DE10022715A1

DE10022715A1 - Kugelumlaufspindel

Info

Publication number: DE10022715A1
Application number: DE10022715A
Authority: DE
Inventors: Mizuho Ninomiya; Daisuke Maruyama
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: US6397697B1; JP3714026B2; DE10022715B4; JP2000320637A

Abstract

Bei einer Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden Erfindung sind in axialer Richtung entsprechend vier eine Umlaufstrecke bildende Umlaufkanäle der Kugelumlaufspindel angeordnet. Die Anbringungspositionen des zweiten und des dritten Kanals, A2 und A3, sind an Positionen festgelegt, die in ihrer Umfangsrichtung in bezug auf die Anbringungspositionen des ersten und des vierten Kanals, A1 und A4, um 180 Grad versetzt sind. Demgemäß ist es möglich, eine Kugelumlaufspindel zu schaffen, bei der die Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel, die durch Momente, die durch das gegenseitige Versetzen von Phasen in Umfangsrichtung zwischen eine Umlaufstrecke bildenden Umlaufkanälen entstehen, um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufen werden, verringert werden können.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kugelum laufspindel, die die Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung und umgekehrt bewirkt, und insbeson dere auf eine Weiterentwicklung einer Kugelumlaufspindel, die bei Anwendungen eingesetzt wird, bei denen eine hohe Last aufgebracht wird.

Herkömmlicherweise sind bei einer Kugelumlaufspindel mit mehreren Umlaufkanälen wie beispielsweise bei einer Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführ rohr zur Verringerung der Anzahl der Arbeitsschritte der Kugelumlaufspindel die Umlaufkanäle im allgemeinen so angeordnet, daß die Phasen in Umfangsrichtung aller Umlaufkanäle gleich sind.

Außerdem sind bei einer Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rahmen unter der Annahme, daß die Anzahl der darin enthaltenen Umlaufkanäle durch n ausgedrückt wird, im allgemeinen mehrere Umlaufkanäle in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel angeordnet, wobei sie nacheinander in derselben Drehrichtung um ein gleiches Phasenintervall, das 1/n einer Umdrehung oder 2/n einer Umdrehung in Umfangsrichtung entspricht, in der Phase gegeneinander versetzt sind.

Außerdem werden bei der Wahl einer Kugelumlaufspindel, um eine Belastungsfähigkeit zu garantieren, die den Anwen dungsbedingungen wie etwa einer Last entspricht, ver schiedene Maßnahmen getroffen: Beispielsweise wird eine Kugelumlaufspindel gewählt, deren Schraubenwelle den Anwendungsbedingungen ausreichend standhalten kann, oder die Anzahl der Kanäle in einer Kugelmutter und somit die Anzahl der Kugeln erhöht oder die Ganghöhe der Kugelum laufspindel-Nut und somit der Kugeldurchmesser vergrö ßert.

Zum anderen wird eine in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung Nr. Hei 10-153245 offenbarte Erfindung vorgeschlagen, bei der die Spannungskonzentra tion, die in einer Kugel in einer bestimmten Position ohne weiteres eintreten kann, durch Ausgleichen der Lastverteilung einer Kugelumlaufspindel abgebaut werden kann, weshalb sie geeignet ist, das Ziel, nämlich eine Kugelumlaufspindel zu schaffen, die kompakt ist und eine hohe Belastungsfähigkeit besitzt, ohne die Größe der Kugelumlaufspindel zu erweitern, zu erreichen.

Diese herkömmliche Erfindung zielt auf die folgende Tatsache. Nämlich, bei einer Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführrohr, das mehrere Umlaufkanäle umfaßt und in dem außerdem sämtliche Umlaufkanäle in ihren Phasen in Umfangsrichtung zueinander gleich sind, ist, wenn eine Last in axialer Richtung auf die Kugelum laufspindel einwirkt, die Anordnung der wirksamen Kugeln, die diese Last aufnehmen, in Umfangsrichtung der Umlauf kanäle nicht ausgeglichen, wobei ihre Unausgeglichenheit relativ stark ist, weshalb auf einen Teil der Kugeln, nämlich auf den Abschnitt wirksamer Kugeln mit einer Phase, in der die Anzahl der wirksamen Kugeln klein ist, eine hohe Last wirkt. Gemäß der zitierten Erfindung ist bei einer Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführrohr, das drei oder mehr Umlaufkanäle umfaßt, die Phase wenigstens eines Umlaufkanals in seiner Umfangs richtung in bezug auf die restlichen Umlaufkanäle um 180 Grad versetzt, wodurch Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle ausgeglichen werden.

Wie oben beschrieben wurde, ist bei der herkömmlichen Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführ rohr, in dem die Phasen in Umfangsrichtung sämtlicher Umlaufkanäle zueinander gleich angeordnet sind, im Fall, daß eine Last in axialer Richtung auf die Kugelumlauf spindel wirkt, die Anordnung der wirksamen Kugeln, die diese Last aufnehmen, in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle nicht ausgeglichen, wobei auch ihre Unausgeglichenheit relativ stark ist, so daß auf den Abschnitt wirksamer Kugeln mit einer Phase, in der die Anzahl der wirksamen Kugeln klein ist, eine hohe Last wirkt.

Wie in der obenerwähnten ungeprüften japanischen Patent veröffentlichung Nr. Hei 10-153245 offenbart ist, kann andererseits in dem Fall, in dem die Phase in Umfangs richtung eines Teils der Umlaufkanäle in bezug auf die restlichen Umlaufkanäle um 180 Grad versetzt ist, die Anordnung der wirksamen Kugeln, die die Last aufnehmen, wenn lediglich die Umfangsrichtung in Betracht gezogen wird, einem ausgeglichenen Zustand angenähert werden, wodurch ihre Unausgeglichenheit gering wird. Dies stellt in diesem Sinne eine wirksame Maßnahme zur Verringerung der Unterschiede in der Lastverteilung dar.

