CH644434A5

CH644434A5 - Kugelumlauf-spindelantrieb.

Info

Publication number: CH644434A5
Application number: CH651579A
Authority: CH
Inventors: Guenter Blaurock; Ernst Albert
Original assignee: Star Kugelhalter Gmbh Dt
Priority date: 1978-08-04
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1984-07-31
Also published as: FR2432658A1; DE2834299C2; ES245030U; IT1124156B; US4474073A; DE2834299A1; GB2027515B; JPS6249501B2; IT7915244V0; ES245030Y; FR2432658B1; JPS5524292A; IT7912707A0; GB2027515A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelumlauf-Spindelantrieb, mit einer Spindel und einer Spindelmutter, welche ein durch die Spindel zu einem schraubenförmigen Kugelkanal ergänztes schraubenförmiges Innengewinde aufweist, und eine Schar von endlos umlaufenden, axial in beiden Richtungen tragende Kugeln aufnimmt, wobei an der Spindelmutter mindestens eine Rückführung angebracht ist, wobei weiter die Spindelmutter mindestens einen sie in Umfangsrichtung unterteilenden, von dem Innengewinde angeschnittenen und von den Kugeln überlaufenen, durch eine Spannvorrichtung veränderbaren Ausgleichsschlitz aufweist und wobei die die

Spindelmutter aufnehmende, ihre Kreisrundheit gewährleistende Spannvorrichtung im wesentlichen alle in dem Innengewinde befindlichen Kugeln zum Tragen bringt.

Bei einem Kugelumlauf-Spindelantrieb der genannten Art kann der Durchmesser der Spindelmutter soweit verengt werden, bis zwischen Spindel und Spindelmutter kein radiales und damit kein axiales Spiel mehr auftritt. Darüber hinaus kann durch eine weitere Einengung der Spindelmutter auch eine beliebige Vorspannung zwischen Spindelmutter, den Kugeln sowie der Spindel erzeugt werden, so dass auch bei hohen vom Spindelantrieb zu übertragenden Lasten, bei denen die einzelnen Elemente des Spindelantriebs einer gewissen Verformung unterliegen, noch eine Spielfreiheit gewährleistet ist.

Es ist bereits ein Spindelantrieb bekannt, bei welchem die Spindelmutter entsprechend dem Gattungsbegriff durch eine in einer Längsebene liegende Teilfuge geteilt ist (US-PS 888 619). Diese Teilung erfolgte aus bearbeitungstechnischen Gründen, um beispielsweise den Rückführungskanal 11 (siehe Fig. 2) bearbeiten zu können. Die beiden Hälften der Spindelmutter werden jedoch zur Montage des Spindelantriebs völlig spielfrei zusammengefügt, so dass sich kein Schlitz im Sinne des Gattungsbegriffes der vorliegenden Erfindung und damit auch keine Stossprobleme beim Überlaufen der. Kugeln über die Teilfuge ergeben.

Bei einem anderen bekannten Spindelantrieb der gat-tungsgemässen Art ist die Spindelmutter ebenfalls in einer Längsebene geteilt, wobei die beiden sich ergebenden Hälften über einen ausserhalb der Gewindebohrung liegenden elastischen Steg verbunden bleiben (US-PS 2 694 942). Der Schlitz, der von allen Gewindegängen der Spindelmutter je zweimal an diametral gegenüberliegenden Seiten überlaufen wird, ist verhältnismässig breit gehalten. Dadurch kann die Spindelmutter durch geeignete Mittel soweit verengt werden, dass die Innengewindegänge eine elliptische Form annehmen (Sp. 1, Z. 65 ff). Dabei entsteht im Bereich der kleinen Achse dieser Ellipse Spielfreiheit zwischen den Kugeln und den Gewindegängen von Spindel und Spindelmutter, während im Bereich der grossen Achse der Ellipse die Kugeln in Umfangsrichtung und damit auch in axialer Richtung ein deutliches Spiel aufweisen, d.h. also keine Kräfte übertragen. Zweck dieser Massnahme ist, durch Anordnung des Einlaufs und des Auslaufs für die Rückführung im nichttragenden Bereich der Spindelmutter einen stossfreien Übertritt der Kugeln in oder aus dem Rücklaufikanal zu erreichen. Da die Schlitze ebenfalls im nichttragenden Bereich der Spindelmutter angeordnet sind, ergeben sich trotz der grossen Schlitzbreite auch dort keine Stossprobleme. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Lösung ist jedoch, dass nur ein Teil der Kugeln zur Übertragung der Kräfte zwischen Spindel und Spindelmutter herangezogen wird, so dass sich erheblich höhere Flächenpressungen und damit höherer Verschleiss, oder bei vorgegebener Flächenpressung grössere Abmessungen für den Spindelantrieb, insbesondere die Spindelmutter, ergeben.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kugelumlauf-Spindelantrieb der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, bei welchem ein stossfreier Übertritt der Kugeln über den oder die Schlitze auch unter Last erreicht wird, ohne dass durch unvollständige Ausnutzung der Kugeln erhöhte Flächenpressungen auftreten bzw. grössere Bauabmessungen in Kauf genommen werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Schlitzbreite höchstens 15% des Kugeldurchmessers beträgt.

