DE3049061C2 - Schraubgetriebe zum Verstellen einer teleskopartig längenveränderlichen Einrichtung, insbesondere eines Auslegertragarmes - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Schraubgetriebe zum Verstellen einer teleskopartig längenveränderlichen Einrichtung, insbesondere eines Auslegertragarmes mit einer Gewindespindel und einer Anzahl von Mutterteilen mit Bewegungsgewinde, wobei jeweils die einander benachbarten Mutterteile bzw. Tragarmteile miteinander in einem axialen Abstand kuppelbar sind und jeweils mindestens eines der Mutterteile mit der Spindel in Eingriff ist

Für bestimmte Anwendungsfälle von aus Muttern und Gewindespindel bestehenden Bewegungsverbindungen, ist es erforderlich, daß sich zeitweilig gleichzeitig zwei Mutterteile, die drehfest miteinander gekuppelt sind, auf einer Gewindespindel befinden, also der Abstand dei miteinander gekoppeiten Mutterteile um einen geringen Betrag geringer ist als die Länge des Gewindeabschnittes der Spindel.

Ein solcher Anwendungsfall ist z. B. gegeben bei einer bekaanten, teleskopartig längenveränderlichen Einrichtung, ausgebildet als Auslegertragarm für die Aufnahme von Werkzeugen, Meßgeräten, Antennen, Sensoren od. dgl. (DE-PS 26 03 488). Es sind dort mehrere in Längsrichtung gegeneinander bewegliche, einander geführte und durch Anschläge und Arretierungen miteinander in bestimmten Ausfahrstellungen und in bestimmter Reihenfolge kuppelbare Tragarmelemente vorgesehen. Die Koppelung der Tragarmelemente ist dabei so vorgesehen, daß stets mindestens ein Element mit seinem Mutterteil mit dem Spindelgewinde in Eingriff ist und vor dem Verlassen des Spindelgewindes das Mutterteil des benachbarten Elementes mit dem Spindelgewinde in Eingriff getreten ist Da sämtliche Elemente bzw. Mutterteile gegen eine Relativdrehung gegeneinander gesichert sind, besteht für die Funktionssicherheit zwischen Element und zugehörigem Mutterteil je eine in Bewegungsrichtung begrenzte Relativbewegung zulassende Totegangverbindung (nachgiebige Verbindung).

In der Praxis können Abweichungen vom theoretisehen Abstand zweier benachbarter Elemente bzw. Muttern in der zueinander festgelegten Abstandsstellung (Arretierstellung) gegenüber der Spindellänge auftreten. Gründe hierfür sind zum einen Fertigungstoleranzen, zum anderen unterschiedliche Wärmedehnungen zwischen der Spindel und den die Muttern aufnehmenden Elementen, hervorgerufen durch unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten und bzw. oder Temperaturgradienten zwischen den Bauteilen der Einrichtung.

Daraus ergibt sich, daß jeweils beim Einfädeln des Gewindes des zweiten Mutterteiles die Gewindegänge bzw. Gewindestege nicht in der für einen Eingriff erforderlichen Stellung zueinander stehen, was zu Schwergängigkeit bzw. Klemmen führen kann. Im ungünstigsten Fall würden Gewindegänge bzw. Gewindestege aufeinandertreffen und damit ein Einfädeln überhaupt verhindert

Die bisher bekannte Ausgleichsanordnung, die eine nachgiebige Verbindung zwischen Mutterteil und Tragelement vorsieht, ist nur für bestimmte Einsatzfälle, z.B. für kleinere zu bewegende Massen bzw. für Einsätze unter Schwerelosigkeit geeignet

Aufgabe der Erfindung ist es, ein eingangs angegebenes Schraubgetriebe so auszubilden, daß unter allen vorkommenden Bedingungen (große zu bewegende Massen od. dgl.) ein Einfädeln der Mutterteile in das Spindelgewinde bei gleichzeitig noch in Eingriff mit der Spindel befindlichem zweiten bzw. benachbarten Mutterteil unabhängig von unterschiedlichen Wärmedehnungen mit Sicherheit ohne Behinderung durch Klemmen oder Schwergängigkeit möglich ist

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Gewinde der Spindel und bzw. oder der Muttern vom beidseitigen Gewindebeginn ausgehend innerhalb eines begrenzten Gewindeabschnittes, der einen und bzw. oder anderen Flankenseite gegenüber den Flanken des Grundgewindes um einen sich jeweils zur Spindelmitte hin verringernden Betrag zurückverlegte Flanken aufweist, die in die Flanken des Grundgewindes übergehen.

