CH685513A5 - Kugelumlauf-Schraubgetriebe. - Google Patents

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kugelumlauf-Schraubgetriebe mit einer Spindel und mit einer Wandermutter, die durch eine relative Drehbewegung zwischen der Spindel und der darauf sitzenden Wandermutter auf der Spindel axial verschiebbar ist und mit mehreren in einem durch die einander gegenüberliegenden Gewinderilien der Spindel und der Wandermutter gebildeten Kugelumlaufkanal und in einem den Anfang und das Ende des Kugelumlaufkanals über zwei Umlenkstücke miteinander verbindenden Rückführkanal geführten, beweglichen, aneinanderstossenden Kugeln.

Aus der DE-PS 1 129 792 ist ein Kugelumlauf-Schraubgetriebe der eingangs erwähnten Art bekannt. Dieses Kugelumlauf-Schraubgetriebe besteht aus einem einstückigen zylindrischen Körper mit einer Axialbohrung, an deren Innenseite eine schrau-benlinienförmige Rille in Gestalt einer Laufbahnhälfte vorgesehen ist, die mit einer entsprechenden, an der in der Bohrung befindlichen Spindel angeordneten zweiten Laufbahnhälfte einen schraubenförmigen Kugelumlaufkanal für die zwischen Mutter- und Spindelteil beweglichen Kugeln bildet. Dieser Kugelumlaufkanal steht an seinen Enden durch tangential zur Spindel angeordnete seitliche Durchlassöffnungen mit einem geradlinigen, in radialer Entfernung von der Achse des Schraubgetriebes und parallel hierzu verlaufenden Rückführkanal für die Kugeln in Verbindung. Der zylindrische Körper hat an seinen Enden einen geringeren Aussendurchmesser. Der verjüngte Teil ist auf einem Teil seines Umfangs und seiner Höhe in Achsrichtung mit einem Ausschnitt versehen, den eine an der Stirnseite des verjüngten Endteils anliegende Kugelablenkungsvorrichtung mit einem Radialansatz mit Ausnahme einer radialen Durchlassöffnung zum Rückführkanal ausfüllt. Die Kugelablenkungsvorrichtung ihrerseits ist von einem den verjüngten Endteil übergreifenden Endstück gehalten, an dessen Innenseite eine Ringnut für die in den Rückführkanal eintretenden bzw. aus ihn austretenden Kugeln ausgebildet ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Wandermutter aus zu vielen, mit hoher Präzision bearbeiteten Teilen, nämlich aus dem zylindrischen Körper, aus zwei Kugelablenkungsvorrichtungen und aus zwei Endstücken besteht, was zu einem verhältnismässig teuren Schraubgetriebe führt. Ausserdem ist die Herstellung der schraubenförmig ausgestalteten, die Präzision des Schraubgetriebes bestimmenden Rille an der Innenseite des zylindrischen Körpers aufwendig und mit verhältnismässig hohen Herstellungskosten verbunden. Die beiden Endbereiche dieses zylindrischen Körpers müssen besonders bearbeitet werden, um den auf einem Teil seines Umfangs und seiner Höhe in Achsrichtung vorgesehenen Ausschnitt anzubringen. Die beiden Endbereiche dieses zylindrischen Körpers weisen einen geringeren Aussendurchmesser auf, was die mechanische Festigkeit dieser Bereiche vermindert. Deshalb muss dieses Kugelumlauf-Schraubgetriebe auch eine längere Wandermutter tragen, als es bei voller Belastbarkeit der gesamten Wandermutter-Gewindelänge erforderlich wäre. Bei dieser Anordnung muss der ganze, den Hauptteil 10 der Wandermutter bildende zylindrische Körper aus einem für die Ausbildung der Begrenzungsflächen des Kugelumlaufkanals geeigneten Material hergestellt sein.

Aufgabe der vorliegende Erfindung ist es, ein wirtschaftlich vorteilhaftes Kugelumlauf-Schraubgetriebe der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das kleine Abmessungen aufweist, einfach, mit verhältnismässig niedrigen Kosten herstellbar aber trotzdem für höchste Präzisionsanforderungen geeignet ist.

