Die Erfindung betrifft ein Schraubengetriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Schraubengetriebe sind allgemein bekannt und ermöglichen eine gleichförmige Bewegungsumwandlung zwischen Drehung, Schraubung und Schiebung. Regelmäßig wird dabei das Schraubgelenk aus Schraube und Mutter mit Außen- und Innengewinde gebildet. Verschub-Weg und -Geschwindigkeit der Mutter relativ zur Schraube sind durch die Schraubenlänge und die Steigung des Gewindes sowie die Drehgeschwindigkeit zwischen Schraube und Mutter in weiten Grenzen wählbar. Anwendungen finden Schraubengetriebe z.B. als Einstellgetriebe in optischen Geräten, als Spindelverschub für Werkzeuge oder Werkstücke bei Werkzeugmaschinen, als Justierein¬ richtung oder Spanneinrichtung. Dabei besteht vielfach ein Bedürf¬ nis, große Verschubwege schnell zurückzulegen, aber dann in einem engen Bereich sehr fein einzustellen, oder dann große Kräfte in Verschieberichtung aufzubringen. Da bei einem Schraubengetriebe aber nur die Drehgeschwindigkeit im Betrieb veränderlich ist, sind dabei Kompromisse notwendig. Anders ist das, wenn eine Möglichkeit besteht, den Eingriff der beiden Gewinde aufzuheben.

Aus S. Hildebrand, Feinmechanische Bauelemente, Berlin 1968, S. 258 ff., ist eine Aufsteckmutter bekannt, die außer der Gewinde¬ bohrung noch eine eine schräg dazu liegende Durchgangsbohrung auf¬ weist. In Schräglage kann die Aufsteckmutter frei auf einer Schraube verschoben werden, nach Kippen in axiale Richtung greift das Muttergewinde in das Schraubgewinde ein und ein gewöhnliches Schrauben ist mit unbegrenztem Hub möglich. Nachteil ist, zumin¬ dest für Abwandlungen z.B. als Spannmittel, die nötige zusätzliche Kippbewegung.

Aus Richter, v. Voss, Bauelemente der Feinmechanik, 2. Auflage,

Berlin 1938, S. 160 f., sind Einrenkungen mit Sicherung durch Ver- schraubung bekannt. Dabei weisen zwei zu verbindende Teile Außen- und Innengewinde auf, das bei beiden Teilen an drei Stellen des Umfangs weggefräst ist, so daß die Teile zusammengesteckt und durch eine Drehung von etwa 60° verbunden werden können. Nach die¬ sem Prinzip sind auch Schnellspannschrauben bekannt. Dabei muß notwendigerweise auch das Teil mit Außengewinde (Schraube) beson¬ ders bearbeitet werden. Für die Schraubbewegung steht nur ein Drehwinkel von 60° zur Verfügung, so daß der Längshub auf nur 1/6 der Steigung des Gewindes beschränkt ist. Beide Teile müssen zum Zusammensetzen in definierter Winkellage zueinander stehen.

Aus der DE-OS 23 11 485 ist eine Einrichtung zur Vermessung von Rachenlehren bekannt, bei der die Meßobjekte in einem speziellen Spannbock durch einen einfachen Schraubenbolzen festgespannt wer- den. Bei einem Wechsel der Meßobjekte muß entweder der ganze

Spannbock ausgetauscht werden, oder wenn nur die Spannweite anders ist, der Schraubenbolzen langwierig bis zu der passenden Spann¬ weite gedreht werden. Großer Aufwand für die Vorhaltung der Spann¬ böcke und hohe Rüstzeiten sind die Folge.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Schraubengetriebe anzugeben, bei dem nur durch eine Drehbewegung eine Schnellausrückung möglich ist, und das in eingerücktem Zustand unbegrenzten Hub erlaubt. Die Ausbildung eines solchen Schraubengetriebes als Schnellspannpratze soll sich besonders als universelles und schnelles Spannmittel zur Befestigung von Meßobjekten für moderne automatische SD-Me߬ maschinen eignen.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Schraubengetriebe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vor- teilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß ein Schraubgelenk auch ohne die regelmäßig angewendete Umhüllung der Schraube durch die Mutter realisiert werden kann. Vielmehr genügt es, daß beide Gewinde nur in einem Sektor ineinander eingreifen. Dann können beide Gewinde Außengewinde sein. Zu beachten ist dabei nur die geringe Belastbarkeit des Schraubgelenks.

