DE3929505A1 - Spindelmutteranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spindelmutteranordnung mit einer ersten und einer zweiten Mutter, die einander mit ihren inneren Enden gegenüberliegen und Innengewinde zum Zusammenwirken mit dem Gewinde einer Spindel aufweisen, mit Koppelungseinrichtungen, welche die Muttern drehfest und in axialer Richtung relativ zueinander beweglich ver­ binden, mit einer Buchse, welche teleskopartig über den Muttern angeordnet ist und einen über eine Schraubverbin­ dung derart mit der einen Mutter verbundenem Endbereich aufweist, daß ein Verdrehen der Buchse bezüglich der Muttern zu einer axialen Relativbewegung zwischen Muttern und Buchse führt, und mit zusammenwirkenden Spanneinrich­ tungen an der anderen Mutter einerseits und dem anderen Endbereich der Buchse andererseits, wobei diese Spannein­ richtungen derart ausgebildet sind, daß die eine Mutter in axialer Richtung von der anderen Mutter weg bewegbar ist, wenn die Buchse bezüglich der Muttern in einer vorgege­ benen Drehrichtung verdreht wird.

Allgemein befaßt sich die Erfindung mit einer linear verstellbaren Betätigungsvorrichtung in Form einer Gewindespindel, längs welcher eine Spindelmutteranordnung verfahrbar ist, wenn die Spindel gedreht wird. Eine derartige Anordnung ist aus der US-PS 36 56 358 bekannt.

Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Betäti­ gungsvorrichtung, bei der die Spindelmutteranordnung durch zwei einander mit ihren inneren Enden stirnseitig gegen­ überliegende Muttern gebildet wird. Dabei soll eine der Muttern im wesentlichen die gesamte Belastung aufnehmen, wenn die Spindel in einem vorgegebenen Drehsinn gedreht wird, während die andere Mutter im wesentlichen die gesamte Belastung aufnehmen soll, wenn die Spindel in entgegengesetzter Richtung gedreht wird. Bei einer solchen Spindelmutteranordnung ist es erwünscht, die Muttern in Längsrichtung der Spindel mit in entgegengesetzten Rich­ tungen wirkenden Vorspannungen zu beaufschlagen, um jedes Spiel zwischen dem Gewinde der Spindel und den Gewinden der Mutter zu vermeiden und auf diese Weise eine exakte Positionierung eines von der Spindelmutteranordnung getragenen Elements zu erreichen.

Es sind zwar bereits verschiedene Anordnungen zum Erzeugen der gewünschten Vorspannungen für die Muttern einer Spindelmutteranordnung bekannt; diese Anordnungen sind jedoch kompliziert und relativ teuer und eignen sich im normalen Alltagsbetrieb nicht für eine schnelle und einfache Justierung.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Spindelmutteranordnung anzugeben, bei der die Vorspannung für die Muttern schnell, einfach und genau eingestellt werden kann und die dennoch relativ preiswert herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Spindelmutteranordnung der eingangs angegebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Spanneinrichtungen mit Rasteinrichtungen ausgebildet sind und erste Rastelemente umfassen, die in Umfangsrichtung im Abstand voneinander an einer Umfangs­ fläche der anderen Mutter bzw. der Buchse vorgesehen sind, daß zweite Rastelemente vorgesehen sind, die an einer dieser Umfangsfläche gegenüberliegenden Fläche des jeweils anderen Elementes, d.h. der anderen Mutter bzw. der Buchse vorgesehen sind, daß die zweiten Rastelemente normaler­ weise axial gleitverschieblich in Eingriff mit ersten Rastelementen stehen und dadurch die Buchse und die andere Mutter gegen eine gegenseitige Drehung sichern, und daß erste Rastelemente von den zweiten Rastelementen frei­ gebbar und dann in Eingriff mit anderen ersten Rastelemen­ ten bringbar sind, wenn die Buchse relativ zu den Muttern mit einem zur Überwindung der Rastwirkung ausreichenden Drehmoment verdreht wird.