Mit einer solchen Gewindeausbildung wird erreicht, daß für den Einfädelvorgang zwischen Spindelgewinde und Gewinde des zweiten oder weiteren Mutterteiles über einen Längenbereich bzw. Eingriffsbereich ein den Eingriff in jedem Falle ermöglichendes und Schwergängigkeit bzw. Klemmen zwischen den Teilen vermeidendes Spiel geschaffen ist. Beim Einfädelvorgang geht dabei die Last von der sich vom Spindelgewinde abschraubenden Mutter stetig und ruckfrei auf die sich gleichzeitig einfädelnde Mutter über. Die Herstellung dieser Totegangverbindung ist denkbar einfach herstellbar und kommt ohne Verwendung zusätzlicher Bauteile aus.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildüngen des Schraubgetriebes angegeben.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung dargestellt, das nachfolgend beschrieben ist. Die Zeichnung zeigt in

Fig. 1 schematisiert und im Längsschnitt dargestellt

einen teleskopartig längenveränderbaren Tragarm mit mehreren inejnanderliegend angeordneten Elementen in einer Ausfahrsteiiung,

F i g. 2 in einem vergrößertem Maßstab die Gewindeausbildung der Antriebsspindel des Teleskoparmes und

F i g. 2a entsprechend F i g. 2 eine weitere Ausführung der Teile des Schraubgetriebes.

In F i g. 1 ist als Anwendungsgebiet eine Vorschubeinrichtung 1 in Verbindung mit einem teleskopartig längenveränderlichen Tragarm 2 dargestellt Dabei dient das freie Endteil des Tragarmes zur Aufnahme eines hier nicht dargestellten Gerätes, beispielsweise eines Meßgerätes für den Einsatz bei Raumfahrzeugen. Der Tragarm 2 setzt sich zusammen aus ineinandergelagerten rohrförmigen Elementen Ti, T2, 73 und T4,die zueinander in Richtung ihrer gemeinsamen Längsachse A relativ verstellbar, jedoch gegen eine Relativdrehung gegeneinander gesichert sind. Die Vorschubeinrichtung 1 besteht aus einer Antriebsspindel 5, die konzentrisch innerhalb des Elementes T angeordnet und an einer feststehenden Konsole 6 drehbar gelagert ist. Das Lagerende der Spinde! 5 ist über ein Untersetzungsgetriebe 7 an einen Antriebsmotor 8 angeschlossen.

Die Antriebsspindel 5 weist außer ihrem Gewindeteil G im Bereich des Lagerendes einen zylindrischen Magazinabschnitt 11 auf, dessen Funktion später noch näher erläutert ist Zur Vorschubeinrichtung 1 gehören ferner die Mutterteile Mi, M2, M3 bzw. MA, die jeweils mit dem unteren Ende eines der Teleskopteile T über eine starre Trägerplatte 14 fest verbunden sind. In Einfahrstellung des Tragarmes 2 befinden sich sämtliche Mutterteile M außer Eingriff mit der Antriebsspindel 5 konzentrisch zum zylindrischen Abschnitt 11, ausgenommen das Mutterteil M 4. Dieses Mutterteil bleibt in Einfahrstellung des Tragarmes mit der Spindel 5 in Eingriff. Dagegen bleibt in der Endausfahrstellung des Tragarmes das Mutterteil Mi in Eingriff mit der Spindel 5.

Die Vorschubeinrichtung 1 arbeitet nach dzrn Prinzip, daß stets mindestens eines der Mutterteile M mit der AntriebsspinJel 5 in Eingriff steht und, bevor sich eines der Mutterteile M am oberen oder unteren Ende von der Spindel 5 abschraubt, das nachfolgende Mutterteil mit der Spindel 5 in Schraubverbindung getreten sein muß.