Besonders vorteilhafte Anwendung finden erfindungsgemäße Schrau¬ bengetriebe als Schnellspannpratze, insbesondere zur Befestigung von Meßobjekten für moderne automatische 3D-Meßmaschinen. Solche 3D-Meßmaschinen führen mit hoher Geschwindigkeit vollautomatische Dimensionsmessungen aus und werden zur optimalen Maschinenaus¬ lastung durch automatische Handhabungssysteme mit auf Paletten be¬ festigten Meßobjekten beschickt. Dabei gibt es besondere Anforde¬ rungen an die Spannmittel zur Befestigung der Meßobjekte auf den Paletten. Für eine dichte Belegung der Paletten und zur Vermeidung von Kollisionen mit dem Meßkopf bzw. von von diesem zu fahrenden Umwegen soll das Spannmittel kompakt sein. Ein geringes Gewicht wird angestrebt, um die von den Handhabungsgeräten zu bewegenden

Lasten zu begrenzen. Wichtig ist eine flexible Spanngeometrie, da im Gegensatz zu Fertigungsmaschinen praktisch nie Serien gleicher Teile zu spannen sind, sondern wechselnde Einzelstücke, z.B. Lehren, mit unterschiedlichen Abmessungen.

Hauptforderung ist eine kurze Rüstzeit für das Belegen der Palet¬ ten, die mit der Meßzeit in Relation steht, so daß der Personal¬ aufwand und der Aufwand für bereitzuhaltende Paletten usw. be¬ schränkt bleibt. Dazu sollen die Spannmittel möglichst universell verwendbar sein, um durch kleine Zahl verschiedener Elemente den Zugriff schnell und sicher zu machen, sie sollen dazu schnell ver¬ stellbar sein und sie sollen schnell festzuspannen sein. Eine ein¬ fache und kostengünstige Herstellung ist wegen der großen Zahl der vorzuhaltenden Spannmittel gefordert.

Alle diese Forderungen können als Schnellspannpratzen ausgeführte erfindungsgemäße Schraubengetriebe nach den im folgenden anhand der Figuren dargestellen Beispielen hervorragend erfüllen.

Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1: Die Ausführung eines erfindungsgemäßen Schraubengetrie¬ bes als Schnellspannpratze mit besonders einfachem Spannstück

Schnitt seitlich

Aufsicht ein verbessertes Spannstück

Schnitt seitlich Aufsicht eine Variante mit einer Dreiecksäule als Träger des ersten Gewindeteils, das zudem als Sektor eines Innen¬ gewindes ausgeführt ist;

Fig. 4: ein erfindungsgemäßes Schraubengetriebe ausgeführt als Spindeltrieb für eine lineare Verschubeinrichtung.

Figur 1 zeigt ein Beispiel für die Ausbildung eines erfindungsge¬ mäßen Schraubengetriebes als Schnellspannpratze für die Werkstück- befestigung auf einem Maschinentisch.

Das Gestell ist als Spannbacke 1 ausgeführt, eine Schraube 2 ist als erstes und ein Gewindestift 3 als zweites Gewindeteil vorge¬ sehen. Die Schraube 2 ist an einem Maschinentisch 4 befestigt, auf dem ein Werkstück 5 aufliegt, welches durch die Spannbacke 1 ge- halten wird. Die Schraube 2 kann eine Normschraube nach DIN 84 mit Gewinde nach DIN 13 sein, die mit ihrem Kopf, gegebenenfalls mit einer Beilage 2.1, in eine T-Nut 4.1 des Maschinentisches ein¬ greift. Zweckmäßig ist ein Werkzeugeingriff, z.B. ein Innen- sechskant 2.2 am oberen Schraubenende. Dazu wird dieser - vgl. Figur lb - einseitig bis auf den Kerndurchmesser abgeflacht, so daß eine Ausnehmung 3.2 entsteht, und es wird eine Ringnut 3.3 eingedreht. Der Gewindestift 3 hat gleiches Gewinde wie die Schraube 2 und kann aus einem kurzen Norm-Gewindestift mit Innen- sechskant 3.1 nach DIN 913 hergestellt werden.

