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Mutter für Kugelumlaufspindel Die Erfindung bezieht sich auf eine
Mutter für Kugelumlaufspindeln, bei der das Rollspiel im eingebauten Zustand geregelt
werden kann.
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Bei Kugelumlaufspindeln herkömmlicher Bauart wird das Rollspel dadurch
geregelt, daß man zwei Muttern verwendet, welche gegen einander angestellt oder
axial verspannt werden* babei führen unvermeidliche Steigungs- undXoder Formfehler
der Gewinde von Mutter und Spindel dazu, daß sich das Rollspiel oder die Größe der
axialen Verspannung der zwei Muttern beim Lauf verändert.
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Während der Kugelumlaufbewegung werden somit Schwingungen angefacht,
weiche die Laufgenauigkeit und die Laufruhe der Kugelumlaufspindel beeinträchtigen.
hinzu kommt, daß die Steigungs-und Formfehler der Gewinde ein gleichmäßiges Tragen
aller, auf der Spindel laufenden Kugeln verhindern, so daß die Tragfähigkeit der
Kugelumlaufspindel nicht voll ausgenützt wird, Schließlich ist die Herstellung der
Kungelumlaufspindel mit zwei gegeneinander anstellbaren Muttern schwierig, weil
die Gewinde der Muttern nach der Fertigung nicht chne weiteres dem Gewinde der Spindel
mit unvermeidlichen Steigungsabweichungen angepaßt werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe sugrunde, eine verbesserte
Mutter für Kugelumlaufspindeln zu schaffen, bei der das Rollspeil unter Verwendung
eines einteiligen, leicht herstellbaren Mutterkörpers im eingebauten Zustand geregelt
werden kanne Die Konstruktion der Mutter nol1 außerdem einfach sein, die Mutter
soll in größeren Stückzahlen herstellbar Sein.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Mutter gelöst, bei der
eine Schraubenfeder mit im wesentlichen rechteckigem Draht-Querschnitt in der Bohrung
eines Mutterkörpers eingebaut ist, wobei die in der Bohrung der Schraubenfeder liegenden
Kanten des rechteckigen Querschnitts eine Gewindelaufbahn mit Zweipunkt-Berührung
der Umlaufkugeln bilden. Die Schraubenfeder kann erfindungsgemaß durch axial wirkende
Anstellmittel elastisch zusammengedrückt und somit in ihrer Gewindelaufbahn-Steigung
eingestellt werden.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist der Mutterkörper axial
aufgeschlitzt und kann durch Stellmittel radial elastisch verformt werden, so daß
sich der Durchmesser der Bohrung des Mutterkörpers zumindest teilweise verkleinert
und sich die Schraubenfeder entsprechend radial elastisch zusammendrückt.
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Auf diese vorteilhafte Weise kann das Rollapiel zwischen Mutter und
Spindel verändert oder eine radiale Vorspannung wischen kugelumlaufmutter und Spindel
hergestellt werden. Dabei ist zu beachten, daß eine etwaige nngleichmäßige Zusammendrückung
der Bohrung des Mutterkörpers, zum Beispiel eine ovale oder kegelige Verformung
dieser Bohrung, selbsttätig ausgeglichen werden kann, und zwar durch eine Einlaufbehandlung
bei radialer Belastung oder radialer Vorspannungder Mutter auf der zugehörigen Spindel,
wobei die wanten der Zweipunkt-Gewindelaufbahn der Schraubenfeder plastisch rolliert
und diese Ungleichmäßigkeiten der Zusaimendrückung ausgleichend verformt werden,
denn die Kanten der Zweipunkt-Gewindelaufbahn der Mutter sind konstruktionegemaß
undXoder werkstoffgeiaß leichter im Kugelkontakt plastisch verformbar als die radial
steifere, sich an die Kugel eng anschmiegende Gewinderille der Gewindelaufbahn der
Kugelumiaufspindel.
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Die erfindungsgemäße Mutter hat darüber hinaus den Vorteil, daß diese
für viele Einbaufälle in großen Stückzahlen gefertigt werden kann, weil die Betriebsdaten,
wie Rollspiel und Gewindesteigung, eingestellt werden können. Wegen dieser untverseller
Einstellbarkeit
brauchen bei der Nutterherstellung keine engen Fertigungstoleranzen eingehalten
zu werden. Hinzu kommt, daß die Schraubenfeder, welche das Teil der Mutter mit der
größten Abnutzung darstellt, ohne weiteres ausgetauscht und ersetzt .werden kann.