Es hat sich gezeigt, dass bei Beachtung der angegebenen Abmessungsverhältnisse praktisch keinerlei spürbare und auf die Bearbeitungsgenauigkeit sich auswirkende Stosseffekte beim Übertritt der Kugeln über die Schlitze mehr auftreten,

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5

10

15

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o5

3

644 434

auch wenn die Kugeln unter Belastung stehen. Die Ablaufkante sowie die aufnehmende Kante des Schlitzes sind im Verhältnis zum Kugeldurchmesser dann immer nur gerade soweit voneinander entfernt, dass die Kugel ihre stetige Laufbahn praktisch nicht verlässt und nicht ausser Kontakt mit dem Aussengewinde der Spindel kommt.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird der Kugeldurchmesser auch in ein bestimmtes Verhältnis zum Spindeldurchmesser gesetzt, wobei der Kugeldurchmesser höchstens etwa 20% des Spindeldurchmessers, vorzugsweise höchstens etwa 15% des Spindeldurchmessers beträgt. Auf diese Weise steht die Schlitzbreite über den Kugeldurchmesser in einem bestimmten Verhältnis zum Spindeldurchmesser und damit zum Krümmungsradius der Kugellaufbahn. Es hat sich gezeigt, dass das sich ergebende Verhältnis von Schlitzbreite zu Spindeldurchmesser bei höchstens etwa 3%, vorzugsweise bei höchstens etwa 1,5% praktisch vollkommene Stossfreiheit ergibt. Wenn hier von Spindeldurchmesser gesprochen wird, so ist der Spindelaussendurchmesser gemeint.

Für die gegenseitigen Verhältnisse von Spindeldurchmesser, Kugeldurchmesser und Schlitzbreite werden folgende Werte beispielhaft vorgeschlagen :

Spindeldurchmesser Kugeldurchmesser Schlitzbreite mm mm mm

max.

vorz. max.

max.

vorz.

I. bis

20

4

3

0,5

0,3

2. über 20 bis

30

5

4

0,6

0,4

3. über 30 bis

50

8

6

0,9

0,6

4. über 50 bis

80

10

8

1,2

0,8

5. über 80 bis

130

13

10

1,5

1,0

Liegt beispielsweise ein Kugelumlauf-Spindelantrieb mit einem Spindeldurchmesser von 20 mm, einem Kugeldurchmesser von 3 mm (15% vom Spindeldurchmesser) und einer Schlitzbreite von 0,3 mm (10% vom Kugeldurchmesser bzw. 1,5% vom Spindel durchmesser) vor, so beträgt die maximal mögliche Eintauchtiefe der Kugeln in den Schlitz nur 0,007 mm, womit ein praktisch stossfreier Übergang erzielt wird. Durch Spieleinstellung auf Spielfreiheit bzw. Vorspannung verringern sich Spaltbreite und somit auch die Eintauchtiefe gegenüber den vorgenannten Werten erheblich. Bei einer Spaltbreite von 0,2 mm bzw. 0,1 mm beträgt die Eintauchtiefe nur noch 0,003 mm bzw. 0,001 mm.