Die Spannbacke 1 ist in ihrer einfachsten Form ein Metallquader, der zwei parallele Durchgangslöcher 1.1, 1.2 für die Schraube 2 und den Gewindestift 3 aufweist, die im Abstand 1.3 der Summe der Flankenradien der Gewinde von Schraube 2 und Gewindestift 3 ange¬ bracht sind, wodurch zwischen ihnen kein Steg stehen bleibt. Das erste Durchgangsloch 1.1 ist die Geradführung für die Schraube 2, das zweite Durchgangsloch 1.2 ist das Radiallager für den Gewinde¬ stift 3. Zur Bildung des erforderlichen Axiallagers ist in die Spannbacke 1 quer zu dem zweiten Durchgangsloch 1.2 eine Bohrung 1.4 angebracht, in die ein Stift 6 eingesteckt wird, der in die Ringnut 3.3 des Gewindestifts 3 eingreift.

Ist der Gewindestift 3 in die zweite Durchgangsbohrung 1.2 der Spannbacke 1 eingesetzt und durch den Stift 6 axial festgelegt, dann wird er so gedreht, daß die Ausnehmung 3.2 zum ersten Durch¬ gangsloch 1.1 zeigt. Die Spannbacke 1 kann jetzt mit dem ersten Durchgangsloch 1.1 auf die Schraube 2 aufgesetzt werden, über die ganze Länge der Schraube 2 verschoben werden und gegen diese frei verdreht werden. Die Spannbacke 1 kann also in beliebiger Winkel¬ lage zur Schraube 2 und mit beliebiger Spannweite 5.1 zur Anlage an das Werkstück 5 gebracht werden. Wird nun ein Drehwerkzeug in den Innensechskant 3.1 eingesetzt und der Gewindestift 3 um einen kleinen Winkel verdreht, dann gelangt das außerhalb der Ausnehmung 3.2 vorhandene Gewinde in Eingriff in das Gewinde der Schraube 2. Damit wird zunächst die Funktion eines Riegelgesperres erzielt, d.h. der Gewindestift 3 als Sperrer greift formschlüssig in die Schraube 2 als Sperrglied und sperrt so die Längsverschiebung zwischen der Schraube 2, dem Gewindestift 3 und der Spannbacke 1.

Bei weiterem Verdrehen des Gewindestifts 3 wird dann die Anordnung als Schraubengetriebe wirksam, denn durch den gegenseitigen Ein¬ griff der Gewinde ist zwischen Gewindestift 3 und Schraube 2 ein Schraubgelenk gebildet. Eine Drehung des Gewindestifts 3 im Spann¬ stück 1 bewirkt dann eine Verschiebung des Spannstücks 1 gegenüber der Schraube 2 und damit gegenüber dem Maschinentisch 4 und dem Werkstück 5. Das Werkstück 5 kann also festgespannt werden.

Der Eingriff des Riegelgesperres ist über den gesamten Verstellbe- reich der Spannweite 5.1 möglich, jedoch nur in Rastabständen von einer Ganghöhe der beiden Gewinde der Schraube 2 und des Gewinde¬ stifts 3. Durch die Keilform aller Flächen der Gewinde und den flachen Übergang von der Ausnehmung 3.2 auf das Gewinde des Ge-

windestifts 3 ist die Verriegelung beim Verdrehen des Gewinde¬ stifts 3 leichtgängig. Trapezgewinde, die sonst für Bewegungs¬ schrauben vorgezogen werden eignen sich demgegenüber weniger, da dabei Verklemmungen zwischen den äußeren Umfangsfl chen sehr wahr- scheinlich sind.

Auch eine bogenförmige Ausführung der Ausnehmung 3.2 des Gewinde¬ stifts 3, bei der ein größerer Gewindesektor verbleibt, führt eher zu Verklemmungen bei der Verriegelung.