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Aufbau und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Mutter werden nachstehend
anhand der Zeichnungen eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen
iJängsschnitt einer erfindungsgemäßen Mutter Fig.2 einen Teillängsschnitt der in
Fig.1 gezeigten Mutter, Fig.3 einen Querschnitt gemäß Fig.1 nach der Linie A -Mit
1 ist eine Kugelumlaufspindel bezeichnet, auf der die erfindungsgemäße Mutter 2
montiert ist. Diese Mutter 2 wird gebildet von einem Mutterkörper 3, einem in diesen
Mutterkörper 3 eingeschraubten Gewindedeckel 4 mit zwei axial gerichteten Sacklöchern
5, einer Klemmschraube 6 mit plastisch oder elastisch nachgiebiger Unterlagscheibe
7 und einer Schraubenfeder 8 mit einem im wesentlichen rechteckigen Federdraht-Querschnitt
9, welche in der Bohrung 10 des Mutterkörpers 3 sitzt. Die Schraubenfeder 8 wird
in der Bohrung 10 auf der Seite, welche dem Gewindedeckel 4 zugekehrt ist, durch
die innere Stirnfläche 11 des Gewindedeckels 4 und auf der gegenüberliegenden Seite
durch die Schulter 12 des Absatzes 13 dieser Bohrung 10 axial festgehalten.
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Der Mutterkörper 3 weist eine radiale Bohrung 14 auf, in die das von
der Schulter 12 axial festgehaltene Ende 15 der Schraubenfeder 8, welches in radialer
Richtung nach außen zeigend umgebogen ist, elastisch eingeschnappt ist, so daß die
Schraubenfeder 8 in der Bohrung 10 gegen Verdrehen gesichert ist. Der Mutterkörper
3 hat außerdem einen axial gerichteten, den Mutterkörper 3 an einer Stelle des Umfangs
aufschneidenden Schlitz 16, welcher durch das Einschrauben der klemmschraube 6 in
das entsprechende Gewindeloch 17 elastisch verengt werden kann. Der kopf 18 der
Klemmschraube
6 stützt sich auf der Stützrfläche 19 der Anfräsung
20 des Mutterkörpers 3 ab, wobei die plastisch und/oder elastisch nachgiebige, Winkelfehler-ausgleichende
Unterlagscheibe 7 zwischengelegt ist. Am Umfang des Mutterkdrpera 3 sind drei tiefe,
axial durchgehende Kerben 21 angebracht, welche gegeneinander um 90°versetzt sind,
wobei eine Kerbe 21 dem Schlitz 16 diametral gegenüberliegt. Die drei axial durchgehenden
Kerben 21 machen den dickwandigen Mutterkörper 3 an drei Stellen .seines Umfangs
biegeelastisch, so daß eine Verengung des Schlitzes 16 durch entsprechendes Einschrauben
der Klemmschraube 6 in das Gewindeloch 17 kraftmäßig erleichtert und eine ungünstige
Ovalverformung der Bohrung 10 des Mutterkdrpers 3 bei dieser Verengung zumindest
zum Teil verhindert wird. Der Mutterkörper 3 weist auf der Seite, welche den Gewindedeckel
4 zugekehrt ist, eine Gewindebohrung 22 auf, in die der Gewindedeckel 4 eingeschraubt
ist. Der Durchmesser der Gewindebohrung 22 ist wesentlich großer als der Durchmesser
der koaxial liegenden Bohrung 10, so daß der Querschnitt der Wandung des Mutterkörpers
3 am Unfang der Gewindebohrung 22 geschwächt ist. Der Mutterkörper 3 ist am Umfang
der Gewindebohrung 22 außerdem durch gleichmäßig am Umfang verteilte Axialschlitze
23 zusätzlich geschwächt, so daß der Xutterkörper 3 auf der Sitzstelle des Gewinde
deckels 4 in der Gewindebohrung 22 radial elastisch nachgiebig ist und bei der Verengung
des Schlitzes 16 durch Einschrau ben der KLemmschraube 6 kraftmäßig nur einen kleinen
Widerstand leistet.