Jedoch können in Abhängigkeit von der Art und Weise der Anordnung der Umlaufkanäle die Abschnitte mit jeweils einer geringen Anzahl von Kugeln (d. h. die Abschnitte, die jeweils eine hohe Last aufnehmen) in bezug auf die Achse der Kugelumlaufspindel an wechselweise entgegenge setzten Positionen angeordnet werden; aufgrund einer solchen entgegengesetzten Anordnung kann ein Moment um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche entstehen, wobei dieses Moment um die Fläche die Unter schiede in der Lastverteilung in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel verstärken kann. Beispielsweise liegen in dem Fall, in dem die zwei aneinandergrenzenden Umlauf kanäle nur einen Abschnitt gemeinsam haben, in dem ihre jeweiligen Phasen um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, wobei der versetzte Abschnitt die Grenze bildet, die Abschnitte mit jeweils einer kleineren Anzahl von Kugeln (d. h. die Abschnitte, die jeweils eine hohe Last aufnehmen) in bezug auf die Achse der Kugelumlaufspindel an entgegengesetzten Positionen, was aufgrund des vorhan denen Moments um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche, das durch diese entgegengesetzten Positionen entsteht, zu einer Verstärkung der Unter schiede in der Lastverteilung in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel führt.

Zum anderen sind in der Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rahmen drei oder mehr Umlaufkanäle ausgebildet, wobei unter der Annahme, daß die Anzahl der Umlaufkanäle durch n ausgedrückt wird, die Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß sie um ein gleiches Phaseninter vall, das 1/n einer Umdrehung oder 2/n einer Umdrehung entspricht, gegeneinander versetzt sind, während die Rückführkanäle schraubenlinienförmig angeordnet sind. Das heißt, daß die Kugelumlaufspindel dieses Systems den Vorteil aufweist, daß die Unterschiede in der Lastvertei lung in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle verringert werden, da die Rückführkanäle in bezug auf die Achse der Kugelumlaufspindel, in deren axialen Richtung gesehen, symmetrisch angeordnet sind.

Jedoch sind bei der Kugelumlaufspindel dieses Systems wegen der Anordnung der Umlaufkanäle in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel die Umlaufkanäle in derselben Drehrichtung jeweils um ein gleiches Phasenintervall in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle versetzt, d. h., daß ähnlich wie bei der zuvor beschriebenen Kugelumlaufspin del, bei der die zwei aneinandergrenzenden Umlaufkanäle nur einen Abschnitt gemeinsam haben, in dem ihre jeweili gen Phasen um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, ein Moment um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senk rechte Fläche entstehen kann, da sämtliche Umlaufkanäle in bezug auf die Achse der Kugelumlaufspindel symmetrisch angeordnet sind. Mit anderen Worten, da bei der vorlie genden Kugelumlaufspindel sämtliche Umlaufkanäle mit einem gleichen Phasenintervall in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle angeordnet sind, entsteht ein nicht ausge glichenes Moment um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung richtet sich auf das Beseitigen der bei den herkömmlichen Kugelumlaufspindeln festge stellten Nachteile. Demgemäß ist es ein Ziel der Erfin dung, eine Kugelumlaufspindel zu schaffen, bei der die Unterschiede in der Lastverteilung, die durch Momente, die durch das gegenseitige Versetzen der Phasen in Um fangsrichtung von Umlaufkanälen entstehen, um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorge rufen werden, verringert werden können.

Für das Erreichen des obigen Ziels wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung eine Kugelumlaufspindel geschaffen, umfassend: eine Schraubenwelle, die auf ihrer Außenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, wenig stens eine Kugelmutter, die auf ihrer Innenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, die der Kugelumlaufspin del-Nut der Schraubenwelle gegenüberliegt, einen schrau benlinienförmigen Kanal, der von der Kugelumlaufspindel- Nut der Kugelmutter und der Kugelumlaufspindel-Nut der Schraubenwelle gebildet wird, eine große Anzahl von Kugeln, die durch den schraubenlinienförmigen Kanal umlaufen können, und einen an der Kugelmutter ausgebilde ten Rückführkanal, der das Umlaufen der großen Anzahl von Kugeln durch den schraubenlinienförmigen Kanal ermög licht, wobei drei oder mehr Umlaufkanäle, wovon jeder von dem schraubenlinienförmigen Kanal und dem Rückführkanal gebildet wird, in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel angeordnet sind, wobei in den Phasen in Umfangsrichtung der drei oder mehr Umlaufkanäle wenigstens zwei Ab schnitte gebildet sind, in denen die Phasen zweier anein andergrenzender Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander versetzt sind.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung können durch Ver setzen eines Teils der Umlaufkanäle um 180 Grad in bezug auf die restlichen Umlaufkanäle Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle ver ringert werden; außerdem können durch Festlegen zweier Abschnitte, in denen die Phasen zweier aneinandergrenzen der Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel, die durch Momente, die durch das gegenseitige Versetzen der Phasen in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle entstehen, um eine zur Achse der Kugelum laufspindel senkrechte Fläche, hervorgerufen werden, abgeschwächt werden.

Im folgenden wird der Grund beschrieben, weshalb die Lastverteilung durch Festlegen zweier Abschnitte, in denen die Phasen zweier aneinandergrenzender Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, besser ausgegli chen werden kann.

Im Fall einer Kugelumlaufspindel, die nur einen Abschnitt aufweist, in dem die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, ist an einer in bezug auf die Achse der Kugelumlaufspindel diagonal entgegengesetzten Position ein Abschnitt, in dem die Anzahl der in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle vor handenen Kugeln klein ist, (d. h. ein Abschnitt, der eine hohe Last aufnimmt) vorhanden, wodurch ein Moment um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche her vorgerufen wird. Die Anzahl der um die Fläche erzeugten Momente entspricht der Anzahl, wieviele Male die Phasen zwischen den Umlaufkanälen um 180 Grad versetzt wurden. Da jedoch im Fall der wechselseitig anliegenden Momente die Richtungen der obenerwähnten diagonalen Winkel entge gengesetzt sind, liefern die Momente wechselweise entge gengesetzte Momente, wodurch sie sich gegenseitig aufhe ben oder abschwächen können. Dadurch, daß zwei oder mehr Phasenumkehrabschnitte vorgesehen sind, kann in dieser Weise das Gleichgewicht zwischen den oben genannten Momenten, die durch das Einrichten einer Phasendifferenz zwischen den aneinandergrenzenden Umlaufkanälen in Um fangsrichtung entstehen, verbessert werden, wodurch die durch diese Momente bewirkten Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung verringert werden können.

In diesem Fall können die Momente in wechselweise entge gengesetzter Richtung so erzeugt werden, daß sie der Anzahl nach gleich sind, wobei die Anzahl der Abschnitte, in denen die Versetzung um 180 Grad vorgenommen wird, auf eine geradzahlige Anzahl (insbesondere auf zwei) festge legt wird, um die sich wechselseitig aufhebenden Momente paarweise zusammenfassen zu können.