Es ist ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Spindel­ mutteranordnung, daß eine Buchse, die teleskopartig über die beiden Muttern geschoben ist, in neuartiger Weise von Hand verdreht werden kann, um die Vorspannungen für die Muttern einzustellen und ein Spiel zwischen den Muttern und der Spindel auszugleichen, wenn die zusammenwirkenden Gewinde im Lauf der Zeit einem Verschleiß unterliegen.

Ein besonders wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Spindelmutteranordnung besteht dabei darin, daß die Buchse mit einer der Muttern verschraubt ist und mit der anderen Mutter über Rasteinrichtungen in Wirkverbindung steht, wodurch es möglich wird, die Muttern auseinanderzudrücken, wenn die Buchse gegenüber den Muttern in einem vorgegebenen Drehsinn verdreht wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand einer Zeichnung noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer auf einer zugehörigen Spindel sitzenden Spindelmutteranordnung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 und 3 Querschnitte längs der Linien 2-2 bzw. 3-3 in Fig. 1 und

Fig. 4 einen vergrößerten Teilquerschnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1.

Im einzelnen zeigen die Fig. 1 bis 4 eine Spindelmutter­ anordnung 10, welche in axialer Richtung bezüglich einer Spindel 11 verfahrbar ist, wenn diese zu einer Drehbewegung angetrieben wird. Die Spindel kann dabei beispielsweise gemäß der US-PS 36 56 358 ausgebildet sein und besitzt mehrere Gewindezüge 12 (beim Ausführungsbeispiel fünf Gewindezüge), welche sich längs der Spindel 11 erstrecken und alle denselben Steigungswinkel haben.

Die Spindelmutteranordnung 10 umfaßt eine erste Mutter 14 und eine zweite Mutter 15, deren stirnseitige Enden aneinander­ grenzen. Die Muttern 14, 15 sind mit Innengewinden 16 bzw. 17 versehen, welche mit den Gewindezügen 12 der Spindel 11 zusammenwirken. Beim Ausführungsbeispiel sind die Muttern 14, 15 aus einem relativ harten Kunststoffmaterial, wie z.B. Delrin gespritzt bzw. gegossen. Am äußeren Ende der Mutter 14 - in Fig. 1 links - ist ein im wesentlichen dreieckiger Montageflansch 18 einstückig angeformt. Der Flansch 18 ist mit drei in Umfangsrichtung versetzten Öffnungen 19 versehen, welche Befestigungselemente (nicht gezeigt) aufnehmen können, um die Spindelmutteranordnung 10 mit einem beweglichen Element, wie z. B. einem Bauteil einer Büromaschine, zu verbinden.

Normalerweise sind die Muttern 14 und 15 drehfest miteinander verbunden und räumlich in einer vorgegebenen Winkelstellung gesichert. Wenn die Spindel 11 zunächst in der einen Dreh­ richtung und dann in der anderen Drehrichtung gedreht wird, bewegt sich die Anordnung 10 längs der Spindel 11 hin und her. Die Innengewinde 16 und 17 der Muttern 14 und 15 werden derart gegen die Gewindezüge 12 der Spindel 11 gedrückt, daß die eine Mutter im wesentlichen die gesamte Belastung aufnimmt, wenn die Spindel 11 in der einen Richtung gedreht wird, während die andere Mutter im wesentlichen die gesamte Belastung aufnimmt, wenn die Spindel 1 in der entgegengesetzten Drehrichtung gedreht wird.

Damit die Spindelmutteranordnung 10 wirksam funktioniert, ist es erforderlich, ein enges und spielfreies Ineinandergreifen der Innengewinde 16 und 17 der Muttern 14 bzw. 15 und der Gewindezüge der Spindel 11 aufrechtzuerhalten. Wenn sich die Gewinde im Laufe der Zeit abnutzen ist es folglich erforderlich, die Spindelmutteranordnung 10 auf der Spindel 11 nachzustellen, um das Spiel auszugleichen, welches sich aufgrund des Ver­ schleißes ergeben hat.