Die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst, dass die Wandermutter einen Tragkörper mit einer darin in einer zylindrischen Bohrung befestigten, die schraubenlinienförmige Gewinderille der Wandermutter bildenden Schraubenfeder aufweist, wobei die beiden Enden der Schraubenfeder in den die beiden Enden der Bohrung des Tragkörpers abschliessenden und den Kugelumlaufkanal mit dem Rückführkanal verbindenden Umlenkstücken münden. Die die eine Hälfte des Kugelumlaufkanals bildende Schraubenfeder ist aus einem geeigneten Material in einem einfachen Verfahrensschritt mit hoher Präzision herstellbar. Nachdem der Tragkörper auch aus einem verhältnismässig weichen Material hergestellt werden kann, weil für die Begrenzungsfläche des Kugelumlaufkanals das Material der Schraubenfeder und nicht das Material des Tragkörpers massgebend ist, ist dieses Kugelumlauf-Schraubgetriebe nicht nur wirtschaftlich vorteilhaft, sondern kann auch für die Lösung von Spezi-alaufgaben eingesetzt werden. Dadurch, dass die Schraubenfeder in den Umlenkstücken endet, kann eine einfach ausgebildete Feder in die Bohrung geschoben und darin befestigt werden. Nur die beiden Umlenkstücke weisen eine besondere Form auf. Deshalb erlaubt diese Anordnung die Herstellung eines kostengünstigen Kugelumlauf-Schraubgetriebes. Die eingelegte Schraubenfeder ist auf der ganzen Länge voll belastbar, wodurch die Länge der Wandermutter verhältnismässig klein gehalten werden kann.

Aus der CH-PS 251 484 ist zwar bekannt, eine Schraubenmutter herzustellen, deren Innengewinde aus einem schraubenlinienförmig gewundenen Draht besteht. Aus dieser Druckschrift sind jedoch keine Hinweise für die Ausbildung eines kostengünstigen Kugelumlauf-Schraubgetriebes zu entnehmen.

Die beiden Endbereiche der Schraubenfeder können vorteilhafterweise auf mindestens einer Teilstrecke zwischen dem Kugelumlaufkanal und dem Rückführkanal für die teilweise Führung der Kugeln vorgesehen sein. Die für die Führung der Kugeln bestimmten Endbereiche der Schraubenfeder können bei der Herstellung der Schraubenfeder, vorteilhafterweise bereits beim Zuschneiden des Materials berücksichtigt werden.

Der Rückführkanal kann aus einer zwischen den einander axial abgekehrten Enden des Tragkörpers in der Wandung der Bohrung untergebrachten, durch die äussere Begrenzungsfläche der eingesetzten Schraubenfeder verschlossenen Nut bestehen. Die in der zylindrischen Bohrung des Tragkör-

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pers in einem einfachen Verfahrensschritt angebrachte Nut, die in Radialrichtung durch die eingesetzte Schraubenfeder verschlossen ist, ergibt einen für alle Präzisionsanforderungen ausreichenden Rückführkanal.

Die beiden Enden der Nut können je einen die Kugeln aus dem Kugellaufkanal in den Rückführkanal oder umgekehrt mindestens teilweise führenden Fortsatz des Umlenkstückes aufnehmen. Dieser Fortsatz sichert zugleich das Umlenkstück gegen Verdrehung in bezug auf den Tragkörper.

Der Tragkörper kann an seinen beiden Enden je eine auf die Achse der Bohrung senkrechte Abschlussfläche aufweisen. Der Tragkörper kann bei dieser Anordnung aus einer einfachen zylindrischen Hülse mit auf deren Achse senkrechten Abschlussflächen bestehen. Eine solche Hülse kann aus einem langen Rohr einfach abgetrennt sein.

Der Rückführkanal kann auch aus einer in der Wandung des Tragkörpers angebrachten Rückführbohrung bestehen. Die Herstellung einer Rückführbohrung ergibt bei Bedarf eine vorteilhafte Gestaltung des Rückführkanals. Das schraubenlinienför-mig verlaufende Material der Schraubenfeder kann dabei in seinem vor der Mündung des Rückführkanals liegenden Endbereich in Axialrichtung der Bohrung eine im Bereich der Hälfte der Gewindesteigung der Spindel liegende Höhe aufweisen, wobei im Umlenkstück eine quer über diesen Endbereich geführte, eine im Umlenkstück schraubenlinienför-mig angeformte Verlängerung des Kugelumlaufkanals mit der Mündung des Rückführkanals verbindende, zur Verlängerung des Kugelumlaufkanals tangential ausgerichtete Führungsrinne vorgesehen ist. Die abgeflachten Endbereiche der Schraubenfeder dienen bei dieser Anordnung als Führungsfläche für die Kugeln.

Das Umlenkstück kann mit einem in die Gewinderille der Spindel eingreifenden Fett- und Schmutzabstreifer in Drehrichtung formschlüssig gekuppelt sein. Durch diese Anordnung kann die Wandermutter gegen Fettverlust und gegen Eindringen von Schmutz einfach geschützt werden.