Als nächstes wird gemäß einem zweiten Aspekt der Erfin dung eine Kugelumlaufspindel geschaffen, umfassend: eine Schraubenwelle, die auf ihrer Außenfläche eine Kugelum laufspindel-Nut aufweist, wenigstens eine Kugelmutter, die auf ihrer Innenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, die der Kugelumlaufspindel-Nut der Schrauben welle gegenüberliegt, einen schraubenlinienförmigen Kanal, der von der Kugelumlaufspindel-Nut der Kugelmutter und der Kugelumlaufspindel-Nut der Schraubenwelle gebil det wird, eine große Anzahl von Kugeln, die durch den schraubenlinienförmigen Kanal umlaufen können, und einen an der Kugelmutter ausgebildeten Rückführkanal, der das Umlaufen der großen Anzahl von Kugeln durch den schraubenlinienförmigen Kanal ermöglicht, wobei drei oder mehr Umlaufkanäle, wovon jeder von dem schraubenlinien förmigen Kanal und dem Rückführkanal gebildet wird, in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel angeordnet sind und zwischen einem Teil oder sämtlichen der aneinander grenzenden Umlaufkanäle in deren Umfangsrichtung eine Phasendifferenz festgelegt ist, wobei die drei oder mehr Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß sie in bezug auf eine durch das Zentrum in axialer Richtung aller drei oder mehr Umlaufkanäle oder durch den an dieses Zentrum in axialer Richtung angrenzenden Abschnitt gehende und zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche nahezu flächensymmetrisch sind.

Nebenbei, um die Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung zu steuern, kann die obenerwähnte Phasen differenz in Umfangsrichtung auf 180 Grad oder auf ein gleiches Phasenintervall von beispielsweise m/(Anzahl der Umlaufkanäle), wobei m eine ganze Zahl ist, festgelegt werden, so daß die Positionen der Rückführkanäle sämtli cher Umlaufkanäle in bezug auf die Achse der Kugelumlauf spindel, in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel gesehen, punktsymmetrisch sind.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, nach dem zwischen einem Teil oder sämtlichen der Umlaufkanäle eine Phasen differenz in Umfangsrichtung festgelegt ist, obwohl Momente um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senk rechte Fläche entstehen, sind die obigen Phasendifferen zen so festgelegt, daß sie in bezug auf das Zentrum in axialer Richtung aller Umlaufkanäle als deren Grenze flächensymmetrisch sind und zwei in der Richtung entge gengesetzte und ihrer Stärke gleiche paarweise zusammen gefaßte Momente auftreten. Im Ergebnis heben sich die paarweisen Momente gegenseitig auf, so daß die Momente um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche, die aufgrund der Anordnung der drei oder mehr Umlaufka näle entstehen, in das Gleichgewicht gebracht werden können, wodurch die durch diese Momente hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung verringert werden können.

Beispielsweise ist dann, wenn der zweite Aspekt der Erfindung auf eine Kugelumlaufspindel angewandt wird, bei der in einem Teil der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle eine Phasendifferenz von 180 Grad festgelegt ist, eine geradzahlige Anzahl von Abschnitten mit einer Phasenver setzung von 180 Grad, die in bezug auf das Zentrum in axialer Richtung aller drei oder mehr Umlaufkanäle symme trisch angeordnet sind, vorhanden.

Als nächstes wird gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung eine Kugelumlaufspindel geschaffen, umfassend: eine Schraubenwelle, die auf ihrer Außenfläche eine Kugelum laufspindel-Nut aufweist, wenigstens eine Kugelmutter, die auf ihrer Innenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, die der Kugelumlaufspindel-Nut der Schrauben welle gegenüberliegt, einen schraubenlinienförmigen Kanal, der von der Kugelumlaufspindel-Nut der Kugelmutter und der Kugelumlaufspindel-Nut der Schraubenwelle gebil det wird, eine große Anzahl von Kugeln, die durch den schraubenlinienförmigen Kanal umlaufen können, und einen an der Kugelmutter ausgebildeten Rückführkanal, der das Umlaufen der großen Anzahl von Kugeln durch den schraubenlinienförmigen Kanal ermöglicht, wobei drei oder mehr Umlaufkanäle, wovon jeder von dem schraubenlinien förmigen Kanal und dem Rückführkanal gebildet wird, in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel angeordnet sind und zwischen einem Teil oder sämtlichen der aneinander grenzenden Umlaufkanälen in deren Umfangsrichtung eine Phasendifferenz festgelegt ist, wobei in wenigstens einem Abschnitt zwischen den aneinandergrenzenden Umlaufkanälen das zugehörige Phasenintervall in Umfangsrichtung in bezug auf das gleiche Phasenintervall versetzt ist.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird bei einer Kugelumlaufspindel, bei der wie in einer Kugelumlaufspin del mit einem Umlaufsystem mit Rahmen unter der Annahme, daß eine Umlaufstrecke drei oder mehr Umlaufkanäle umfaßt und daß die Anzahl der Umlaufkanäle durch n ausgedrückt wird, die Umlaufkanäle mit einer Phasendifferenz von einem gleichen Phasenintervall wie etwa 1/n einer Umdre hung oder 2/n einer Umdrehung angeordnet sind, um so die Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung zu steuern, durch Verändern des Phasenintervalls von wenig stens einem seiner Abschnitt (d. h. durch Versetzen des Phasenintervalls in bezug auf das gleiche Phaseninter vall) das Gleichgewicht zwischen den Momenten um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche verbes sert, wodurch die durch die auftretenden Momente hervor gerufenen Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung verringert werden können.

Um das Maß der obengenannten Versetzung zu bestimmen, kann eine Untersuchung zur Verbesserung des richtungsbe zogenen Gleichgewichts der Momente durchgeführt werden, wobei das Maß der Versetzung nach den Ergebnissen der Untersuchung bestimmt werden kann.

