DE2310992A1 - Schwimmende mutternanordnung fuer den vorschub eines werkzeugmaschinenteils - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE wAu₉SbUr₉-Ge₉₈MfMa,cUn 5.3.1973

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dr.ing. E. LIEBAU 2310992

DIPL.ING. G.UEBAU Ö8^&^^G Ihr Zeichen

REGIE NATIONALE DES USINES RENAULT 8/10 Avenue Emile Zola
Billancourt (Seine) Frankreich

Schwimmende Mutternanordnung für den Vorschub eines Werkzeugmaschinenteils

Die Erfindung bezieht sich auf eine schwimmende Mutternanordnung für den Vorschub eines Werkzeugmaschinenteils mittels Gewindespindel; die Anordnung dient insbesondere als spielfreier Antrieb, z.B. als Schrauben-Mutter-System, bei dem die Mutter als Lager mit Gewinderollen, die auf der Gewindespindel laufen, ausgeführt ist; solche Systeme werden vor allem in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen eingesetzt.

Die Schrauben-Mutter-Antriebe mit Wälzlager und nachstellbarem Spiel werden in numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen wegen ihrer Spielfreiheit und ihrer Steifigkeit

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in axialer Richtung eingesetzt. Jedoch führt ihre er höhte radiale Steifigkeit dazu, daß ein geringfügiger Ausrichtungsfehler zwischen den Spindellagern und der Mutter erhebliche radiale Spannungen zur Folge hat, wenn die Mutter sich einem Spindellager nähert. Diese Spannungen beeinträchtigen die Genauigkeit der Bewegung. Sie können die Lebensdauer des Schrauben-Mutter-Antriebs beeinträchtigen, zumal sie nach dem Zusammenbau der An ordnung nicht kontrollierbar sind, und können wegen der Klemmwirkung sogar zum Blockieren führen.

Diesen Nachteil hat man bisher dadurch zu beseitigen gesucht, daß man eine langwierige und kostspielige Justierung vornahm, durch die das genaue Zusammenfallen der Achsen von Gewindespindel und Mutter zu erreichen war, oder daß man eine ausreichend lange Antriebsmutter verwendete, deren elastische Verformung die Fluchtungs fehler zwischen Schraube und Mutter aufnahm, wobei diese letztgenannte Lösung zur Voraussetzung hatte, daß die Mutter sich den Zapfenlagern der Gewindespindel bis höchstens auf einen bestimmten geringsten Abstand näherte, der für die elastische Verformung der Schraubenspindel erforderlich war.

Die erfindungsgemässe Mutternanordnung beseitigt diesen Nachteil, indem die Mutter schwimmend in einer senkrecht auf der Achse der Gewindespindel stehenden Ebene angeordnet ist, wobei aber der Zustand des Fehlens jeglichen axialen Spiels beibehalten wird, wie er durch die Einrichtung zur Spielnachstellung der mit Gewinderollen versehenen Mutter gewährleistet ist.

Diese Mut te man Ordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß das die Mutter enthaltende Gehäuse mit dem von ihm an^e-

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triebenen Werkzeugmaschinenteil durch ein konzentrisches Rohrstück verbunden ist, in dem zwei mit gegenseitigem Abstand angeordnete Gruppen von vier querverlaufenden Einschnitten, die einander paarweise in benachbarten Ebenen gegenüberstehen und in einer Ebene gegenüber der anderen senkrecht zueinander ausgerichtet sind, zwischen diesen Einschnittebenen Ringe entstehen lassen, die zwei elastisch verformbare Kardangelenke bilden, und daß das genannte Gehäuse an dem einen Ende des genannten Rohrstücks befestigt ist, das seinerseits mit seinem anderen Ende an dem genannten Maschinenteil befestigt ist.

Ausserdem ist bei einer Ausführungsform vorgesehen, zum Ausgleich der Längselastizität dieses mit Einschnitten versehenen Bauteils dem Rohrstück eine Vorspannung, die grosser ist als die Widerstandskräfte des anzutreibenden Organs, mit Hilfe eines schwimmend angeordneten Widerlagers zu erteilen, das in dem Rohr stück zwischen diesem und dem Mutterngehäuse angeordnet ist.

Nach einer anderenAusführungsform kann die axiale Steifigkeit noch vergrössert werden, indem an den beiden Seiten des Mutterngehäuses zwei Widerlager vorgesehen sind, von denen das eine sich gegen das Rohrstück und das andere sich gegen das von der Mutter angetriebene Maschinenteil abstützt.