Nach der Verriegelung ist der durch das Schraubengetriebe ausführ- _^ bare Hub gegeben durch die Steigung des Gewindes des Gewindestifts 3 multipliziert mit der Zahl der Umdrehungen des Gewindestifts 3. Da bei jeder Umdrehung des Gewindestifts 3 einmal die entriegelte Stellung, bei der die Ausnehmung 3.2 der Schraube 2 gegenüber¬ liegt, erreicht wird, ist nur etwa eine 3/4 Umdrehung für das Schraubengetriebe nutzbar. Der durch Verdrehen des Gewindestifts 3 erzielbare Hub für die Spannbewegung zwischen Spannstück 1 und, Schraube 2 beträgt also nur etwa 3/4 der Steigung des Gewinde¬ stifts 3. Bei eingängigen Gewinden ist die Steigung gleich der Ganghöhe. Daher ist der größte Hub der Spannbewegung dann zunächst kleiner als der Rastabstand der Verriegelung. Ist, wie beschrie¬ ben, die Schraube 2 drehbar am Maschinentisch 4 befestigt, dann kann durch deren Verdrehen am Innensechskant 2.2 eine Spannbewe¬ gung mit beliebigem Hub, wie bei einer gewöhnlichen Schraube/Mutter-Paarung, zu der Spannbewegung durch das Verdrehen des Gewindestifts 3 addiert werden. So wird auch die Lage der Raststellungen des Riegelgesperres beliebig einstellbar. Aller¬ dings ist dann die Bedienung zweier Stellelemente für eine Span¬ nung vielfach notwendig.

Werden die Schraube 2 und der Gewindestift 3 mit mehrgängigen Ge¬ winden versehen, dann läßt sich die Spannung immer nur durch Ver¬ drehen des Gewindestifts 3 erzielen. Bei einem zweigängigen Gewin¬ de -ist die Steigung doppelt so groß wie die Ganghöhe, so daß der Hub bei 3/4 Umdrehungen das 1 l/2fache der Ganghöhe und somit des Rastabstandes ist.

Figuren 2a und 2b zeigen eine verbesserte Form des Spannstücks 1, die sich besonders bei der Fertigung als Le chtmetall-Gußstück eignet. Die beiden Durchgangslöcher 1.1 und 1.2 der Ausführung nach Figur la sind zu einem Langloch vereinigt, in welches ein Steg 1.5 hineinragt. Der Steg 1.5 läßt den Bereich des ersten Durchgangsloches 1.1 für die Schraube 2 ganz frei und ist so aus¬ gebildet, daß er in die Nut 3.3 des Gewindestifts 3 eingreift und so dessen Axiallager bildet. Zur Montage wird der Gewindestift 3 im Bereich des ersten Durchgangslochs 1.1 eingesteckt und mit sei¬ ner Nut 3.3 in den Steg 1.5 eingeführt und seitlich in seine Grundstellung eingeschoben. Damit ist eine einfachere Montage mög¬ lich, da das Einsetzen des Stifts 6 entfällt, außerdem hat das Axiallager in der Nut 3.3 eine bedeutend höhere Lagerfläche und damit eine höhere Belastbarkeit. Besonders bei der Ausführung als Gußteil kann auch vorteilhaft Material und Gewicht gespart werden durch Abflachungen 1.6 u.a. in unbelasteten Bereichen der Quader¬ grundform des Spannstücks 1 entsprechend Figur la.

Auch ist es leicht möglich, ein besonderes Druckstück 1.7 für den Kontakt mit dem zu spannenden Werkstück vorzusehen, z.B. eine

Schneide oder eine Kugelkalotte. Aufwendiger ist der Einsatz eines gesonderten Bauteils als Druckstück 1.7. Vorteilhaft ist dabei die Ausführung aus hartem bzw. gehärtetem Material oder die Ausführung mit einer in einem Kugelgelenk geführten Andruckplatte, welche beste Flächenpressung des Werkstücks 5 ermöglicht.