Derart schmale Schlitze, insbesondere unter 1 mm Breite, lassen sich mit den herkömmlichen spanabhebenden Verfahren, wie Trennschleifen, Sägen bzw. Fräsen, bei diesen Querschnittsverhältnissen häufig nicht mehr herstellen. Als geeignete Verfahren werden z. B. Drahterodieren oder Bearbeitung mittels Laser-Strahlen oder Elektronen-Strahlen empfohlen. Insoweit, als hier von Spindeldurchmesser die Rede ist, ist der Spindelaussendurchmesser gemeint.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Kugelumlauf-Spindelantrieb ;

Fig. 2 einen Querschnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 ;

Fig. 3 in vergrösserter Darstellung einen Ausschnitt aus Fig. 2 im Bereich des Schlitzes der Spindelmutter;

Fig. 4 einen durch die Gewindegänge von Spindel und Spindelmutter gebildeten Kugelkanal im Querschnitt;

Fig. 5 in schematischer Darstellung eine mehrfach geschlitzte Spindelmutter im Querschnitt.

Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Kugelumlauf-Spindelantrieb umfasst eine mit einem Aussengewinde 2 versehene Spindel 4, eine mit einem Innengewinde 6 versehene Spindelmutter 8, in den durch Aussengewinde 2 und Innengewinde 6 gebildeten Kugelkanälen 10 angeordnete Kugeln 12 zur Übertragung von Axialkräften zwischen Spindel und Spindelmutter eine die Spindelmutter umgebende Spannhülse 14 sowie jeweils am breiteren sowie engeren Ende der Spannhülse 14 einschraubbare Schraubringe 16, 18 zur axialen Fixierung der Spindelmutter 8 in der Spannhülse 14.

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, ist die Spindelmutter 8 wenigstens einmal in Längsrichtung geschlitzt. Der Schlitz 20 erlaubt eine Variation des Innendurchmessers der Spindelmutter und damit in bekannter Weise eine Einstellung des radialen und axialen Spiels zwischen Spindel und Spindelmutter. Die Mittel zum mehr oder weniger starken Einengen der Spindelmutter 8 können beliebig gestaltet sein. Fig. 1 lässt erkennen, dass die Spindelmutter 8 eine konische Aussen-mantelfläche, die Spannhülse 14 eine dazu komplementäre konische Innenmantelfläche aufweisen. Durch mehr oder weniger starkes Hineindrücken der Spindelmutter 8 in die Spannhülse kann der Spindelmutter-Durchmeser sehr fein variiert werden. Die Schraubringe 16, 18 dienen zum Einstellen und Fixieren der axialen Lage der Spindelmutter 8 in der Spannhülse 14. Fig. 2 lässt erkennen, dass der Rücklaufkanal 22 für die Kugeln ebenfalls im Bereich des Schlitzes 20 angeordnet ist.

Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, weist der Schlitz 20 eine geringe Breite auf, und zwar im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel nicht mehr als 10% des Kugeldurchmessers. Auf diese Weise sind die Ablaufkante 24 sowie die aufnehmende Kante 26 des Schlitzes 20 (bei einer Laufrichtung der Kugel 12 entsprechend dem Pfeil 28) immer nur gerade soweit voneinander entfernt, dass die Kugel ihre stetige Laufbahn praktisch nicht verlässt und nicht ausser Kontakt mit dem Aussengewinde der Spindel sowie dem Innengewinde der Spindelmutter kommt.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen durch das Aussengewinde 2 der Spindel sowie das Innengewinde 6 der Spindelmutter gebildeten Kugelkanal 10. Es ist erkennbar, dass die Kugel 12 auf den durch die Gewindegänge von Spindel und Spindelmutter gebildeten Laufbahnen jeweils mit zwei Punkten 30, 32 aufliegt. Bei einer spielfrei eingestellten Spindelmutter 8 kann die Kugel demnach Kräfte in beiden Richtungen übertragen, so dass auch ein Umkehrspiel vollkommen ausgeschaltet ist.