Nebenbei, auch dann, wenn das Phasenintervall eines Teils der Umlaufkanäle verändert wird, können die Phasen der restlichen Umlaufkanäle so festgelegt werden, daß die Rückführkanäle sämtlicher Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß sie in bezug auf die Achse der Kugelumlaufspin del, in axialer Richtung der Kugelachse gesehen, punkt symmetrisch sind.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer Kugelumlauf spindel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Kugelumlaufspindel gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 ist eine schematische Ansicht des Umlaufs der Kugeln in einem der Kanäle, die einen Umlaufkanal der obigen Kugelumlaufspindel bilden;

Fig. 4 ist eine längs der in Fig. 3 gezeigten Pfeillinie X-X aufgenommene Ansicht, die einen Abschnitt des Kanals zeigt, in dem die Anzahl von Kugeln, in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel gesehen, klein ist;

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht einer Kugelumlauf spindel gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 6 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Kugelumlaufspindel gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer herkömmlichen Kugelumlaufspindel;

Fig. 8 ist eine weitere schematische Ansicht der Kugelum laufspindel gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 9 ist eine erläuternde Ansicht einer Kugelumlauf spindel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, wobei im einzelnen Fig. 9(A) eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel ist und die Fig. 9(B) und (C) jeweils schematische Ansichten von Kugelumlaufspindeln zum Vergleich mit der erfindungsgemä ßen Kugelumlaufspindel sind;

Fig. 10 ist eine graphische Darstellung der Untersu chungsergebnisse der ersten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 11 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus eines zweiten Beispiels einer Kugelumlaufspindel einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 12 ist eine erläuternde Ansicht der zweiten Ausfüh rungsform gemäß der Erfindung, wobei im einzelnen die Fig. 12(A) und (B) jeweils schematische Ansichten von Kugelumlaufspindeln zum Vergleich mit den Kugelumlauf spindeln gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung sind;

Fig. 13 ist eine graphische Darstellung der Untersu chungsergebnisse der zweiten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 14 ist eine graphische Darstellung der Untersu chungsergebnisse einer dritten Ausführungsform der Erfin dung;

Fig. 15 ist eine erläuternde Ansicht einer vierten Aus führungsform gemäß der Erfindung, wobei im einzelnen die Fig. 15(A) und (B) jeweils schematische Ansichten von Kugelumlaufspindeln sind und Fig. 15(C) eine schemati sche Ansicht einer Kugelumlaufspindel zum Vergleich mit den Kugelumlaufspindeln gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung ist; und

Fig. 16 ist eine graphische Darstellung der Untersu chungsergebnisse der vierten Ausführungsform der Erfin dung.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung zunächst eine Kugelumlaufspindel gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Es sei angemerkt, daß in dieser Spezifikation eine Kugelumlauf spindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführrohr als typisches Beispiel hierfür beschrieben wird. Jedoch ist die Erfindung nicht darauf eingeschränkt, vielmehr kann sie auch auf Kugelumlaufspindeln mit anderen Umlaufsyste men wie etwa einem Umlaufsystem mit Rahmen und einem Umlaufsystem mit Leitblech angewandt werden.

Bei einer Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist, wie in Fig. 1 gezeigt ist, eine Kugelmutter 2 mit der äußeren Umfangsfläche einer Schraubenwelle 1 über das Gewinde und mehrere Kugeln in Eingriff, wobei entweder die Schraubenwelle 1 oder die Kugelmutter 2 in bezug auf die andere gedreht wird, wodurch die Kugelmutter 2 in bezug auf die Schrau benwelle 1 eine relativ lineare Bewegung ausführen kann.

Das heißt, wie in Fig. 2 als eine schematische Ansicht des Aufbaus der Kugelumlaufspindel gezeigt ist, daß auf der äußeren Umfangsfläche der Schraubenwelle 1 eine aufnehmende schraubenförmige Kugelumlaufspindel-Nut 1a ausgebildet ist und ebenso auf der inneren Umfangsfläche der Kugelmutter 2 an einer Position, die der Kugelumlauf spindel-Nut 1a der Schraubenwelle 1 in Richtung des Durchmessers gegenüberliegt, eine aufnehmende schrauben förmige Kugelumlaufspindel-Nut 2a ausgebildet ist. In einen schraubenlinienförmigen Kanal, der von den zwei Kugelumlaufspindel-Nuten 1a und 2a gebildet wird, sind mehrere Kugeln 3 eingeführt (in Fig. 2 sind diese jeweils durch eine schräge Linie angedeutet), wobei die Kugeln 3 in den zwei Kugelumlaufspindel-Nuten 1a und 2a rollen können und durch einen Rückführkanal, der aus einem Umlaufrohr 4 besteht, zurückgeführt werden, wodurch die Kugeln 3 in dem Umlaufkanal umlaufen können.

In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kugelumlauf spindel 4 eine Kugelumlaufspindel, bei der in ihrer axialen Richtung vier Umlaufkanäle angeordnet sind. Das heißt, daß die Kugelumlaufspindel-Nut 2a der Kugelmutter 2, wie in Fig. 2 gezeigt ist, in der axialen Richtung der Kugelumlaufspindel in vier Blöcke unterteilt ist, wobei die zwei Endabschnitte jedes der vier Blöcke der Kugelum laufspindel-Nut 2a über das Umlaufrohr 4 miteinander verbunden sind, wodurch eine Umlaufstrecke gebildet wird, die aus den vier Umlaufkanälen zusammengesetzt ist.

Es sei angemerkt, daß die obigen vier Umlaufkanäle der Umlaufstrecke zur Erläuterung hier als erster Umlaufkanal A1, als zweiter Umlaufkanal A2, als dritter Umlaufkanal A3 bzw. als vierter Umlaufkanal A4 in der Reihenfolge von links nach rechts in den Fig. 1 und 2 bezeichnet werden.

In der vorliegenden Ausführungsform sind die Anbringungs positionen der Umlaufrohre 4 des zweiten und des dritten Umlaufkanals, A2 und A3, wie in Fig. 1 gezeigt ist, jeweils an Positionen festgelegt, die in Umfangsrichtung der Kugelmutter in bezug auf die Anbringungspositionen der Umlaufrohre 4 des ersten und des vierten Umlaufka nals, A1 und A4, um 180 Grad versetzt sind.

Dank dieser Anordnung sind die Phasen des ersten und des zweiten Umlaufkanals, A1 und A2, als aneinandergrenzende Umlaufkanäle, in Umfangsrichtung der Kugelmutter um 180 Grad gegeneinander versetzt, und ebenso sind die Phasen des dritten und des vierten Umlaufkanals, A3 und A4, in Umfangsrichtung der Kugelmutter um 180 Grad gegeneinander versetzt, wodurch zwei Abschnitte erhalten werden können, in denen die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle in Umfangsrichtung der Kugelmutter um 180 Grad gegenein ander versetzt sind.