Gegenüber einer gewöhnlichen Paarung von Schraube und Mutter ist das hier vorgestellte Schraubgelenk weniger belastbar, da an Stelle der Flächenbelastung auf einem Kreisring die Belastung eines kleinen Sektors, im Grenzfall nur der Berührungslinie, tritt. Erhöht wird die Belastbarkeit der Schneilspannpratze nach Fig. la und 2 dadurch, daß unter Last das Spannstück 1 gegen die Schraube 2 kippt, so daß bei geeigneter Passung des Durchgangs¬ lochs 1.1 eine Klemmung durch Verkanten entsteht, die eine zusätz¬ liche Belastung übernehmen kann.

Vorteilhaft ist die zwangsläufige Beschränkung der Spannkraft der vorgestellten Spannpratze. Bei gegebenem Abstand zwischen Schraube 2 und Druckstück 1.7, gegebener Steifigkeit des Spannstücks 1 und der Schraube 2 und gegebener Steigung des Gewindes des Gewinde¬ stifts 3 ist über den durch den begrenzten Drehwinkel des Gewinde- stifts 3 beim Eingriff mit der Schraube 2 begrenzten Hub des

Schraubengetriebes die Spannkraft zwischen dem Druckstück 1.7 am Spannstück 1 und dem Maschinentisch 4 begrenzt. Damit kann auf die Verwendung von Drehmomentschlüsseln o. dgl . zur Bedienung der Spannpratze verzichtet werden. Zur Einstellung der Grenzkraft kann bei sonst festbleibenden Konstruktionsdaten die Ausnehmung 3.2 des Gewindes am Gewindestift 3 verändert werden, wodurch der mögliche Drehwinkel im Eingriff der Gewinde begrenzt wird und damit auch der Hub des Schraubengetriebes.

Die Schraube 2 kann in allen üblichen Arten am Maschinentisch 4 befestigt sein. Wird sie direkt in ein Gewinde des Maschinen¬ tisches 4 eingeschraubt, dann ist es allerdings nicht mehr mög¬ lich, die Spannpratze durch Drehen der Schraube 2 zusätzlich zur Bedienung durch den Gewindestift 3 zu verstellen.

Da nur ein schmaler Sektor des Gewindes der Schraube 2 in Eingriff mit dem Gewindestift 3 steht, kann die Schraube 2 auch ohne weite¬ res durch eine prismatische Säule mit einem Gewindesektor ersetzt werden, z.B. um Gewicht zu sparen.

Figur 3 zeigt die Ausführung einer Schnellspannpratze mit einer Dreiecksäule 7 anstelle einer Schraube 2 mit entsprechenden Füh¬ rungen 1.8 im Spannstück 1. Der Gewindesektor 7.1 ist als Sektor eines Innengewindes dargestellt. Das hat zur Folge, daß der Ge¬ windesektor 7.1 und der Gewindestift 3 auf der ganzen Breite des Gewindesektors 7.1 in Eingriff stehen können, so daß diese Ausfüh¬ rung des Schraubengetriebes die Schnellspannpratze besonders be¬ lastbar macht.

Die beschriebenen Ausführungen sind also in besonderer Weise ge¬ eignet, die Anforderungen an Spannmittel zur Befestigung von Meß- Objekten für moderne automatische 3D-Meßmaschinen zu erfüllen. Da keine raumgreifenden Hebel vorhanden sind, sind die Spannpratzen kompakt und besonders mit einem Leichtmetall-Spannstück 1 auch leicht. Die Spannweite ist besonders leicht verstellbar. Durch Vorhalten verschieden langer Schrauben 2, die billige Normteile sein können, kann der vertikale Raumbedarf der Spannpratzen der benötigten Spannweite bedarfsgerecht angepaßt werden. Für ver¬ schiedene Spannkräfte oder Auslegerweiten können wenige verschie¬ dene Abmessungen der Spannpratzen vorgesehen werden. Es ist mög¬ lich, die Verstellung der Spannweite, das Verriegeln und das Span- nen nur durch Bedienen des Gewindestifts 3 - schieben und drehen - mit einem Werkzeug mit einer Hand auszuführen. Die Winkellage des Spannstücks 1 zur Schraube 2 ist beliebig und braucht nicht einge¬ stellt zu werden. Daher sind sehr kurze Rüstzeiten zum Spannen un¬ terschiedlicher Meßobjekte realisierbar. Die Spannpratze besteht

aus nur drei Einzelteilen, wobei die Schraube 2 ohne weiteres ein Normteil sein kann und auch der Gewindestift 3 und das Spannteil 1 einfache Werkstücke sind.