Gemäß der Erfindung sind die Muttern 14 und 15 in spezieller Weise ausgebildet, und die Spindelmutteranordnung ist mit einer neuartigen sehr einfachen Buchse 20 ausgestattet, welche schnell und einfach eingestellt werden kann, um ein Spiel zwischen den Innengewinden 16 und 17 der beiden Muttern 14, 15 einerseits und den Gewindezügen 12 der Spindel 11 anderer­ seits auszugleichen. Dabei können die erforderlichen Einstell­ arbeiten ohne eine Demontage der einzelnen Teile der Spindel­ mutteranordnung 10, ohne Abnehmen der Spindelmutteranordnung 10 von der Spindel 11 und ohne Trennen der Spindelmutter­ anordnung 10 von dem damit verbundenen Bauteil durchgeführt werden. Folglich ist im Vergleich zu vorbekannten Spindel­ mutteranordnungen weniger Zeit und Mühe erforderlich, um die erfindungsgemäße Spindelmutteranordnung 10 nachzustellen.

Im einzelnen umfaßt die Spindelmutteranordnung 10 Koppelungs­ einrichtungen, welche verhindern, daß sich die Muttern 14 und 15 gegeneinander drehen, während sie gleichzeitig eine axiale Bewegung der Muttern relativ zueinander gestatten. Beim Ausführungsbeispiel umfassen die Koppelungseinrichtungen vier in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Finger 21 (vergleiche Fig. 1 und 3), die einstückig mit der Mutter 14 ausgebildet sind und in axialer Richtung vom inneren Ende - in Fig. 1 vom rechten Ende - der Mutter 14 abstehen. Die Finger 21 werden in einem engen Gleitsitz von vier in Umfangsrichtung im Abstand voneinander vorgesehenen Nuten 22 (Fig. 3) aufgenommen, die am inneren Endbereich - links in Fig. 1 - der Mutter 15 vorgesehen sind. Die Nuten 22 sind in radialer Richtung zum Umfang der Mutter 15 offen und öffnen sich außerdem in axialer Richtung zu der inneren Stirnfläche der Mutter 15. Im Endeffekt bilden die Finger 21 und die Nuten 22 gemeinsam einen Satz von Keilverbindungen, welche ein Verdrehen der Muttern 14, 15 gegeneinander ver­ hindern, eine axiale Bewegung der Muttern 14, 15 relativ zueinander jedoch ermöglichen.

Die als Einstellelement dienende Buchse 20 ist ebenfalls aus einem relativ harten Kunststoff, wie z. B. Delrin, gespritzt bzw. gegossen und teleskopartig derart auf die Muttern 14 und 15 aufgesetzt, daß sie den Spalt zwischen den inneren Enden der beiden Muttern 14 und 15 überbrückt. Gemäß der Erfindung ist dabei ein Endbereich der Buchse 20 mit einem Innengewinde 25 versehen, welches mit einem Außen­ gewinde 26 am äußeren Umfang des inneren Endbereichs der Mutter 14 verschraubt ist. Beim Ausführungsbeispiel besitzt jedes der Gewinde 25, 26 einen Durchmesser von etwa 1,6 cm (5/8 Zoll) und etwa sieben Gewindegänge pro cm (18 Gewinde­ gänge pro Zoll). Wenn die Mutter 14 in einer stationären Lage gehalten wird und wenn die Buchse 20 gedreht wird, dann bewegt sie sich aufgrund des Zusammenwirkens der Gewinde 25, 26 in axialer Richtung bezüglich der Muttern 14 und 15.