Da ferner der zweite und der dritte Umlaufkanal, A2 und A3, zueinander in Phase festgelegt sind, können die vier Umlaufkanäle A1-A4 so angeordnet werden, daß sie in bezug auf eine durch das Zentrum in axialer Richtung aller vier Umlaufkanäle (d. h. zwischen dem zweiten und dem dritten Umlaufkanal) verlaufende und zur Achse S der Kugelumlauf spindel senkrechte Fläche F flächensymmetrisch sind.

Im folgenden werden zunächst die Funktionsweise und die Wirkungen der Kugelumlaufspindel mit der obigen Struktur beschrieben.

Da die Anbringungspositionen der Umlaufrohre 4 des zwei ten und des dritten Umlaufkanals, A2 und A3, in Umfangs richtung der Kugelmutter in bezug auf die Anbringungspo sitionen der Umlaufrohre 4 des ersten und des vierten Umlaufkanals, A1 und A4, jeweils um 180 Grad versetzt sind, ist die Möglichkeit ausgeräumt, daß die Abschnitte des ersten und des vierten Umlaufkanals, A1 und A4, die eine kleine Anzahl wirksamer Kugeln enthalten, und die Abschnitte des zweiten und des dritten Umlaufkanals, A2 und A3, die eine kleine Anzahl wirksamer Kugeln enthal ten, in Umfangsrichtung der Kugelmutter übereinanderlie gen können. Das heißt, daß die unbelasteten Abschnitte (Abschnitte, in denen keine Kugeln 3 vorhanden sind) in Umfangsrichtung der Kugelmutter verteilt sind, wodurch Unterschiede in der Verteilung der Lasten, die auf die jeweiligen wirksamen Kugeln 3 in Umfangsrichtung der Kugelmutter wirken, gesteuert werden können.

Hierbei werden die Kugeln 3 in den jeweiligen Umlaufkanä len nacheinander aus den zwei Kugelumlaufspindel-Nuten 1a und 2a in die Umlaufrohre 4 geschaufelt, wobei sie durch diese umlaufen können, weshalb in der Spur der Schrauben welle 1, die der Kugelmutter 2 gegenüberliegt, Abschnitte vorkommen, in denen keine Kugeln 3 vorhanden sind. Dies sorgt in Umfangsrichtung der Kugelmutter oder der Kugel umlaufspindel für Unterschiede in der Lastverteilung mit dem Ergebnis, daß auf einen Teil der wirksamen Kugeln 3 höhere Lasten wirken. Das heißt, daß, wenn das Umlaufen der Kugeln 3 in den jeweiligen Umlaufkanälen in der Kugelmutter 2 wie in Fig. 3 gezeigt erfolgt, bei der die Kugeln 3, in axialer Richtung der Kugelmutter 2 gesehen, aus der Kugelumlaufspindel-Nut 2a in das Umlaufrohr 4s geschaufelt werden, die Anzahl der Kugeln in dem Bereich des Winkels β, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist, in Um fangsrichtung der Kugelmutter 2 relativ klein wird, wodurch die auf die Kugeln 3 wirkenden Lasten im Bereich des Winkels β relativ groß werden. Da die Abschnitte, in denen die Anzahl von Kugeln in der obenerwähnten Umfangs richtung relativ klein ist, durch die Anbringungspositio nen der Umlaufrohre 4 gesteuert werden können, indem die Phasen in Umfangsrichtung des zweiten und des dritten Umlaufkanals, A2 und A3, in bezug auf den ersten und den vierten Umlaufkanal, A1 und A4, wie oben beschrieben wurde, jeweils um 180 Grad versetzt werden, können die Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung verringert werden. Insbesondere in der vorliegenden Ausführungsform können die Unterschiede in der Lastver teilung in Umfangsrichtung wirksamer reduziert werden, da der erste und der vierte Umlaufkanal sowie der zweite und der dritte Umlaufkanal zueinander in Phase festgelegt sind.

Nebenbei, da der obenerwähnte Winkel β, der dem Abschnitt entspricht, in dem die Anzahl der Kugeln in den jeweili gen Umlaufkanälen relativ klein ist, kleiner als 180 Grad ist, besteht in den Umlaufkanälen A1, A4 und A2, A3, deren Phasen um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, keine Möglichkeit, daß die Abschnitte mit jeweils einer kleinen Anzahl von Kugeln, in axialer Richtung der Kugel umlaufspindel gesehen, übereinanderliegen können.

Außerdem sind in dem Fall, in dem die Phasen in Umfangs richtung des ersten und des zweiten Umlaufkanals, A1 und A2, um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, die Anbrin gungspositionen ihrer jeweiligen Umlaufrohre 4 in bezug auf die Achse S der Kugelumlaufspindel diagonal zueinan der angeordnet, wodurch ein Moment um eine zur Achse S senkrechte Fläche entsteht. Ähnlich sind in dem Fall, in dem die Phasen in Umfangsrichtung des dritten und des vierten Umlaufkanals, A3 und A4, um 180 Grad gegeneinan der versetzt sind, die Anbringungspositionen ihrer jewei ligen Umlaufrohre 4 in bezug auf die Achse S der Kugelum laufspindel diagonal zueinander angeordnet, wodurch ein Moment um eine zur Achse S senkrechte Fläche entsteht. Da jedoch die Richtungen der obenerwähnten diagonalen Anord nungen entgegengesetzt sind, sind die Richtungen der dem Betrag nach gleichen zwei Momente entgegengesetzt, so daß sich die zwei Momente gegenseitig aufheben, wodurch die durch die zwei Momente bewirkten Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung verringert werden.

Da die vier Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß sie in bezug auf die durch das Zentrum in axialer Richtung aller vier Umlaufkanäle gehende und zur Achse S der Kugelum laufspindel senkrechte Fläche F flächensymmetrisch sind, wobei das Zentrum in axialer Richtung der vier Umlaufka näle die Grenze bildet, können speziell in der vorliegen den Ausführungsform die Lastverteilungen in den Umlaufka nälen auf den beiden Seiten der Umlaufkanäle in axialer Richtung weitgehendst ausgeglichen werden, wodurch die durch die zwei Momente bewirkten Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung weitgehendst verrin gert werden können.