Ein Beispiel für ein erfindungsgemäßes Schraubengetriebe in einem ganz anderen Anwendungsbereich zeigt Figur 4, die einen Spindel¬ trieb für eine lineare Verschubeinrichtung darstellt, wie er z.B. in Werkzeugmaschinen für die Werkzeug- oder Werkstückverstellung geeignet ist oder in optischen Geräten zur Justierung optischer Elemente verwendet werden kann. Dabei bestehen vielfach gleichzei- tig die Forderungen nach schneller Verstellung über einen langen Weg und nach präziser Positionierung in einem kleinen Bereich. Auch ist vielfach aus Sicherheitsgründen ein schnelles Abstellen der Verschubbewegung erforderlich. Diesen Anforderungen wird ein Spindeltrieb in der erfindungsgemäßen Ausführung als Schraubenge- triebe mit Schnellausrückung in besonderer Weise gerecht. Figur 4 zeigt eine Schraubspindel 2', die einen Gleitkörper 8 in einem Führungsgestell 9 antreibt. Das Führungsgestell 9 kann in belie¬ biger Form ausgebildet werden, z.B. wie gezeigt als ein Rahmen mit Endstücken 9.1 und zwei darin parallel befestigten Rundstäben 9.2 als Führungsbahnen, von denen der Gleitkörper 8 geführt wird. Mit¬ tig zwischen den Rundstäben 9.2 tragen die Endstücke 9.1 Radial- und Axiallager 9.3 für die Lagerstellen 2.3 der Schraubspindel 2', die an einem Ende ein Zahnrad 2.4 trägt und durch einen Motor mit Ritzel 10 angetrieben wird. Bei bekannten Anordnungen trägt dann der Gleitkörper 8 ein Muttergewinde, das das Gewinde der Schraub¬ spindel 2 ¹ umfaßt. Erfindungsgemäß weist jedoch der Gleitkörper 8 wie das Spannstück 1 in Figur la eine Durchgangsbohrung für die Schraubspindel 2' auf und parallel dazu eine Bohrung für den auch in Fig. la,lb gezeigten Gewindestift 3 mit der Ausnehmung 3.2 des

Gewindes an einer Seite und einer Nut 3.3 zur Axiallagerung. Ab¬ weichend ist seine Ausstattung mit einem Stellhebel 3.4 darge¬ stellt, der sein Verdrehen ohne Werkzeug gestattet. In die Nut 3.3 des. Gewindestifts 3 greift ein Stift oder ein Steg 8.2 des Gleit- körpers 8 ein. Schematisch ist eine am Gleitstück 8 ausgebildete Werkzeugaufnähme 8.3 dargestellt.

Ist die Ausnehmung 3.2 des Gewindestifts 3 der Schraubspindel 2' zugewandt, dann ist der Gleitkörper 8 gegenüber der Schraubspindel 2' frei verschiebbar und kann z.B. manuell schnell verschoben wer- den, um z.B. ein auf dem Gleitkörper 8 befestigtes Werkzeug aus einer Warteposition an ein Werkstück heranzufahren. Dann wird der Gewindestift 3 gedreht, so daß beide Gewinde in Eingriff kommen, wie schon zu Fig. 1 bis 3 beschrieben. Jetzt kann der Gleitkörper in bekannter Weise durch Drehen der Schraubspindel 2 ¹ mittels des Motors 10 auf dem Führungsgestell 9 längs verschoben werden. Z.B. im Gefahrenfall wird auch bei laufendem Motor 10 der Hebel 3.4 um¬ gelegt, so daß die Ausnehmung 3.2 des Gewindestifts 3 der Schraub¬ spindel 2' zugewandt ist, wodurch der Antrieb des Gleitkörpers 8 sofort unterbrochen wird.

Die dargestellten Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße

Schraubengetriebe mit Schnellausrückung sind nicht abschließend. Die unterschiedlichsten Ausführungen und Anwendungen des Prinzips sind möglich.