DE2544755C3

DE2544755C3 - Kugelgewindetrieb

Info

Publication number: DE2544755C3
Application number: DE2544755A
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl.-Ing. 5830 Schwelm Wilke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-07
Filing date: 1975-10-07
Publication date: 1982-01-07
Also published as: DE2544755A1; DD127116A5; CH622071A5; FR2327458B1; FR2327458A1; IT1062473B; PL114089B1; GB1548040A; US4080011A; HU178376B; ES451081A1; HK61380A; SE7608750L; DE2544755B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kugelgewindetrieb hoher Steigungsgenauigkeit mit zwischen Spindel und Mutter vorgesehenen Kugeln, die in schraubengang-."tig in den gehärteten Spindelkörper und den gehärteten Mutterkö'-per eingeschliffenen Kugelführungen gleicher Steigung aufgenommen und durch Mittel zur Über- bzw. Kück'ührung der Kugeln umlenkbar sind.

Bei dem vorbeschriebenen bekannten Kugclgewindetrieb dieser Gattung (z.B. DE-AS 10 25 281) sind die Kugelführungen nahezu halbkreisförmig profiliert. Im übrigen reichen die Profile der Kugelführungen von Kugelgewindctrieben allgemein von Spitzprofilcn über Trapezgewinde bis zu dem sogenannten gotischen Profil mit definierter Traglinic für die Kugeln. Das gotische Profil findet bevorzugt bei hochgenauen Kugelgewindctricben Anwendung.

Die Beschaffenheit der Gewindeprofilform sowie ti ic Härte der Kugellaufbahnen innerhalb der Kugelführungen sind wichtige Voraussetzungen für eine lange Lebensdauer und für die Erhaltung insbesondere der Anfangsgenauigkeit eines Kugelgewindetriebs. Es ergeben sich für die Praxis besonders günstige Voraussetzungen dann, wenn einerseits eine genaue, gleichbleibende Profilform über die gesamte Spindcllängc vorhanden ist. wobei die Profilfülirung mit nur gcringstmöglichen Steigungsfehlern behaftet ist und wenn andererseits eine gleichbleibend hohe Härte von 62-d4 HR₁. in den tragenden Gewindcflankcn ebenso vorhanden ist. wie eine ausreichende Härtetiefc zur Erhaltung der Steifigkeit.

Diese besonders günstigen Eigenschaften können bei Imchgciiiiucn Kugclgewindetrieben vorbekannter Art jedoch nur durch eine höchst aufwendige Fertigung mit einer Vielzahl von einzelnen Arbeitsgiingen erreicht werden, die nacheinander wie folgt beschrieben werden.

I. In einem ersten Arbeitsgang ist es erforderlich. tlaW eine Probehärtung eines glatten zylindrischen Stalis aus tierseihen Charge ties Spindelmaterials durchgeführt wird, damit die Werte des Längenverzuges festgestellt werden können.

2. Unter Berücksichtigung des ermittelten Längenverzuges erfolgt sodann in einem zweiten Ar-

ϊ beitsgang ein korrigiertes Vordrehen oder Vorwirbeln des Gewindes auf dem Spindelabschnitt, um hierdurch das zeitaufwendige Schleifen des Gewindes in das Vollmaterial einer gehärteten Stange mit den dabei freiwerdenden Spannungen

in und Verzügen in der Spindel zu vermeiden.

3. Nach Abschluß dieser Arbeiten wird die Spindel in einem dritten Arbeitsgang gehärtet, vorzugsweise flamm- oder induktivgehärtet.

4. Nachfolgend wird die Spindel in einem vierten ι-, Arbeitsgang angelassen, gereinigt und einer

Kontrolle unterzogen, in welcher eine Rißprüfung ebenso vorgenommen wird, wie der Längenverzug festgestellt wird.

5. In einem fünften Arbeitsgang wird die Spindel _>(i gerichtet.

6. Nach dem Richten wird die Spindel in einem sechsten Arbeitsgang außen rundgeschliffen.

7. In einem siebten Arbeitsgang wird schließlich das Gewindeprofil geschliffen, wobei gegebenenfalls

j-, Korrekturen wegen des beim Härten entstandenen Längenverzugs durchgeführt werden müssen.

Diese fertigungstechnischen Beiange sind auch in einem Aufsatz in »Werkstatt und Betrieb«. Jahrg.

j,, 1973. Heft 4. S. 213-2IS. insbesondere S. 2 Ui. Abschnitt 4, angesprochen.