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Zwischen der Mutter 2 und der Kugelumlaufspindel 1 laufen die Kugeln
24 in den entsprechen4en Gewindelaufbahnen, welche bei der Mutter 2 durch die Kanten
25 der Drahtwindungen der Schraubenfeder 8 und bei der Kugelumlautspindel 1 durch
die im Querschnitt kreisabschnittförmigen Gewinderillen 26, welche sich eng an den
Umfang der Kugeln 24 anschmiegen, gebildet werden.
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Auf beiden Stirnenden der Schraubenfeder 8 ist die letzte Drahtwindung
axial zusammengedrückt, so daß sich diese letzte Drahtwindung teilweise an der vorhergehenden
Drahtwindung seitlich abstützt. Es werden somit eine stirnseitige Anlagefläche 27
auf der Seite des Gewindedeckeis 4 und eine Anlagefläche 28 auf der gegenüberliegenden
Seite gebildet, welche in einer senkrecht zur Achse der Kugelumlaufspindel 1 stehenden
Ebene liegen.
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Das Drahtende 29, welches sioh auf der Seite der Schraubenfeder 8,
die dem Gewindedeckel 4 zugekehrt ist, verjüngt sich dabei in seiner Querschnittsbreite.
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Auf beiden Seiten der Schraubenfeder 8 befindet. sich zwischen zwei
benachbarten Drahtwindungen eine verbreiterte Stelle 30, welche durch eine Einkerbung
31 in der Seitenfläche der weiter außen liegenden Drahtwindung 32 hervorgerufen
wird. Die Spalt breite s dieser verbreiterten Stelle 30 ist mindestens so groß wie
der Durchmesser der Kugeln 24, so daß die Kugeln 24 an der verbreiterten Stelle
30 radial nach außen oder radial nach innen durchtreten können. An der verbreiterten
Stelle 30 verkleinert sich außerdem der Außendurchmesser der Schraubenfeder 8 von
d1 auf d2. In Richtung des näherne Drahtendes schließt sich entlang der Drahtwindung
an die Einkerbung 31 der verbreiterten Stelle 3Ö eine Anschrägung 33 in der weiter
außen liegenden Drahtwindung 32 an, deren.Schrage bewirkt, daß sich der Spalt zwischen
den zwei benachbarten Drahtwindungen hier radial nach außen zu verbreitert, so daß
die umlaufenden Kugeln 24 auf der radial inneren Kante 34 dieser Anschrägung 33
anlaufen und auf dieser Kante 34 wegen der Biegeelastizität der Drahtwindung 32
der Schraubenfeder 8 elastisch geführt werden, denn die innere Kante 34 der Mischrägung
33 kommt radial innerhalb des Kreises, der durch die Mittelpunkte der auf der Kugelumlaufapindel
1 umlauf enden Kugeln 24 geht, zu liegen. Der herkömmliche Kugelrückführkanal 35
im Mutterkörper 3 schafft eine Rücklaufverbindung für .ie Kugeln 24 zwischen der
verbreiterten Stelle 30, welche sich auf der dem Gewindedeckel 4 zugekehrten Seite
der
Schraubenfeder 8 befindet, und der entsprechenden, verbreiterten
Stelle auf der gegenüberliegenden Seite. Dabei ist eina radiale Öffnung 36 im Mutterkörper
3 vorhanden, welche mit dem Verschlußdeckel 37 verschließbar ist, 80 daß die Kugeln
24 durch diese Öffnung 36 in den Kugelrückführkanal 35 eingeführt werden können.
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Vor dem Einbau der Kugelumlaufspindel 1 in die zugehörige Mutter 2
wird die Schraubenfeder 8 bis zum Anschlag der Stirnseite 28 an der Schulter 12
in die Bohrung 10 des Mutterkörpers 3 gesteckt. Dann wird der Gewindedeckel 4 solange
in die Gewindebohrung 22 des Nutterkörpers 3 eingeschraubt und gegen die Stirnseite
27 der Schraubenfeder 8 gedrückt, bis die Steigung der durch die Kanten 25 gebildeten
Gewindelaufbahn der Mutter 2 ungefähr der Steigung der durch die Gewinderillen 26
gebildeten Gewindelaufbahn auf der zugehörigen Kugelumlaufspindel 1 entspricht.