Dazu sind die Tragarmelemente Tuber Ausfahranschläge 15 bzw. 15' in vorbestimmten axialen Abständen miteinander kuppelbar. Es sind ferner noch unter Federwirkung stehende Arretierglieder 18 vorgesehen, wobei die Arretierglieder in Vertiefungen 20 am jeweils benachbarten Tragarmeijment T in Eingriff treten können. Die Vorschubeinrichtung 1 ermöglicht bei extrem kurzer Antriebsspindel 5 eine große Ausfahrlänge des Tragarmes 2. Beim Übergang des axialen Transportes der Teile 7" vom einen auf das benachbarte Mutterteil A/ergibt sich, daß zeitweilig zwei Mutterteile Mgleichzeitig mit der Antriebsspindel 5 in Eingriff sind bzw. sich ein weiteres Mutterteil Mzu dem noch auf der Spindel 5 befindlichen Mutterteil in das Spindelgewinde einfädeln muß. Dazu ist eine besondere Ausbildung des Spindel- und bzw. oder Muttergewindes, wie nachfolgend naher erläutert, vorgesehen.

Wie Fig. 2 erkennen läßt, ist als Ausführungsform hier das Spindelgewinde entsprechend ausgebildet.

Die mit Flachgewinde ausgeführte Spindel 5 weist den Gewindesteg 1\ mit den beiden Gewindeflanken 22 bzw. 23 auf, wobei die Gewindesteigung mit h bezeichnet ist.

Ausgehend von den beiden Gewindeenden der Gewindespindel 5 sind Gewindeabschnitte G1 bzw. G3 gebildet, innerhalb derer dem Grundgewinde mit seiner Steigung h ein Gewinde mit unterschiedlicher Steigung /»'überlagert ist

Es ergeben sich daraus drei Ausführungsmöglichkeiten,

Mit durchgezogenen Linien ist in Fig.2 als erste Ausführung die Ausbildung der Gewindeabschnitte G1 bzw. G 3 mit gegenüber der Steigung h des Grundgewindes größerer Steigung h' dargestellt, wobei die ursprüngliche Gewindeausbildung strichpunktiert angedeutet ist Bei den Gewindeabschnitten Gi bzw. G 3 sind, jeweils vom Gewindebeginn aus betrachtet, die nach innen weisenden Flanken 22 bzw. 23 am Beginn des Gewindes gegenüber den ursprünglichen Flanken um den Betrag a'zurückverlegt, wobei sich der Betrag a' je nach Steigungsdifferenz kontinuierlich verringert, bis die zurückverlegten Flanken 22' bzw. 23' in Richtung zur Spindelmitte hm in die ursprünglichen Flanken 22 bzw. 23 des Grundgewindes überge*· :n. Die Gewindeabschnittc Gl bzw. G 3 sind zueinander spiegelbildlich korrigiert

Wie die Fig.2a erkennen läßt ist die zweite Ausführung gebildet durch Zurückverlegung der äußeren Flanken 23 bzw. 22 des Spindelgewrndes mit Herstellung der Gewindeabschnitte G1 bzw. G 3 unter Verwendung einer kleineren Steigung h" als der des Grundgewindes. Dabei verringert sich der Betrag a "der Zurückverlegung der Flanken 23' bzw. 22' gegenüber den ursprünglichen Flanken 23 bzw. 22 so weit, bis auch hier ein Obergang von der zurückverlegten Flanke 23' bzw. 22' in die ursprüngliche Ranke 23 bzw. 22 erfolgt.

Die dritte hier nicht dargestellte Ausführung besteht in der Ausbildung der Gewindeabschnitte G 1 bzw. G3 mit Zurückverlegung jeweils ihrer beiden Flanken 22 bzw. 23. Dem Grundgewinde mit seiner Steigung h in der angegebenen Weise sind Gewinde mit einer größeren bzw. kleineren Steigung A'bzw. A"übeHagert. Die Bezeichnung der Flanken ist hierbei jeweils vom Gewindeanfang zu beiden Seiten der Gewindespindel 5 geg-;n den Gewindeabschnitt G 2 entsprechend spiegelbildlich. Die angegebene Gewindeausbildung ist sowohl bei Rechts- als auch bei Linksgewindeausführungen anwendbar.

Die Korrektur des Gewindes kann auch an den Mutterteilen oder den Mutterteilen und der Spindel vorgenommen werden.