Der vorerwähnte dritte Arbeitsgang ist mit besonderer Sorgfalt durchzuführen, da der zu härtende stangenartige Körper außen keine ununterbrochen

j-, durchgehende zylindrische Gestalt mehr aufweist. Außerdem sind Gewindeprofile — bezogen auf die einzelnen Durchmesser der Spindeln - mit anderer Gewindetiefe und Steigung zu berücksichtigen. Es besteht daher die Gefahr von Härtcuntcrschieden in den

,n Gewindcflanken. die zu Sponnurv^srissen führen. Der siebte Arbeitsgang, in welchem das Gewindeprofil geschliffen wird, bereitet besondere Schwierigkeiten, wenn die Härte und die Härtetiefe nicht gleichmäßig sind, so daß unkontrollierbare Spannungen beim Fcr-

j-, tigschleifen auftreten können. Die Folge davon ist. daß Abweichungen hinsichtlich der Steigungsgenauigkeit eintreten, so daß der Rundlauf der Spindel beeinträchtigt wird. Selbst nachträglich durchgeführte Richtarbeiten können diese Nachteile nicht ausschal-

-„ ten. vielmehr treten dabei erneut Spannungen auf.

Demnach werden die vorbekannten Kugclgewin-

detriebe dieser Gattung (DE-AS 10 25 281) mit ihren t'cf ausgelegten Kugclführungen unter einem großen Anteil an Zerspanungsaufwand hergestellt. Zur Er-

-- reichung der erforderlichen Festigkeit sind zudem relativ große Härtetiefen erforderlich. Außerdem bedarf es bei der geforderten Präzision äußerster Sorgfalt während eines jeden einzelnen Arbeitsganges. Da diese Sorgfalt regelmäßig nicht eingehalten

_h0 werden kann, führt tlieser Umstand naturgemäß zu erheblichen Schwierigkeiten, insbesondere zu hohen Ausschußquoten.

Abweichend von tier vorstehend geschilderten lertigungsweise, hat man auch schon versucht, die Kugel-

_h- führungen mit zwei unterschiedliehen Schleifvorgängen (Vorschleifen und Fcrtigsehleifcn) in ilen gehärteten Spindeirohling einzubringen. (»Mathines iiTooliim«.Banil M.I No. S. S. VJ-42; MjI. insheson-

den.· den Λ lisch nil I »Three Methods of Manufacture·' auf S. HI und 41). Diese mit extrem hohen Arbeitskosten verbundene langwierige Fertigungsweise birgt bei bereits geringer Steigerung der Arbeitsgeschwindigkeit die Gefahr, daß der Spindelwerkstoff verhrennt und reißt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aulgabe besteht darin, einen hochgenauen Kugelgewindetricb zu schaffen, der bei verbesserten Laufeigenschallen einen wesentlich geringeren Fertigungsaufwand als bisher erfordert.

Diese Aufgabe wurde entsprechend der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kugelführungen in Spindel und Mutter hinsichtlich ihrer geometrischen Gestaltung, in ihrem Querschnitt Kugelrillenlaufbahnen in Form von hochgenauen Axial-Rillenkugellagern darstellen, derart, daß das Verhältnis der Kugelrilientiefe zum Durchmesser der Kugeln im wesentlichen 1 :4 bis 1:7 beträgt und die Kugelriüentiefe in der Mutter entsprechend ihrem höheren Abnutzungsgrad die Tiefe der Kugelrillen in der Spindel übersteigt, wobei die Hiirtetiefe in der Spindel und der Mutter mindestens gleich oder größer als der Durchmesser der Kugeln ist.

Dank der geringen Tiefe der von Axial-Rillenkugellagern her bekannten Kugelrillcnlaufbahnen. kann bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb die Laufflächenform der Kugelführungen mit der gewünschten Steigung direkt in die gehärtete, glatte Oberfläche sowohl der Spindel als auch der Mutter eingeschliffen werden. Hierdurch wird trotz Beibehaltung der gewünschten hohen Genauigkeit eine erhebliche Vereinfachung der Fertigung erzielt. Da die durch Schleifen abgetragene Werkstoffmenge bei der Herstellung der Kugelrillcn nur verhältnismäßig gering ist, ermöglicht die Erfindung trotz geringer - und deshalb thermisch unbedenklicher - Umfangsgeschwindigkeiten an den Schleifwerkzeugen dennoch eine gute Fertigungsleistung. Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Spindel entfällt, im Unterschied zum Bekannten, sowohl der erste als auch der zweite Arbeitsgang (Probehärtung, Feststellen des Längenverzugs, Vordrchen oder Vorwirbeln des Gewindes). Ein weiterer Vorteil, der im Zusammenhang mit dem direkten Einschleifen der Laufflächenform in die gehärtete Oberfläche eintritt, ist darin zu sehen, daß auch nunmehr die bei den vorbekannten Kugelgcwindcspindeln unumgänglichen Arbeitsaufwendungen für die Längenverzugskontrolle. für das Reinigen der gehärteten und angelassenen vorgedrehten Spindel und auch sogar das korrigierte Schleifen des Gewindeprofils, welches den vorbekannten siebten Arbeitsgang betrifft, entfallen können.