Diese Einstellung der ungefähren Steigung der Gewindelaufbahn der Mutter 2 kann,
zum Beispiel, durch das Einlegen einer kamzförmigen, mit s.tnen Zinken zwischen
die einzelnen Drahtwindungen der Schraubenfeder 8 greifenden Lehre, wobei die Dicke
der Zinken in Axinlrichtiang etwa so groß ist wie der theoretische Abstand der benachbarten
Drahtwindungen der Schraubenfeder 8, erzielt werden. Nun wird die Mutter 2 zugammen
mit der eingebauten, in ihrer Gewindesteigung grob oder ungefähr eingestellten Schraubenfeder
8 über die Kugelumlaufspindel 1 geschoben. Dann werden die Kugeln 24 durch die Öffnung
36 in den Kugelrückführkmmal 35 eingefüllt und zwischen die Gewinde laufbahn der
Kanten 25 der Mutter 2 und die Gewinderillen 26 der Kugeluslaufspindel 1 geschoben,
eo daß die Gewindelaufbahn der Kanten 25 vollständig, das heißt Kugel an Kugel anliegend,
mit den Kugeln 24 gefüllt ist. Jetat wird die Steigung der Gewindelaufbahn der Kanten
25 geprift, indem man, zum Beispiel, das Spiel zwischen einer Kugel 24 und dbrzugehorigen
Kante 25 entlang des durchgehenden
Schlitzes 16 des Mutterkörpere
3 mit einer konventionellen Fiihllehre bestehend aus einem Paket kalibrierter Bleche
mißt.
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Während dieser Messung wird der Mutterkörper 3 radial durch eine Kraft
belastet, welche durch Mittel der axialen Iinienberührung am Mantel. des Mutterkörpers
3 angreift, und zwar diametral gegenüber dem Schlitz 16 des Mutterkörpers 3. Aufgrund
der eßbelastung durch diese Kraft wird das Radialspiel zwischen Mutter 2- und Kugelumlaufspindel
1 an den Berührungsstellen der Kugeln 24, welche dem Schlitz 16 diametral gegenüberliegen,
weggedrückt, so daß die Mutter 2 in einer bestimmten Kontakt-Lage relativ zur Kugelumlaufspindel
1 festgehalten wird.
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Sobald nun zwischen den Kanten 25 und einer Kugel 24 der einen Seite
der Mutter 2, welche dem Gewindedeckel zugekehrt ist, ein größeres oder kleineres
Spiel gemessen wird als zwischen den Kanten 25 und einer Kugel 24 auf der gegenüberliegenden
Seite der Mutter 2, ist ein Unterschied der Gewindesteigung zwischen der Gewiedelaufbahn
der Kanten 23 der Mutter 2 und den Gewinderillen 26 der Kugelumlaufspindel 1 vorhanden.
Dieser Unterschied kann erfindungsgemäß vollständig rückgängig gemacht werden, indem
der Gewindedeckel 4 verstellt und mehr oder weniger wiet gegen die stirhfläche 27
der Schaubenfeder 8 drückend eingeschraubt wird.
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Hach der Einstellung der Gewindesteigung der mutter 2 kann daß Rollspiel
zwischen der Gewindelaufbahn der Kanten 25 der Mutter 2 und den Gewinderillen 26
der Kugelumlaufspindel 1 singestallt werden. Dies geschieht durch entsprechendes
Einschrauben der Klemmschraube 6 in den Mutterköper 3, so daß der mit den drei axial
durchgehenden Kerben 21 am Umfang biegeelastisch gemachte Mutterkörper 3 in seiner
Bohrung 10 verkleinert und die Schraubenfeder 8 dementsprechend radial nach innen
elastisch zusammengedrückt wird. Dadurch verkleinert sich das Rollspiel zwischen
den Kugeln 24 und den Laufbahnen, welche radial außen durch die Kanten 15 der Schraubenfeder
8 der Mutter 2 und radial innen durch di.e Gewinderillen 26 der Kugelumlaufepindel
1 gebildet werden. Die Größe des somit eingestellten Rollspielß kann wieder
entlang
des durchgehenden Schlitzes 16 des Mutterkörpers 3 mit einer konventionellen Fuhllehre
geprüft werden.