Wie oben beschrieben wurde, können bei der Kugelumlauf spindel gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht nur die Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung wirksam verringert werden, sondern es können auch die Unterschiede in der Lastverteilung, die durch die Momente um die zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufen werden, wirksam verringert werden.

Mit anderen Worten, durch das einfache Mittel des Verset zens der Phasen in Umfangsrichtung der jeweiligen Umlauf kanäle der Umlaufstrecke gegeneinander kann die Lastver teilung zwischen den mehreren Kugeln 3, die jeweils zwischen der Schraubenwelle 1 und der Kugelmutter 2 rollen, ausgeglichen werden, wodurch die Konzentration der Lasten auf einen Teil der Kugeln 3 aufgelöst werden kann. Dies führt zu dem Ergebnis, daß die Belastungsfä higkeit der Kugelumlaufspindel gegenüber der herkömmli chen Kugelumlaufspindel erhöht werden kann, ohne den Durchmesser der Schraubenwelle der Kugelumlaufspindel zu vergrößern. Aus diesem Grund kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform speziell eine Kugelumlaufspindel geschaf fen werden, die als Kugelumlaufspindel mit hoher Bela stungsfähigkeit zur Anwendung in einer elektrischen Spritzgußmaschine optimal eingesetzt werden kann.

Dies bedeutet, daß die Belastungsfähigkeit der Kugelum laufspindel erhöht werden kann, ohne die Größe der Kugel umlaufspindel zu erweitern, oder daß die Größe der Kugel umlaufspindel, die geeignet ist, eine gleiche Belastungs fähigkeit zu erzielen, verringert werden kann, wodurch der Anwendungsbereich einer Kugelumlaufspindel für den Einsatz bei hoher Last erweitert werden kann.

In der obigen Ausführungsform wurde hierbei der Fall beschrieben, bei dem die Umlaufstrecke aus vier Umlaufka nälen zusammengesetzt ist. Jedoch ist dies nicht ein schränkend, da die Umlaufstrecke beispielsweise aus drei Umlaufkanälen zusammengesetzt sein kann oder fünf oder mehr Umlaufkanäle umfassen kann. Da jedoch, wie sich in einer weiter unten abgehandelten weiteren Ausführungsform zeigt, die Wirkungen der Erfindung bei der Umlaufstrecke mit vier Umlaufkanälen ausgeprägter als bei der Umlauf strecke mit drei Umlaufkanälen sind, beziehen sich der erste und der zweite Aspekt dieser Erfindung vorzugsweise auf eine Kugelumlaufspindel, bei der eine Umlaufstrecke vier oder mehr Umlaufkanäle enthält.

Außerdem wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Anordnung aller Umlaufkanäle so gesteuert, daß diese in ihrem mittleren Abschnitt in axialer Richtung flächensym metrisch sind. Jedoch können anstatt der in ihrem mittle ren Abschnitt flächensymmetrischen Anordnung beispiels weise die Phasen sämtlicher aneinandergrenzender Umlauf kanäle um 180 Grad versetzt werden, wodurch vier um 180 Grad versetzte Abschnitte geschaffen werden.

Da ferner gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Phasendifferenz in Umfangsrichtung zwischen den aneinan dergrenzenden Umlaufkanälen auf 180 Grad festgelegt ist, können in dem Fall, in dem die Umlaufkanäle so festgelegt werden, daß sie in bezug auf die durch das Zentrum in axialer Richtung aller vier Umlaufkanäle gehende und zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche F flä chensymmetrisch sind, automatisch zwei oder mehr Ab schnitte festgelegt werden können, in denen die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180 Grad gegen einander versetzt sind.

Jedoch kann auch in anderen Fällen, in denen die Phasen differenz in Umfangsrichtung zwischen den aneinandergren zenden Umlaufkanälen von 180 Grad verschieden festgelegt ist, ebenso die Wirkung des zweiten Aspekts der Erfindung erzielt werden: nämlich, daß sämtliche Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß sie in bezug auf die durch das Zentrum in axialer Richtung aller vier Umlaufkanäle gehende und zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche F flächensymmetrisch sind, wodurch die um eine zur Achse S senkrechte Fläche erzeugten Momente bewirkten Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung verringert werden können.

Beispielsweise sind bei einer herkömmlichen Kugelumlauf spindel, bei der eine Umlaufstrecke zwölf Umlaufkanäle umfaßt, die aneinandergrenzenden Durchgänge mit einer Phasendifferenz in Umfangsrichtung, die aus einem glei chen Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung (60 Grad) besteht, in derselben Drehrichtung angeordnet, während die Rückführkanäle der Umlaufkanäle schraubenlinienförmig ausgebildet sind; d. h., daß bei der Kugelumlaufspindel, bei der die Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß sie in bezug auf das Zentrum in axialer Richtung der Umlaufka näle punktsymmetrisch sind, dadurch, daß die Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß sie in bezug auf eine durch das Zentrum in axialer Richtung aller zwölf Umlaufkanäle gehende und zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche flächensymmetrisch sind, um eine zur Achse S senkrechte Fläche Momente entstehen, derart, daß die Momente in bezug auf die durch das Zentrum in axialer Richtung aller zwölf Kanäle gehende und zur Achse S senkrechte Fläche symmetrisch sind, wodurch die durch die so um die Fläche erzeugten Momente hervorgerufenen Unter schiede in der Lastverteilung in axialer Richtung verrin gert werden können.

Im folgenden wird zunächst eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben. Es sei angemerkt, daß in der Ausführungsform die Teile, die den in der obenerwähnten ersten Ausfüh rungsform eingesetzten Teile gleichen, mit denselben Bezeichnungen versehen sind, und deshalb deren Beschrei bung hier entfällt.

Außerdem wird in der vorliegenden Ausführungsform als Beispiel eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rahmen beschrieben. Jedoch ist die vorliegende Aus führungsform nicht auf dieses Ziel beschränkt, sondern kann beispielsweise auf Kugelumlaufspindeln mit anderen Umlaufsystemen wie etwa auf eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführrohr und auf eine Kugelum laufspindel mit einem Umlaufsystem mit Leitblech ange wandt werden.