In der einfachsten Ausgestaltung der Erfindung weist die Spindelmutter einen Schlitz auf, d. h. die Spindelhülse ist entlang einer Mantellinie geteilt, im übrigen aber einstückig. Es sind andere Ausführungen denkbar, in denen die Spindelmutter zweifach geschlitzt und damit zweigeteilt ist. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die Spindelmutter 36 durch vier Schlitze 38 in vier Teilstücke 40 geteilt ist. Eine Erhöhung der Anzahl der Schlitze gewährleistet eine bessere Rundheit bei verschiedenen Einengungszuständen. Bei Beachtung der erfindungsgemässen Schlitzbreiten von höchstens 15%, vorzugsweise jedoch weniger als 10% des Kugeldurchmessers ist auch bei mehrfach geschlitzten Spindelmuttern weitgehende Stossfreiheit beim Abrollen der Kugeln über diese Schlitze gewährleistet.

Es ist ein wesentliches Merkmal, dass der Schlitz 20 auch bei grösster Einengung der Spindelmutter 8 eine endliche, wenn auch sehr kleine Breite beibehält, so dass immer eine definierte Spannung aufgebracht werden kann. Wesentlich ist auch, dass der Querschnitt der Innengewindenut, wie aus Fig. 3 ersichtlich, ohne Erweiterung in den Schlitz 20 einmündet.

5

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20

25

30

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40

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55

60

OD

G

2 Blatt Zeichnungen

Claims

644 434 PATENTANSPRÜCHE

1,0

1,5

1,2

0,8

1. bis 20

1. Kugelumlauf-Spindelantrieb mit einer Spindel (4) und einer Spindelmutter (8), welche ein durch die Spindel (4) zu einem schraubenförmigen Kugelkanal (10) ergänztes schraubenförmiges Innengewinde (6) aufweist, und eine Schar von endlos umlaufenden, axial in beiden Richtungen tragende Kugeln (12) aufnimmt, wobei an der Spindelmutter (8) mindestens eine Rückführung (22) angebracht ist, wobei weiter die Spindelmutter (8) mindestens einen sie in Umfangsrich-tung unterteilenden, von dem Innengewinde (6) angeschnittenen und von den Kugeln (12) überlaufenen, durch eine Spannvorrichtung (14, 16,18) veränderbaren Ausgleichsschlitz (20) aufweist und wobei die die Spindelmutten (8) aufnehmende, ihre Kreisrundheit gewährleistende Spannvorrichtung (14, 16, 18) im wesentlichen alle in dem Innengewinde (6) befindlichen Kugeln (12) zum Tragen bringt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzbreite höchstens 15% des Kugeldurchmessers beträgt.

2. über 20 bis 30

2. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitzbreite höchstens 10% des Kugeldurchmessers beträgt.

3. über 30 bis 50

8

6

0,9

0,6

3

0,5

0,3

3. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kugeln (12) höchstens 20% des Durchmessers der Spindel (4), vorzugsweise höchstens 15% des Spindeldurchmessers beträgt, und dass die Breite des Ausgleichsschlitzes (20, 38) höchstens 3% des Spindeldurchmessers, vorzugsweise höchstens 1,5% des Spindeldurchmessers beträgt.

4. über 50 bis 80

10

8

4

0,6

0,4

4

4. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Spindel (4), der Durchmesser der Kugeln (12) und die Breite des Ausgleichsschlitzes (20, 38) in folgenden Verhältnissen zueinander stehen:

Spindeldurchmesser Kugeldurchmesser Schlitzbreite mm mm mm

max.

vorz. max.

max.

vorz.

5. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (6) kantig in den Schlitz (20) einmündet.

5. über 80 bis 130

13

10

5

6. Verfahren zur Herstellung eines Kugelumlauf-Spindel-antriebs nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ausgleichsschlitz (20, 38) unterhalb einer Breite von 1 mm, durch Drahterodieren, mittels Laser-Strah-ien oder mittels Elektronen-Strahlen hergestellt wird.