit einem der entsprechenden Kontakte I56 durch Verschieben
der Stange I70 in Berührung gebracht wird, wird der Motor von Strom durchflossen
und läuft in einer Drehrichtung um, die davon abhängt, ob derselbe über die Feldwicklung
I82 oder die Feldwicklung I84 erregt bzw. stromaufnehmend wird. Die Drehgeschwindigkeit
des Motors hängt von dem auf die Kontakte I56 durch die Steuerstange I7o ausgeübten
Druck ab, da diese Kontakte, wie bereits erwähnt, als Kohlemembrankontakte vorgesehen
sind und somit unter Druckeinwirkung veränderlichen Widerstand haben. In der Praxis
ist die Anordnung so getroffen, daß bei Führung der Steuerstange I7o etwa in der
Zeichnung (Fig. 3) nach links, wodurch das rechte Kontaktglied I66 mit dem Kontakt
I56 in Berührungsschluß gebracht wird und die Feldwicklung I82 Strom bekommt, der
Motor I26 in einer Drehrichtung umläuft, bei der sich die Schraubenspindel IIo in
der Zeichnung (Fig. 3) nach links bewegt. Wenn nun die Stange I70 in der oben angenommenen
Weise geführt und derselben kein weiterer Bewegungsimpuls erteilt wird, nachdem
die Kontaktelemente I56 und I66 Berührungsschluß bekommen haben, wird der Elektromotor
offenbar gerade so lange in Betrieb gesetzt bleiben, bis durch die Linksbewegung
der Schraubenspindel I6o der Kontaktschluß I56 bis I66 abgerissen ist, worauf der
Motor sofort wieder stillsteht. Wenn jedoch kontinuierlich anhaltender Druck nach
links auf die Stange 170 ausgeübt wird, dann wird; sobald erst der Motor
Strom aufgenommen hat, der Berührungsschluß zwischen den rechtsseitigen Kontakten
I56 und I66 fortdauern, und die Schraubenspindel wird über die gesamte Vorschubstrecke
nach links hindurchgewunden bis zu der Stelle, wo sie durch den rechtsseitigen Anschlagstift
I5o in ihrer axialen Vorschubbewegung begrenzt wird. Wenn andererseits aber die
Steuerstange I7o etwa in der Zeichnung (Fig. 3) nach rechts bewegt wird, dann läuft
der Motor I26 in einem der vorbeschriebenen Drehrichtung entgegengesetzten Drehsinn
um und windet die Schraubenspindel IIo in der Zeichnung (Fig. 3) nach rechts, wobei
die kontinuierliche Fortdauer dieser Rechtsbewegung wieder davon abhängt, ob auf
die Stange I7o ein fortlaufender Druck (bzw. Zug) nach rechts ausgeübt wird oder
ob derselbe jeweils unterbrochen wird. Die Schraubenspindel IIo wird dann so lange
nach rechts bewegt, bis der linksseitig auf derselben angeordnete Anschlagstift
I5o die weitere Vorschubbewegung der Kugeln in den Gewinderillen II6 abstoppt, wie
es mehrfach erläutert wurde.
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Es ist sonach der Schluß zu ziehen, daß bei der in Fig. 3 dargestellten
Konstruktionsausführung die Vorschubbewegung der Schraubenspindel IIo in beiden
Vorschubrichtungen entweder stufenweise oder kontinuierlich zwischen ihren Endbegrenzungsstellungen,
die durch die Anschlagstifte I5o festgelegt sind, gesteuert werden kann.