Gemäß der Erfindung sind ferner die Mutter 15 und die Buchse 20 mit Rasteinrichtungen versehen, welche normalerweise eine Relativdrehung von Mutter 15 und Buchse 20 verhindern, welche jedoch eine solche Relativdrehung gestatten, wenn die Mutter 14 in einer stationären Lage gehalten wird und wenn die Buchse 20 verdreht wird, um ein Spiel auszugleichen. Beim Ausführungs­ beispiel umfassen die Rasteinrichtungen mehrere, beispiels­ weise 24 in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordnete Kerben bzw. Nuten 30 (vergleiche Fig. 2 und 4), die auf der Innenseite eines Kragens 31 vergrößerten Durchmessers vorge­ sehen sind, der einstückig an das in Fig. 1 rechte Ende 32 der Buchse 20 angeformt ist und in axialer Richtung über dieses vorsteht. Die Nuten 30 sind gleichmäßig längs des Umfangs der Innenwand des Kragens 31 verteilt und radial nach innen sowie in axialer Richtung offen. Dabei besitzt jede der Nuten 30 einen im wesentlichen bogenförmigen Quer­ schnitt.

Die Rasteinrichtungen umfassen beim Ausführungsbeispiel ferner drei Zähne 35 (Fig. 2 und 4), die am Umfang eines Flansches 36 im Abstand voneinander angeordnet sind, der einstückig an das äußere Ende der Mutter 15 angeformt ist und in radialer Richtung von diesem nach außen absteht. Der Flansch 36 wird von dem Kragen 31 aufgenommen und besitzt eine Schulter 37 (Fig. 1), die sich am äußersten rechten Ende 32 der Buchse 20 abstützt.

Wie Fig. 4 zeigt, ist jeder der Zähne 35 im Querschnitt bogenförmig ausgebildet und entspricht in seiner Form im wesentlichen der Form der Nuten 30. Die Zähne 35 werden von den Nuten 30 stramm aber gleitverschieblich aufgenommen, so daß die Buchse 20 verdreht werden kann, um eine axiale Bewegung bezüglich der Mutter 15 auszuführen bis ihr Ende 32 sich an der Schulter 37 anlegt. Normalerweise sind die Muttern 14, 15 jedoch durch das Zusammenwirken von Zähnen 35 und Nuten 30 gegen eine relative Drehbewegung gesichert.

Im Hinblick auf die vorstehend beschriebene Ausgestaltung wird die Spindelmutteranordnung 10 an der Spindel 11 in der Weise montiert, daß zunächst die Spindel 11, bis ihr rechtes Ende sich am Anfang unmittelbar links vom Anfang der Finger 21 befindet, von links in die Mutter 14 eingeschraubt wird. Anschließend wird dann die Buchse teilweise, beispielsweise etwa bis zur Hälfte des Gewindes, auf das innere Ende der Mutter 14 aufgeschraubt. Anschließend wird die Mutter 15 in die Buchse 20 hineingeschoben. Dabei wird die Mutter 15 in eine solche Lage gedreht, daß die Finger 21 in die Nuten 22 hineingleiten. Außerdem gleiten bei diesem Montageschritt die Zähne 35 in die Nuten 30 hinein. Schließlich wird die Spindel 11 durch die Mutter 15 hindurchgeschraubt.

Nach dieser anfänglichen Montage steht die Spindelmutter­ anordnung 10 normalerweise nur in lockerem Eingriff mit der Spindel 11. Um einen spielfreien Kontakt zwischen den Gewindezügen 12 der Spindel 11 und den Innengewinden 16, 17 der Muttern 14, 15 zu erreichen, wird die Buchse 20 von Hand verdreht - in Fig. 2 bis 4 im Gegenuhrzeigersinn - während gleichzeitig eine Drehung der Mutter 14 verhindert wird. Beim Verdrehen der Buchse 20 werden die Zähne 35 aus ihren Nuten 30 herausgehoben und rasten dann in die jeweils nächste Nut ein, wodurch ein Verdrehen der Buchse 20 möglich wird. Im Verlauf ihrer Drehbewegung bewegt sich die Buchse 20 längs der Muttern 14 und 15 in axialer Richtung von links nach rechts. Diese axiale Bewegung wird dabei durch den axialen Gleitsitz zwischen den Nuten 30 und den Zähnen 35 ermöglicht.