Im folgenden werden anhand der beiliegenden Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt und Fig. 2 die Vorderansicht der Aktivteile eines Ku-gelumlauf-Schraubgetriebes,

Fig. 3 den Tragkörper dieses Kugelumlauf-Schraubgetriebes allein in perspektivischer Darstellung,

Fig. 4 die Schraubenfeder allein perspektivisch, Fig. 5 das Umlenkstück allein in perspektivischer Darstellung von der der Wandermutter zugekehrten Seite her gesehen und

Fig. 6 von der der Wandermutter abgekehrten Seite her gesehen,

Fig. 7 einen Fett- und Schmutzabstreifer in perspektivischer Darstellung,

Fig. 8 einen Längsschnitt und Fig. 9 eine Vorderansicht der Aktivteile eines zweiten Kugelumlauf-Schraubgetriebes,

Fig. 10 den Tragkörper dieses Kugelumlauf-

Schraubgetriebes allein in perspektivischer Darstellung,

Fig. 11 die darin einsetzbare Schraubenfeder allein perspektivisch und

Fig. 12 das dazugehörende Umlenkstück allein perspektivisch.

Fig. 1 zeigt den Längsschnitt und Fig. 2 die Vorderansicht der Aktivteile eines Kugelumlauf-Schraubgetriebes mit einer Spindel 1 und mit einer darauf drehbaren Wandermutter 2. Die Spindel 1 ist mit einem 90° Dreieck-Gewinde versehen. Die Wandermutter 2 weist einen zylindrischen Tragkörper 3 mit einer zur Spindel 1 koaxialen, glatten, zylindrischen Bohrung 4 auf, wie es auch aus der Fig. 3 hervorgeht. In dieser Bohrung 4 ist eine die schraubenlinienförmige Gewinderille der Wandermutter 2 bildende Schraubenfeder 5 befestigt. Die Schraubenfeder 5 ist in Fig. 4 allein, perspektivisch gezeichnet. Die Befestigung der Schraubenfeder 5 in der Bohrung 4 erfolgt durch einen härtbaren Kunststoff, kann aber bei Bedarf durch ein anderes, bekanntes, mechanisches Befestigungsmittel bewerkstelligt sein.

Zwischen der Gewinderille der Spindel 1 und der durch die Schraubenfeder 5 gebildeten Gewinderille der Wandermutter 2 liegt ein mit Kugeln 6 gefüllter Kugelumlaufkanal. Dieser Kugelumlaufkanal mündet über zwei Umlenkstücke 7 in einen durch eine Nut 8 im Tragkörper 3 gebildeten Rückführkanal für die Kugeln 6. Die Nut 8 liegt zwischen den einander axial abgekehrten Enden des Tragkörpers 3 in der Wandung der Bohrung 4 und ist mit ihrer Mündung in Richtung der Achse der Bohrung 4 gerichtet. Die Mündung der Nut 8 ist durch die äussere Begrenzungsfläche der in die Bohrung 4 eingesetzten Schraubenfeder 5 verschlossen. Der so gebildete Rückführkanal führt bei einer Relativbewegung zwischen der Spindel 1 und der Wandermutter 2 die Kugeln 6 vom Ende zum Anfang des Kugelumlaufkanals. Bei einer Drehbewegung der Spindel 1 verschiebt sich die unverdrehbar gelagerte Wandermutter 2 auf der Spindel 1 in axialer Richtung. Das Kugelumlauf-Schraubgetriebe ist geeignet, eine Drehbewegung in eine Linearbewegung umzuwandeln oder umgekehrt.

Die beiden Enden 9 der Schraubenfeder 5 münden in zwei die beiden Enden der Bohrung 4 des Tragkörpers 3 abschliessende Umlenkstücke 7. In Fig. 2 ist die Wandermutter 2 in der Vorderansicht ohne dieses Umlenkstück 7 dargestellt. In dieser Fig. 2 ist gut sichtbar, dass das Ende 9 der Schraubenfeder 5 einen Teil der Kugelumlenkfläche bildet.

Das in den Fig. 1 und 5 gezeigte Umlenkstück 7 weist einen in die Nut 8 ragende, die Kugeln 6 aus dem Kugelumlaufkanal in den Rückführkanal und umgekehrt führenden Fortsatz 10 auf. Dieser Fortsatz 10 und das Ende 9 der Schraubenfeder 5 lenken die Kugeln 6 bei einer Drehbewegung der Spindel 1 in der Wandermutter 2 an beiden Enden der Wandermutter 2 gemeinsam um. Das in Fig. 5 allein gezeigte Umlenkstück 7 ist flanschartig, einstückig ausgebildet und mit einem zum Eindringen in die Bohrung 4 des Tragkörpers vorgesehenen, zylindrischen Zentrierabsatz 11 versehen.