Ein weiterer Vorteil besteht auch darin, daß die Entstehung von freiwerdenden Spannungen heim Schleifen der Kugelrillcn wegen der gleichbleibenden, im Vergleich zur Kugelrilientiefe großen Hiirtetiefe ausgeschaltet ist. Die erzielbarc Steigungsgciiauigkcit ist daher nur noch von der Schleifmaschmengcnauigkcit abhängig, und es können somit ohne besonderen Aufwand Spinilclpaarc gleicher Genauigkeit ueschliffen werden.

Die Erfindung sieht vor. daß die Hiirtetiefe mindestens gleich oiler größer als der Durchmesser der Kugeln ist. Bei dieser Ausgestaltung wird garantier!, dall die Kern/one die notwendige Zähigkeit beibehält.

ferner ergibt die Übertragung der bekannten Toleranzen bei der Fertigung von Gcniiuigkcits-Rillenkugellagern aul das Schleifen der Kugelrillen von Kugeigewindetriehen eine Mindestradialbelastung der Kugclrillen und der Kugeln, die überraschenderweise noch erheblich vermindert wird, weil beim erlindungsgemäßcn Kugelgewindetrieb - im Gegensat/ zum ebenen Rillenkugellager - die Kugeln innerhalb der Steigung abrollen können. Dies trägt erheblich zur Begünstigung der Lebensdauer einer derartigen Anordnung bei.

Außerdem schlagt die Erfindung vor. daß das Verhältnis der Kugelrilientiefe zum Durchmesser der Kugeln im wesentlichen etwa 1 :4 bis 1 : 7 beträgt. Hierbei übersteigt die Kugelrilientiefe in der Mutter entsprechend ihrem höheren Abnutzungsgrad die Tiefe der Kugelrillen in der Spindel. So ist beispielsweise die Kugelrilientiefe in der Spindel im Verhältnis zum Durchmesser der Kugeln etwa angenähert 1 :5 ausuelegt. während die Kugelrillentiefe in der Mutter im Verhältnis zum Durchmesser der Kugeln etwa angenähert 1:45 ausgelegt ist. Durch die größere Rillentiefe in der Mutter wird ein gü'. -.iger Absiüi/win-

Λ Cl L-I AlUIl. »t JULiI LIl LIlU ti I I MLII SL 11L Il ' 'Jl 1 | I m_" / \ 1 ' i ! U I " zung zwischen Mutter und Spindel sergleichmäßigt wird.

Weiterhin gestattet die Erfindung wegen ilei gelingen Rülentiefe dünne leichte Muttern. Die W .υκ'ιιηι: einer erfindungsgemäßen Mutter braucht tun -o -i.uk zu sein, daß die nötige Steifigkeit des Spmdcl-Mu;tcisystems vorhanden ist.

Der erfindungsgemäße Kugelgewitidetrieb zeichnet sich vor allem durch einen störungsfreien. \ersch!eißarmcn leisen Lauf aus. Dieser Vorteil kommt dadurch zustande, daß die Kugeln bei ihrer Rückführung, z. B. in einem Einzelüberlauf-Einsatzstück, nur sehr flache Gewindeflanken >u überklettern brauchen.

Im übrigen ist ein A'.isführungsbeispiel des EMi η-dungsgegenstaiules auf der Zeichnung wiedergegeben. Es zeig!

Fig. I einen Kugelgeuindetrieb im Längsschnitt.

Fig. 2 eine vergrößerte Wiedergabe der Einzelheit ».v« gemäß der Fig. 1.