Nachstehend werden zwei Ausführungsformen für die erfindungsgemässe schwimmende Anordnung einer Antriebsmutter unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemässe Anordnung;

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Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine zweite schwimmende Mutternanordnung.

Die gezeichnete schwimmende Mutternhaiterung besteht im wesentlichen aus einem Rohrstück 1, das ein Gehäuse 2 aufnimmt, in dem sich die Mutter 3 befindet, die an dem zu bewegenden Maschinenteil befestigt ist, wie es weiter unten noch beschrieben wird.

Dieses Rohrstück zeigt zwei mit Abstand voneinander angeordnete Gruppen von vier Einschnitten, bestehend aus zwei einander gegenüberliegenden Einschnitten la und zwei benachbarten, einander gegenüberliegenden Einschnitten Ib, die gegenüber den Einschnitten la um 90° versetzt sind; diese beiden Gruppen von Einschnitten unterteilen das Rohrstück 1 in drei starre Abschnitte, die elastisch miteinander durch die flexiblen Ringe verbunden sind, die durch diese Einschnitte gebildet werden. Diese Ringe haben die Wirkung eines flexiblen "Kardangelenks" und bestimmen auf diese Weise zwei Gelenkpunkte auf der Achse der Gewindespindel 4. Das die durch eine Hohlschraube 5 mit Vorspannung versehene Mutter 3 aufnehmende Gehäuse 2 ist axial an einem der Endabschnitte des Rohrstücks 1 befestigt, beispielsweise mittels eines verklebten Aussengewindes 6. Mit seinem anderen Endabschnitt wird das Rohrstück 1 durch eine Schraube 7 ah dem zu bewegenden Maschinenteil 8 befestigt. Dieses Gehäuse 2 kann dank seiner zweifachen elastischen Anlenkung, die es mit dem Maschinenteil 8 verbindet, sowohl Radialbewegungen als auch Drehbewegungen um senkrecht zu der Gewindespindelachse liegende Achsen mitmachen .

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Die entstandenen flexiblen Ringe führen zu einer gewissen Elastizität in axialer Richtung. Die Steifigkeit der Anordnung in axialer Richtung wird nun dadurch herbeigeführt, daß man dem Gehäuse 2 eine Vorspannung gegenüber einem insgesamt mit 9 bezeichneten schwimmenden Widerlager erteilt, das gegen eine in das Rohrstück 1 geschraubte Ein-8teilhohlspindel 10 abgestützt ist.

Das schwimmende Widerlager 9 besteht aus einem Ring, der an jeder Seite mit zwei Sacklöchern versehen ist, die e inander diametral gegenüberstehen und auf der einen Seite um 90° gegenüber denjenigen der anderen Seite versetzt sind. In diesen Löchern, die auf der einen Seite mit 11, auf der anderen Seite mit 12 bezeichnet sind, stecken mit Spiel Zapfen 13 mit die Zapfenenden abschliessenden Kugelkappen, deren Krümmungsdurchmesser praktisch gleich der Zapfenlänge ist, und dienen als Lagerstellen und bewegliche Schwenkstützen, die dem Widerlager 9 eine zweifache Funktion als Abstützunterlage und als fcardanartiger Gelenkring verleihen, um gleichzeitig Translations- und Kippbewegungen des Mutterngehäuses 2 aufzufangen, wobei jedoch eine hohe axiale Steifigkeitgegeben ist.

Um dem schwimmenden Widerlager 9 eine Vorspannung zu erteilen, ist eine Hohlspindel 10 vorgesehen, die die axiale Verformung der Verbindungsringe des RohrStücks 1 beeinflußt, die die Wirkung einer Feder haben. Die Dehnungsverformung des Rohrstücks 1 wird im Falle einer Oberbeanspruchung durch eine Schulter 14 an dem Maschinenteil 8 begrenzt, die ein Spiel 15 zuläßt.

Die Stützzapfen 13 können in der Mitte ihrer Bohrungen durch Dichtringe 16 aus Synthesekautschuk od. dgl. gehalten

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werden, um Klemmwirkungen in den Extremlagen und Widerstände gegen Querverschiebungen herabzusetzen.

Gemäß einer anderen, in Fig. 2 wiedergegebenen Ausführungsform der Erfindung wird das Widerlager 9 nicht mehr von den als Feder wirkenden elastischen Ringen des Rohrstücks 1 vorgespannt, sondern von einem jenem entgegenwirkenden Widerlager 9a gleicher Art, das an der anderen Seite des Gehäuses 2 angeordnet ist und sich gegen die Hohlmutter 5a und eine Scheibe 18 stützt, die in ein Schulterteil des Maschinenteils 8a gelegt ist. Die Einstellung der Vorspan nung erfolgt wieder mittels der Hohlschraube 10. Bei dieser Bauweise wird die axiale Steifigkeit der Anordnung verdoppelt, und die aufzunehmenden Kräfte sind weniger hoch.