Die Spindelmutteranordnung 10 bleibt lose auf der Spindel 11 sitzen bis die Buchse 20 relativ zu den Muttern 14, 15 im Gegenuhrzeigersinn bei einer überlagerten axialen Bewegung der Buchse ausreichend weit verstellt ist, um das rechte Ende 32 der Buchse 20 axial in Kontakt mit der Schulter 37 des Flansches 36 der Mutter 15 zu bringen. Wenn das Buchsen­ ende 32 und die Schulter 37 aneinander anliegen, dann bewirkt ein weiteres Verdrehen der Buchse 20, daß deren rechtes Ende 32 die Mutter 15 über deren Schulter 37 bezüglich der Spindel 11 nach rechts drückt. Gleichzeitig bewirkt das Drehen der Buchse 20 über die in Eingriff miteinander stehenden Gewinde 25 und 26, daß die Mutter 14 bezüglich der Spindel 11 nach links gedrückt wird. Auf diese Weise werden die rechten Flanken des Gewindes 17 der Mutter 15 gegen die linken Flanken der Gewindezüge 12 der Spindel 11 vorgespannt, während die linken Flanken des Gewindes 16 der Mutter 14 gegen die rechten Flanken der Gewindezüge 12 vorgespannt werden. Dies hat zur Folge, daß die linke Mutter 14 im wesentlichen die gesamte Belastung aufnimmt, wenn die Spindelmutteranordnung 10 von links nach rechts bewegt wird, während die rechte Mutter 15 im wesentlichen die gesamte Belastung aufnimmt, wenn die Spindelmutteranordnung 10 in entgegengesetzter Richtung bewegt wird.

Wenn die Buchse 20 dann noch weiter im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, dann hat dieses zur Folge, daß die Muttern 14 und 15 in axialer Richtung noch weiter auseinanderbewegt werden und die Gewindezüge 12 der Spindel 11 noch strammer erfassen. Das Verdrehen der Buchse 20 im Gegenuhrzeigersinn wird gestoppt, wenn die Muttern 14, 15 ausreichend stramm angezogen sind, um eine axiale Bewegung der Spindelmutter­ anordnung 10 nur dann zuzulassen, wenn über die Spindel 11 ein Drehmoment ausgeübt wird, welches einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.

Im Verlauf des Betriebes der auf der Spindel 11 sitzenden Spindelmutteranordnung 10 entwickelt sich aufgrund des Verschleißes der Gewindeteile 12, 16 und 17 wieder ein Spiel. Erfindungsgemäß kann dieses Spiel ausgeglichen werden, indem man einfach die Buchse 20 unter Überwindung der Gegenkraft der Rasteinrichtungen 30, 35 im Gegenuhrzeigersinn verdreht und dabei die Mutter 14 gegen eine Drehung sichert. Durch das Verdrehen der Buchse 20 werden nämlich die Muttern 14 und 15 in axialer Richtung wieder etwas weiter auseinander­ bewegt.

Beim Ausführungsbeispiel haben die Gewinde 25 und 26 etwa sieben Gewindegänge pro cm, während auf dem Umfang des Kragens 31 insgesamt 24 Kerben 30 vorgesehen sind.

Eine Drehung der Buchse 20 um 1/24 einer vollen Drehung im Gegenuhrzeigersinn bzw. um einen Winkel, bei dem die Zähne 35 jeweils in die unmittelbar benachbarten Nuten 30 weitergedreht werden, führt zu einer Vergrößerung des axialen Abstands um etwa 0,05 mm (0,002 Zoll) bei Verwendung eines feineren Gewindes für die Gewinde 25 und 26, und bei einer geringeren "Teilung" für die Nuten 30 kann eine noch feinere Nachstellung erreicht werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß erfin­ dungsgemäß eine neuartige verbesserte Spindelmutteranordnung geschaffen wird, welche nur drei Bauteile umfaßt, nämlich zwei gegossene bzw. gespritzte Muttern 14 und 15 und eine gegossene bzw. gespritzte Buchse 20. Die erfindungsgemäße Spindelmutteranordnung 10 kann folglich relativ preiswert hergestellt werden. Andererseits kann ein Spiel in kleinen Schritten ausgeglichen werden, indem man einfach die Buchse 20 von Hand verdreht. Dabei besteht keine Notwendigkeit für eine Montage oder Demontage einzelner Bauteile, so daß das Einstellen und Nachstellen eines spielfreien Zustands schnell und bequem durchgeführt werden kann.