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Der in Fig. 3 gezeigte Tragkörper 3 weist an seinen beiden Enden je eine auf die Achse der Bohrung 4 senkrechte Abschlussfläche 12 auf. Die Umlenkstücke 7 sind an diesen Abschlussflächen 12 angeschraubt. Diese Ausbildung des Tragkörpers 3 erlaubt eine einfache Anpassung des Kugelumlauf-Schraubgetriebes an die zu übertragende Kraft. Lediglich die Länge des aus einer einfachen zylindrischen Hülse bestehenden Tragkörpers 3 und die Länge der darin eingesetzten Schraubenfeder 5 müssen für die geänderten zu übertragenden Kräfte geändert werden. Die Spindel 1, die beiden Umlenkstücke 7 und die Kugein 6 bleiben dabei unverändert. Diese Herstellungsweise ermöglicht eine erhebliche Kostensenkung des Kugelumlauf-Schraub-getriebes in bezug auf die vorbekannte.

In Fig. 6 ist das Umlenkstück 7 von der in dieser Figur nicht dargestellten Tragkörper 3 abgekehrten Seite her perspektivisch gezeigt. In dieser Darstellung erkennt man eine mit zwei radialen Armen 13 ergänzte, koaxiale, zylindrische Vertiefung 14. In diese Vertiefung 14 passt ein in Fig. 7 sichtbarer, mit radialen Flügeln 15 ausgerüstete Fett- und Schmutzabstreifer 16 formschlüssig hinein und wird in Drehrichtung darin mitgenommen. Der Fett- und Schmutzabstreifer 16 ist mit einer auf die Spindel 1 passenden Gewindebohrung 17 versehen und wird bei Drehung der Spindel 1 darin als Mutter verschoben. Um einen Gegenmutter-Effekt zu verhindern, besteht zwischen dem Umlenkstück 7 und dem Fett- und Schmutzabstreifer 16 in Achsialrich-tung keine Verbindung.

Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform des Kugelumlauf-Schraubgetriebes. Dieses besteht auch aus einer Spindel 1 und aus einer darauf drehbar angebrachten Wandermutter 18. Die Wandermutter 18 weist einen in Fig. 10 allein dargestellten Tragkörper 19 mit einer zylindrischen Bohrung 20 auf. In dieser Bohrung 20 ist eine Schraubenfeder 21 mittels eines härtbaren Kunststoffes befestigt. Die Schraubenfeder 21 ist in Fig. 11 allein gezeigt und bildet die Gewinderilie der Wandermutter 18. Zwischen den gegenüberliegenden Gewinderillen der Spindel 1 und der Wandermutter 18 liegt ein mit Kugeln 6 gefüllter Kugelumlaufkanal, wie dies auch aus der Fig. 9 hervorgeht. In dieser Fig. 9 ist die Vorderansicht des in Fig. 8 dargestellten Schraubgetriebes bei entferntem Umlenkstück 22 gezeigt.

Die Schraubenfeder 21 mündet in den beiden Umlenkstücken 22, die die beiden Enden der Bohrung 20 abschliessen und die die bei einer relativen Drehbewegung zwischen der Spindel 1 und der Wandermutter 18 im Kugelumlaufkanal laufenden Kugeln 6 in den und aus dem Rückführkanal umlenken. Der Rückführkanal besteht aus einer in der Wandung des Tragkörpers 19 angebrachten, spin-delachsparallelen Rückführbohrung 23.

In den vor den Mündungen des Rückführkanals liegenden Endbereichen ist das aus Rundstahl bestehende Material der Schraubenfeder 21 in Ach-sialrichtung der Bohrung 20 auf die halbe Höhe der Gewindesteigung der Spindel 1 zurückgeschliffen. Ein Teil dieser geschliffenen Fläche 24 ist für die teilweise Führung der Kugeln 6 zwischen dem Kugelumlaufkanal und der Rückführbohrung 23 vorgesehen. Über die geschliffene Fläche 24 liegt eine im Umlenkstück 22 angeordnete, quer über die Fläche 24 geführte, eine im Umlenkstück 22 angeformte Verlängerung des Kugelumlaufkanals mit der Mündung der Rückführbohrung 23 verbindende Führungsrinne 25. Die Führungsrinne 25 ist zur Verlängerung des Kugelumlaufkanals zwischen der Spindel 1 und der Wandermutter 18 tangential ausgerichtet und in Fig. 12 gut sichtbar. Die Führungsrinne 25 übernimmt mit ihrem U-förmigen Querschnitt den grössten Teil der Führung der Kugeln 6 über der geschliffenen Fläche 24. Das Umlenkstück 22 ist mit einem Zentrierabsatz 27 versehen, der das Umlenkstück in der Bohrung 20 zentriert. Die Mündung der Rückführbohrung 23 ist in einem radialen Ausschnitt des Tragkörpers 19 angeordnet. Das Umlenkstück 22 greift mit einem radialen, die Führungsrinne 25 tragenden Fortsatz 26 in diesen radialen Ausschnitt ein und sichert das Umlenkstück 22 in der richtigen Position gegen Verdrehung.