Bei einer Kugelumlaufspindel gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist, wie in Fig. 5 gezeigt ist, eine Kugelmutter 2 mit der äußeren Umfangsfläche einer Schrau benwelle 1 über das Gewinde und mehrere Kugeln in Ein griff, wobei entweder die Schraubenwelle 1 oder die Kugelmutter 2 in bezug auf die andere gedreht wird, wodurch die Kugelmutter 2 in bezug auf die Schraubenwelle 1 eine relativ lineare Bewegung ausführen kann.

Das heißt, wie in Fig. 6 als eine schematische Ansicht des Aufbaus der Kugelumlaufspindel gezeigt ist, daß auf der äußeren Umfangsfläche der Schraubenwelle 1 eine aufnehmende schraubenförmige Kugelumlaufspindel-Nut 1a ausgebildet ist und ebenso auf der inneren Umfangsfläche der Kugelmutter 2 an einer Position, die der Kugelumlauf spindel-Nut 1a der Schraubenwelle 1 in Richtung des Durchmessers gegenüberliegt, eine aufnehmende schrauben förmige Kugelumlaufspindel-Nut 2a ausgebildet ist. In einen schraubenlinienförmigen Kanal, der von den zwei Kugelumlaufspindel-Nuten 1a und 2a gebildet wird, sind mehrere Kugeln 3 eingeführt, wobei die Kugeln 3 in den zwei Kugelumlaufspindel-Nuten 1a und 2a rollen können und durch einen Rückführkanal, der aus einem Rahmen 6 be steht, zurückgeführt werden, wodurch die Kugeln 3 eine Umlaufbewegung erfahren können. Der Rahmen 6 ist ein Element, das in der Kugelmutter 2 eingebettet ist und sich mit jedem Gewindegang über die äußere Umfangsfläche der Schraubenwelle 1 schiebt, wodurch die Kugel 3 zurück geführt wird.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, umfaßt in der vorliegenden Ausführungsform eine Umlaufstrecke zwölf Umlaufkanäle, wobei die Anbringungspositionen der Rahmen 6 der aneinan dergrenzenden Umlaufkanäle in derselben Drehrichtung so angeordnet sind, daß sie nacheinander in Umfangsrichtung um eine Phasendifferenz, die aus einem gleichen Phasenin tervall von 1/6 einer Umdrehung (60 Grad) besteht, ver setzt sind, so daß die Positionen der Rahmen 6 schrauben linienförmig festgelegt sind. In Fig. 5 sind die Rahmen 6, die an der Vorderseite der Kugelmutter 2 zu erkennen sind, schwarz gezeigt.

Jedoch ist bei der Kugelumlaufspindel gemäß der vorlie genden Ausführungsform unter der Annahme, daß die Umlauf kanäle als erster Umlaufkanal A1, als zweiter Umlaufkanal A2 usw. bzw. als zwölfter Umlaufkanal A12, in der Reihen folge beginnend von links in Fig. 5, bezeichnet werden, die Phasendifferenz zwischen der Anbringungsposition des Rahmens 6 des sechsten Umlaufkanals A6 und der Anbrin gungsposition des Rahmens 6 des sieben Umlaufkanals A7 über das gleiche Phasenintervall hinaus um 1/2 einer Umdrehung (180 Grad) erweitert, wodurch eine Phasendiffe renz von 2/3 einer Umdrehung (240 Grad) geschaffen wird; d. h., daß die Phasendifferenz hier auf das Vierfache des obenerwähnten gleichen Phasenintervalls festgelegt ist.

Nebenbei, in Fig. 7 ist zum Vergleich eine Kugelumlauf spindel gezeigt, bei der die Umlaufkanäle einer Umlauf strecke gemäß den herkömmlichen Spezifikationen angeord net sind.

Im folgenden werden zunächst die Funktionsweise und die Wirkungen der Kugelumlaufspindel mit der obigen Struktur gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung beschrie ben.

Obwohl bei der Kugelumlaufspindel gemäß der zweiten Ausführungsform die Phasendifferenz zwischen dem sechsten und dem siebten Umlaufkanal, 6A und 7A, von derjenigen zwischen den restlichen Umlaufkanälen verschieden festge legt ist, kann die Lastverteilung in Umfangsrichtung der Umlaufkanäle trotz dieser unterschiedlichen Festlegung der Phasendifferenz zwischen dem sechsten und dem siebten Umlaufkanal, 6A und 7A, ausgeglichen gehalten werden, da die Positionen der Rahmen 6 aller Umlaufkanäle in bezug auf die Achse S der Kugelumlaufspindel, in axialer Rich tung der Kugelumlaufspindel gesehen, symmetrisch angeord net sind.

Da die Phasendifferenz zwischen dem sechsten und dem siebten Umlaufkanal, 6A und 7A, gegenüber den Phasendif ferenzen zwischen den restlichen Umlaufkanälen um 1/2 einer Umdrehung (180 Grad) erhöht ist, sind außerdem ein durch eine Gruppe aus ersten bis sechsten Umlaufkanälen hervorgerufenes Moment um eine zur Achse S der Kugelum laufspindel senkrechte Fläche und ein durch eine Gruppe aus siebten bis zwölften Umlaufkanälen hervorgerufenes Moment um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senk rechte Fläche um 180 Grad gegeneinander versetzt, wobei das Zentrum der gesamten Umlaufstrecke in axialer Rich tung die Grenze bildet, so daß sich diese zwei Momente gegenseitig aufheben, wodurch die durch diese zwei Mo mente bewirkten Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung verringert werden können.

Speziell in der vorliegenden Ausführungsform, in der die zwei durch die beiden Gruppen von Umlaufkanälen mit dem Zentrum in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke als Grenze jeweils hervorgerufenen Momente dem Betrag nach gleich und in der Richtung entgegensetzt sind, können die durch diese zwei Momente hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung wirksamer verringert werden.

Wie oben beschrieben wurde, können bei der Kugelumlauf spindel gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur die Unterschiede in der Lastverteilung in Umfangsrichtung wirksam verringert werden, sondern es können auch die Unterschiede in der Lastverteilung, die durch die Momente um die zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufen werden, wirksam verringert werden.

Dies heißt, daß durch das einfache Mittel des Versetzens der Phasen in Umfangsrichtung der jeweiligen Umlaufkanäle der Umlaufstrecke gegeneinander die Lastverteilung zwi schen den mehreren Kugeln 3, die jeweils zwischen der Schraubenwelle 1 und der Kugelmutter 2 umlaufen, ausge glichen werden kann, wodurch die Konzentration der Lasten auf einen Teil der Kugeln 3 aufgelöst werden kann. Dies führt zu dem Ergebnis, daß die Belastungsfähigkeit der Kugelumlaufspindel gegenüber der herkömmlichen Kugelum laufspindel erhöht werden kann, ohne den Durchmesser der Schraubenwelle der Kugelumlaufspindel zu vergrößern.