Claims (6)

1. Spindelmutteranordnung mit einer ersten und einer zweiten Mutter, die einander mit ihren inneren Enden gegenüberliegen und Innengewinde zum Zusammenwirken mit dem Gewinde einer Spindel aufweisen, mit Koppe­ lungseinrichtungen, welche die Muttern drehfest und in axialer Richtung relativ zueinander beweglich ver­ binden, mit einer Buchse, welche teleskopartig über den Muttern angeordnet ist und einen über eine Schraubverbindung derart mit der einen Mutter verbun­ denem Endbereich aufweist, daß ein Verdrehen der Buchse bezüglich der Muttern zu einer axialen Rela­ tivbewegung zwischen Muttern und Buchse führt, und mit zusammenwirkenden Spanneinrichtungen an der anderen Mutter einerseits und dem anderen Endbereich der Buchse andererseits, wobei diese Spanneinrich­ tungen derart ausgebildet sind, daß die eine Mutter in axialer Richtung von der anderen Mutter weg beweg­ bar ist, wenn die Buchse bezüglich der Muttern in einer vorgegebenen Drehrichtung verdreht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtungen mit Rasteinrichtungen ausgebildet sind und erste Rastelemente (30, 35) umfassen, die in Umfangsrich­ tung im Abstand voneinander an einer Umfangsfläche der anderen Mutter (15) bzw. der Buchse (20) vorge­ sehen sind, daß zweite Rastelemente (30, 35) vorge­ sehen sind, die an einer dieser Umfangsfläche gegen­ überliegenden Fläche des jeweils anderen Elementes, d.h. der anderen Mutter (15) bzw. der Buchse (20) vorgesehen sind, daß die zweiten Rastelemente (30, 35) normalerweise axial gleitverschieblich in Ein­ griff mit ersten Rastelementen (30, 35) stehen und dadurch die Buchse (20) und die andere Mutter (15) gegen eine gegenseitige Drehung sichern, und daß erste Rastelemente (30, 35) von den zweiten Rastele­ menten (30, 35) freigebbar und dann in Eingriff mit anderen ersten Rastelementen (30, 35) bringbar sind, wenn die Buchse (20) relativ zu den Muttern (14, 15) mit einem zur Überwindung der Rastwirkung ausreichenden Drehmoment verdreht wird.

2. Spindelmutteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Rastelemente eine Anzahl von in Umfangsrichtung im Abstand voneinander angeordneten in radialer Richtung offenen Nuten (30) umfassen, und daß die zweiten Rastelemente in Umfangs­ richtung im Abstand voneinander angeordnete und in radialer Richtung vorspringende Zähne (35) umfassen, von denen jeder jeweils in Eingriff mit einer Nut (30) bringbar ist.

3. Spindelmutteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (30) in der Buchse (20) ausgebildet und in radialer Richtung nach innen offen sind und daß die Zähne (35) an der anderen Mutter (15) angeformt sind und in radialer Richtung nach außen von dieser abstehen.

4. Spindelmutteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Nuten (30) mindestens ein in axialer Richtung offenes Ende aufweist und daß die Zähne (35) gleitverschieblich axial in die Nuten (30) einführbar sind.

5. Spindelmutteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Koppelungseinrichtungen in Umfangs­ richtung im Abstand voneinander axial verlaufende Finger (21) an einer der Muttern (14) sowie in axialer Richtung offene Nuten in der anderen Mutter (15) umfassen und daß die Nuten (22) derart ausgebildet sind, daß sie die Finger (21) passend im Gleitsitz aufnehmen.

6. Spindelmutteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung eine erste Stirnfläche (37) an der Buchse und eine zweite Stirn­ fläche (32) an der anderen Mutter (15) aufweisen, welche der an der Buchse (20) vorgesehenen Stirnfläche (37) gegenüberliegt.