Jci der wiedergegebenen Spindel 1 sind Kugelrillen 2 in den Umfang der Spindel schraubengangartig eingeschliffen. Ebenfalls sind in einer Mutter 5 Kugelrillen 4 in der gleichen Weise eingeschliflen. so daß die Kugelrillen 2 der Spindel 1 und die Kugelrillen 4 der Mutter 5 gleiche Steigung (so z. B. (S mm) besitzen. Die Kugeln 3 rollen zwischen diesen Kugelrillen 2 der Spindel und den Kugelrillcn 4 der Mutter 5 ab. Zwischen der Spindel 1 und der Mutter 5 ist ein freier Ringraum 6 \orgesclicn. welcher als Fettraum genutzt werden kann und nach außen hin durch muttcrseitige Abstreifer 7 axial abgedichtet ist.

Br: der vorliegenden Aiu-Üilmingsform soll die Rauhticfc der Kugelrillen 2 und 4 gleich bzw. kleiner als I μm sein. Femer sollen die Kugelrillen 2 und 4 über ihre gesamte Ausdehnung bis in die Rinnenrän der 2(i und 4</ Hältewerte aufweisen, die fi2 bis M HR₁ nicht unten.chrciten. Diese Forderung ist bei Ku gellagerstählen unschwer zu erfüllen. Ferner sollte die Härtetiefe in Spindel 1 und Mutter 5 zur E.rzielutm hoher Steifigkeit des Spinilel-Mutters\siems mindestens gleich oiler großer sein als der Durchmesser eier Kugeln 3

Insbesondere ist in der vergrößerten Einzelheitdarstellung nach Fig. J das Verhältnis von Tiefe der Kugelrilleii 2 und 4 zum Durchmesser der Kugeln 3 erkennbar.

W dm die lick' c lc ι kugelt illc 2 in ilci Spindel I genial.i dem Ausiuhmngsbeispiel u.d mm benagt, die kugel iedncli einen Durchmesset \<>n }. I "^ mm .ml «cist, ergibt sieh ein \ erli;i11ni·-- \< >n etwa aiigenahcil ! ; s In) f ii.'üt:iis:il/ hu'f /π ist die I ir Ie (Ii ! K Μ'.μΊι ill·· 4 in der Müller 5 mil el\\;i n."^ mm iiiiecviehcn. --n ₁1,ι)Λ liier eine uriil.W'rc I icle \tirlicn-<elil. Die I icle um • 1.7 mm entspriclil. ins Verhältnis /mn Kii^elduiihnicssei■ gesetzt. ct\Mi einem Weit mim I :4.5. I hit die Spindel eine urnl.lcre I .iiiiüe. dann k.iiin clic I icle .inch <l Kille ι sein. / H. ll.N mm het rauen, und /\\ al entsprechend einem \eihallnis u>n I : I

In allen I-allen der _t;e\s;ilillen Killeiiticle ist dci Selimiei;iin_i;s|;ikt(ir enlsprcehend ilet I ehre hei \\ial· Rillenkiiiiellauem /ti wählen

Is isl noch zu eiualincn. dall Im einen unueslcirten Kuuehimlaiil in dci Miittei 5 mich nicht dargestellte

Mittel μ υ gesellen sind, die eine I her- Ivu. Kuck liiliiiing dei Kugeln gestatten. Heispiclsucise kniinte man sich hekanntci IJnZCIUhCiIaUl-IJnSaIZsIiICkC hedienen (idei si vnstige. eine reibungslusc Kugelumlen kuiii; duic'iiliiliieiidc Mittel anuendcn.

Hierzu I Mlatt /eichiiutiuen

Claims

Patentanspruch:

Kugelgewindetrieb hoher Steigungsgenauigkeit mit zwischen Spindel und Mutier vorgesehenen Kugeln, die in schraubengangartig in den gehärteten Spindelkörper und den gehärteten Mutterkörper eingeschliffenen Kugelführungen gleicher Steigung aufgenommen und durch Mitte! zur Ober- bzw. Rückführung der Kugeln umlenkbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelführungen (2 und 4) in Spindel (1) und Mutter (5) hinsichtlich ihrer geometrischen Gestaltung, in ihrem Querschnitt Kugelrillenlaufbahnen in Form von hochgenauen Axial-Rillenkugellagern darstellen, derart, daß das Verhältnis der Kugelrillentiefe zum Durchmesser der Kugeln (3) im wesentlichen 1:4 bis 1:7 beträgt und die Kugelrillentiefe in der Mutter entsprechend ihrem höheren Abnutzungsgrad die Tiefe der Kugelrillen in der Spindel übersteigt, wobei die Härtetiefe in der Spindel und der Mutter mindestens gleich oder größer als der Durchmesser der Kugeln ist.