Die erfindungsgemässe schwimmende Mutternanordnung läßt Fluchtungsfehler der Gewindespindellagerung gegenüber der theoretischen Bahnlinie der Mutter bei Werkzeugantrieben mit spielfrei in Wälzlagern gelagerten Schrauben-Muttern- Anordnungen zu. Die Bearbeitungstoleranzen können grosser sein, und der Aufbau wird vereinfacht, wobei ein Maximum an Präzision bei der Schrauben-Muttern-Übertragung beibehalten und die Gefahr übermässiger radialer Spannungen mit Hilfe einer Konstruktion beseitigt wird, die einfach ist, keine kostspieligen Justierungen erfordert und eine vollkommene schwimmende Lagerung der Mutter dank des angegebenen doppelten Kardangelenks ermöglicht, die der Mutter einen glatten Lauf ohne Gefahr des Auftretens von schwergängigen, zum Klemmen neigenden Stellen auf der Gewindespindel erlaubt.

Wegen der Länge der Zapfen 13 können an deren Ende sphärische Flächen für rollende Berührung mit grossem Radius vorgesehen werden, so daß die Durchfederung an den Kontakt-

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punkten verringert wird. Die resultierende grössere Breite des Ringes erhöht seine Steifigkeit entsprechend«

Das Gehäuse 2, das Widerlager 9 und die Hohlspindel 10 sind vorteilhafterweise im Inneren des Rohrstücks 1 untergebracht, woraus sich eine möglichst kompakte Bauweise ergibt.

Dichtungsmittel 17 an der Austrittsstelle der Gewindespindel U sind an beiden Enden der Anordnung angebracht, und zwar bei der Ausführungsform nach Fig. 1 einerseits an der Innenseite der Hohlschraube 10 und andererseits an der Innenseite der Hohlspindel 5, bei der Ausführungsform nach Fig. 2 an der Innenseite des Maschinenteils 8a.

Patentansprüche 309838/0455

Claims (1)

1. Patentansprüche :

   Schwimmende MuttemanOrdnung für den Vorschub eines Werkzeugmaschinenteils,

   dadurch gekennzeichnet, daß das die Mutter (3) enthaltende Gehäuse (2) mit dem von ihm angetriebenen Werkzeugmaschinenteil (8) durch ein konzentrisches Rohrstück (1) verbunden ist, in dem zwei mit gegenseitigem Abstand angeordnete Gruppen von vier querverlaufenden Einschnitten (la und Ib), die einander paarweise in benachbarten Parallelebenen gegenüberstehen und in einer Ebene gegenüber der anderen senkrecht zueinander ausgerichtet sind, zwischen diesen Einschnittebenen Ringe entstehen lassen, die zwei elastisch verformbare Kardangelenke bilden, und daß das Gehäuse (2) an dem einen Ende des Rohrstücks (1) befestigt ist, das seinerseits mit seinem anderen Ende an dem Maschinenteil (8) befestigt ist.

   2. Schwimmende Mutternanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rohrstück (1) mit Hilfe einer einstellbaren Spannvorrichtung eine Vorspannung erteilt wird, die grosser ist als die Widerstandskräfte des anzutreibenden Vferkzeugmaschinenteils (8).

   3, Schwimmende Mutternanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Steifigkeit durch mindestens ein schwimmendes Widerlager (9) gewährleistet wird, das

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   einen Ring aufweist, der auf beiden Seiten mit zwei Zapfen (13) versehen ist, die in zwei Sacklöchern (11, 12) stecken, die in dem Ring diametral einander gegenüberliegen und auf der einen Ringseite um 90° gegenüber den Löchern auf der anderen Ringseite versetzt sind.

   Schwimmende Mut te man Ordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kugelkappen an den Enden der Stützzapfen(13) praktisch der Länge der Zapfen entspricht.

   S. Schwimmende MuttemanOrdnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß elastische Ringe (16) die Stützzapfen (13) bei der Montage in ihren Sacklöchern (11, 12) axial zentriert halten.

   6. Schwimmende Mutternanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mutterngehäuse (2) in dem Rohrstück (1) zwischen zwei schwimmenden Widerlagern (9,9a) querbeweglich angeordnet ist, von denen das eine sich an dem Rohrstück(1) und das andere sich an dem Werkzeugmaschinenteil (8) abstützt, das von der Mutter (3) angetrieben wird.

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