Die Wirkungsweise- bzw. Arbeitsweise des Tragarmes 2 bzw. der Vorschubeinrichtung ist wie folgt:

Bei Ausfahren des Tragarmes 2 wird die Antriebsspindel 5 über den Stellmotor 8 in Rotation versetzt, wobei sich das Tragarmelement TA mittels des auf der Spindel 5 befindlichen Mutterteiles M4 von der Konsole 6 entfernt. Nach Anlage der Ausfahranschläge 15,15' wird dasTra^armelement 7"3 in Ausfahrrichiung mitgenommen. Dabei fädelt sich das MuUerteil M3 des Tragarmelementes Γ3 infolge der zwangsläufigen Mitnahme in das Gewinde der Antriebsspindel 5 ein, so daß nunmehr für el.ien begrenzten Verstellweg mit dem Gewinde der Antriebsspindel 5 sowohl das Mutterteil MA als auch gleichzeitig das benachbarte Mntterteil M3in Eingriff ist.

Um das Einfädeln des jeweils benachbarten Mutterteiles zu ermöglichen bzw. um ein Klemmen des Gewindeeingriffes und ein Verspannen zu vermeiden, sind die Gewindeabschnitte Gl bzw. G 3 gebildet. Infolge der Überlagerung des Grundgewindes, geschnit-

ten mit der Steigung h, mit einem Gewinde, geschnitten mit einer Steigung h' bzw. h". ist ein Einfädelspiel zwischen dem Gewinde der Antriebsspindel 5 und dem Gewinde der mit ihr in Eingriff befindlichen Mutterteile MA bzw. /V/3 gebildet.

Nachdem das Mutterteil M3 Eingriff mit dem Spindelgewinde hat. schraubt sich das Mutterteil MA von der Antriebsspindel 5 ab. wobei nunmehr der Weitertransport des Tragarmelementes TA mittels des Tragarmelementes Γ3 bewirkt wird. Eine lösbare Verbindung ist dabei zwischen den benachbarten Tragarmelcmentcn mittels der Arrctiercinrichtungen 17 hergestellt. Das Tragarmelement Γ3 wird nach einem entsprechenden Verstellweg über die Anschläge 15, 1.V seinerseits mit dem Tragarmelement T2 gekoppelt, wobei sich dessen Mutterteil M 2 auf die Spindel 5, wie vorangehend beschrieben, auffädelt.

Der Einfahrvorgang vollzieht sich, wie vorangehend beschrieben, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Die Koppelung der Tragarmelemente 7~erfolgt dabei unter Überwindung der lösbaren Arretierung 17. Zuerst fährt hierbei das Tragarmelement Ti ein, dessen Mutterteil

ίο Mi in maximaler Ausfahrstcllung des Tragarmes 2 in Eingriff mit der Antriebsspindel 5 bleibt. Die Wirkung der Gewindeausbildung der Antriebsspindel ist die gleiche, wie bereits btim Ausfahrvorgang beschrieben.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

ρ - ■ raten sp ne:

1. Schraubgetriebe zum Verstellen einer teleskopartig längenveränderlichen Einrichtung, insbesondere eines Auslegertragarmes mit einer Gewindespindel und einer Anzahl von Mutterteilen mit Bewegungsgewinde, wobei jeweils die einander benachbarten Mutterteile bzw. Tragarmteile miteinander in einem axialen Abstand kuppelbar sind und jeweils mindestens eines der Mutterteile mit der Spindel in Eingriff ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde der Spindel (5) und bzw, oder der Muttern (M) vom beidseitigen Gewindebeginn ausgehend innerhalb eines begrenzten Gewindeabschnitts (G I, G3) der einen und bzw. oder anderen Flankenseite gegenüber den Flanken (22,23) des Grundgewindes um einen sich jeweils zur Spindelmitte hin verringernden Betrag (a', a") zurückverlegte Flanken (22', 23') aufweist, die in die Flanken (22..^S) des Grundgewindes übergehen.

2. Schraubgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindeabschnitte (Gl, G 3) gebildet sind durch Überlagerung des Grundgewindes (G2) mit einem Gewinde unterschiedlicher Steigung (h', h").

3. Schraubgetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß oie Zurückverlegung der Flanken (22,23) der Abschnitte (Gl, G 3) jeweils auf der äußeren Ranke (23, 22) mit geringerer Steigung bzw. jeweils auf der inneren Flankenseite (22, 23) mit einer größeren Steigung (h^r, h") gegenüber der Steigung (h) des Grundgewindes ausgeführt ist.