Die beschriebenen Kugelumlauf-Schraubgetriebe bestehen aus verhältnismässig wenigen, einfach und kostengünstig herstellbaren Einzelteilen und können mit wenig Aufwand der gewünschten zu übertragenden Kraft angepasst werden. Das Material des den Hauptteil der Wandermutter 2 bildenden Tragkörpers 3 ist unabhängig von der Lauffläche der Kugeln 6 und kann daher frei gewählt werden. Ausserdem erfüllt dieses Kugelumlauf-Schraubge-triebe höchste Präzisionsanforderungen.

Claims (8)

Patentansprüche

1. Kugelumlauf-Schraubgetriebe mit einer Spindel (1) und mit einer Wandermutter (2, 18), die durch eine relative Drehbewegung zwischen der Spindel (1) und der darauf sitzenden Wandermutter (2, 18) auf der Spindel (1) axial verschiebbar ist und mit mehreren in einem durch die einander gegenüberliegenden Gewinderillen der Spindel (1) und der Wandermutter (2, 18) gebildeten Kugelumlaufkanal und in einem den Anfang und das Ende des Kugelumlaufkanals über zwei Umlenkstücke (7, 22) miteinander verbindenden Rückführkanal geführten, beweglichen, aneinanderstossenden Kugeln (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Wandermutter (2, 18) einen Tragkörper (3, 19) mit einer darin in einer zylindrischen Bohrung (4, 20) befestigten, die schraubenlinienförmige Gewinderille der Wandermutter (2, 18) bildenden Schraubenfeder (5, 21) aufweist, wobei die beiden Enden der Schraubenfeder (5, 21) in den die beiden Enden der Bohrung (4, 20) des Tragkörpers (3, 19) abschliessenden und den Kugelumlaufkanal mit dem Rückführkanal verbindenden Umlenkstücken (7, 22) münden.

2. Kugelumlauf-Schraubgetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endbereiche der Schraubenfeder (5, 21) auf mindestens einer Teilstrecke zwischen dem Kugelumlaufkanal und dem Rückführkanal für die teilweise Führung der Kugeln (6) vorgesehen sind.

3. Kugelumlauf-Schraubgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführkanal aus einer zwischen den einander

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axial abgekehrten Enden des Tragkörpers (3) in der Wandung der Bohrung (4) untergebrachten, durch die äussere Begrenzungsfläche der eingesetzten Schraubenfeder (5) verschlossenen Nut (8) besteht.

4. Kugelumlauf-Schraubgetriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Enden der Nut (8) je einen die Kugeln (6) aus dem Kugelumlaufkanal in den Rückführkanal oder umgekehrt mindestens teilweise führenden Fortsatz (10) des Umlenkstückes aufnehmen.

5. Kugelumlauf-Schraubgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (3) an seinen beiden Enden je eine auf die Achse der Bohrung (4) senkrechte Abschlussfläche (12) aufweist.

6. Kugelumlauf-Schraubgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückführkanal aus einer in der Wandung des Tragkörpers angebrachten Rückführbohrung (23) besteht.

7. Kugelumlauf-Schraubgetriebe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das schraubenlini-enförmig verlaufende Material der Schraubenfeder (21) in seinem vor der Mündung des Rückführkanals liegenden Endbereich in Achsialrichtung der Bohrung (20) eine im Bereich der Hälfte der Gewindesteigung der Spindel (1) liegende Höhe aufweist, wobei im Umlenkstück (22) eine quer über diesen Endbereich geführte, eine im Umlenkstück (22) schraubenlinienförmig angeformte Verlängerung des Kugelumlaufkanals mit der Mündung des Rückführkanals verbindende, zur Verlängerung des Kugelumlaufkanals tangential ausgerichtete Führungsrinne (25) vorgesehen ist.

8. Kugelumlauf-Schraubgetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umlenkstück (7, 22) mit einem in die Gewinderille der Spindel (1) eingreifenden Fett- und Schmutzabstreifer (16) in Drehrichtung formschlüssig gekuppelt ist.

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