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Bei genügend weitem Einschrauben der Klemmschraube 6 kann übrigens
das ursprünglich vorhandene Rollspiel völlig weggedrückt werden, so daß die Mutter
2 ohne Rollspiel oder sit radialer Vorspannung auf der Kugewumlaufspindel 1 befestigt
imt. was für genaue Kugelumlaufführungen, zum Beispiel Tischführungen des Werkzsugmaschinenbaus,
von Vorteil ist.
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Unter Umständen sind die Kanten 25 der Schraubenfeder 8 zwecks fertigungsmäßiger
Vereinfachung in ihrer geometrischen Querschnittsform - konkave Rundung oder Anschrägung
- dem Durchmesser der Kugeln 24 nicht genau oder ungleichmäßig angepaßt. In diesem
Fall kann man vorteilhafterweise die Form der Kanten 25 in einem Einlaufverfahren
unter radialer Vorspannung plastisch rollieren, kaltverfestigen und entlang der
Berührungslänge der Kanten 25 schmitegungemäßig mit dem Umfang der Kugeln 24 egalisieren.
Vor dem Einlaufen wird das ursprünglich vorhandene Rollspiel, wie weiter oben beschrieben,
mit der' Klemmschraube 6 weggedrückt und eine genügend große radiale Vorspannung
zwischen der Gewindelaufbahn der Kanten 25 der Mutter 2 und den Gewinderillen 26
der Kugelumlaufspindel 1 hergestellt, so daß sich die schmalen Kanten 25 an den
Berührungsstellen mit den Kugeln 24 zumindest zum Teil plastisch verformen, weil
diese Kanten 25 im Vergleich zu den radial steiferen Gewinderillen 26 nachgiebiger
sind.
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Beim Drehen und Einlaufen dieser Mutter 2 auf der zugehörigen Kugeluilaufspindel
1 unter radiaLer Vorspannung werden also die Kanten 25 je nach dem Ungleichmäßigkeitsgrad
ihrer geometrischer Form mehr oder weniger plastisch rolliert, so daß die Kugeln
24 in der butter 2 am Ende des Einlaufverfahrens gleichmäßig trager Wegen dieser
Egalisierung der geometrischen Form der Kanten 25
beim Einlaufen
unter Vorspannung brauchen diese Kanten 25 in de.r Fertigung nicht formgenau hergestellt
zu werden, so daß an Fertigungskosten für die Schraubenfeder 8 gespart erden kann.
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Nach dem Einlaufen kann die radiale Vorspannung durch entsprechendes
Herausschrauben der Klemmschraube 6 entweder gelockert oder weggenommen werden und
somit-den Betriebsverhältnissen angepaßt werden. Dabei können die betriebsmäßige
radiale Vorspannung oder das betriebsmäßig verlangte Rollspiel für den bestimmten
Binbaufall dadurch festgelegt werden, daß-man ein in seiner Dicke passendes, kalibriertes
Blech - in den Figuren 7,2 und 3 wird dieses Blech, nicht gezeigt - in den Schlitz,
16 einlegt. Die Größe einer bestimmten Vorspannung oder eines bestimmten Rollspeels
wird dann im Betrieb ohne weitere Messung -eingestellt, indem man die Elemmschraube
6 in die Gewindebohrung 17 des Mutterkörpers 3 so lange einschraubt bis das in seiner
Dicke passende Blech im sich entsprechend verengenden Schlitz 16 festgeklemmt wird
und eine weitere Verengung dieses Schlitzes 16 durch weiteres Einschrauben der Klemmschraube
6 nicht mehr möglich ist. Daa in seiner Dicke passende, kalibrierte Blech kann den
gesamten Schlitz 16 ausfüllen, so daß eine Dichtwirkung hervorgerufen wird, welche
vorteilhaft ist, weil jetzt schädliche Schmutzpartikel nicht mehr in den Schlitz
eindringen und zu den Gewindelaufbahnen der Schraubenfeder 8 in der Bohrung 10 des
Mutterkörpers 9 gelangen könnens