Dies bedeutet, daß die Belastungsfähigkeit der Kugelum laufspindel erhöht werden kann, ohne die Größe der Kugel umlaufspindel zu erweitern, oder daß die Größe der Kugel umlaufspindel, die geeignet ist, eine gleiche Belastungs fähigkeit zu erzielen, verringert werden kann, wodurch der Anwendungsbereich einer Kugelumlaufspindel für den Einsatz bei hohen Lasten erweitert werden kann.

In der obigen Ausführungsform wurde hierbei der Fall beschrieben, bei dem die Umlaufstrecke zwölf Umlaufkanäle umfaßt. Jedoch ist dies nicht einschränkend, da die Umlaufstrecke beispielsweise aus drei bis elf Umlaufkanä len zusammengesetzt sein kann oder dreizehn oder mehr Umlaufkanäle umfassen kann.

Außerdem ist in der vorliegenden Ausführungsform die Phasendifferenz zwischen einem Paar von Umlaufkanälen, die sich im mittleren Abschnitt in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke befinden, von den Phasendifferen zen zwischen den restlichen Umlaufkanälen verschieden festgelegt. Jedoch ist dies nicht einschränkend, da eine Phasendifferenz zwischen einem Paar von Umlaufkanälen, die sich in einem anderen Abschnitt als dem obenerwähnten mittleren Abschnitt befinden, ebenso von den Phasendiffe renzen zwischen den restlichen Umlaufkanälen verschieden festgelegt sein kann. Außerdem ist die Anzahl der Ab schnitte, in denen eine Phasendifferenz zwischen einem Paar von Umlaufkanälen von den Phasendifferenzen zwischen den restlichen Umlaufkanälen verschieden festgelegt ist, nicht auf eins begrenzt, sondern die Anzahl solcher Phasendifferenz-Abschnitte kann auch zwei oder größer sein.

Damit jedoch die zwei Momente, die jeweils auf beiden Seiten der Kugelumlaufspindel in axialer Richtung erzeugt werden, wobei das Zentrum in axialer Richtung der gesam ten Umlaufstrecke die Grenze bildet, in das Gleichgewicht gebracht werden können, können die Phasen eines Paars von Umlaufkanälen, das in bezug auf das Zentrum in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke an in axialer Rich tung der Kugelumlaufspindel symmetrischen Positionen angeordnet ist, vorzugsweise jeweils um das gleiche Maß versetzt werden, wodurch sie eine von den Phasendifferen zen der restlichen Kanäle verschiedene Phasendifferenz besitzen. Von diesem Standpunkt her gesehen ist das Verschieben oder Versetzen der Phasendifferenz zwischen einem sich in dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke befindenden Paar von Umlaufka nälen gegenüber den anderen Phasendifferenzen wie in der obenerwähnten Ausführungsform damit vorteilhaft, daß die Anzahl der zu versetzenden Abschnitte nur eins ist, die zu diesem Versetzen erforderliche Struktur einfach ist und Unterschiede in der Lastverteilung wirksam verringert werden können.

Obwohl das Maß des Versetzens nicht auf 1/2 eine Umdre hung (180 Grad) beschränkt ist, können in der obigen Ausführungsform im Fall eines Versetzungsmaßes von 1/2 einer Umdrehung (180 Grad) die durch die Momente um die zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche bewirkten Unterschiede in der Lastverteilung ebenfalls weitgehendst verringert werden.

Kurz, in dem Fall, in dem die Anzahl der Abschnitte, in denen eine Phasendifferenz zwischen einem Paar von Um laufkanälen von den Phasendifferenzen zwischen den rest lichen Umlaufkanälen verschieden festgelegt ist, eins beträgt, kann das Versetzungsmaß so festgelegt werden, daß sich zwei Momente um eine zur Achse S der Kugelum laufspindel senkrechte Fläche, die jeweils durch zwei Umlaufkanalgruppen, die sich jeweils auf beiden Seiten des Zentrums in axialer Richtung der gesamten Umlauf strecke befinden, entstehen, wobei der Phasendifferenz- Versetzungsabschnitt die Grenze bildet, gegenseitig aufheben können.

Nebenbei, als Maßnahme zur Erhöhung der Belastungsfähig keit der Kugelumlaufspindel besteht ein Verfahren darin, die Anzahl wirksamer Kugeln 3, die die Last aufnehmen, entsprechend einer erhöhten Anzahl von Umlaufkanälen zu erhöhen; jedoch wird bei diesem Verfahren wegen der erhöhten Anzahl wirksamer Kugeln die Länge der Kugelum laufspindel erweitert. Demgemäß wird statt dieses Verfah rens ein anderes Verfahren angewandt, bei dem mehrere Kugelmuttern 2 miteinander kombiniert werden, wodurch die Belastungsfähigkeit der Kugelumlaufspindel insgesamt verbessert wird.

Die vorliegende Erfindung kann auf eine solche Kugelum laufspindel, die mehrere Kugelmuttern 2 in kombinierter Weise verwendet, in ähnlicher Weise angewandt werden. In diesem Fall kann die Anordnung der Umlaufkanäle der Kugelumlaufspindel, da ihre Gesamtstruktur mehrere kombi nierte Kugelmuttern 2 enthält, in Übereinstimmung mit dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden.

Beispielsweise setzt sich bei der Kugelumlaufspindel, die in der obenerwähnten zweiten Ausführungsform der Erfin dung beschrieben wurde, eine Umlaufstrecke aus zwölf Umlaufkanälen zusammen, die jeweils in einer einzigen Kugelmutter 2 ausgebildet sind. Jedoch kann die vorlie gende Erfindung, wie in Fig. 8 gezeigt ist, auch auf eine Kugelumlaufspindel angewandt werden, bei der in jeder der zwei in Serie geschalteten Kugelmuttern 2A und 2B eine Umlaufstrecke aus sechs Umlaufkanälen zusammengesetzt ist. In diesem Fall besitzt jede der zwei Kugelmuttern 2A und 2B eine aus sechs Umlaufkanälen zusammengesetzte Umlaufstrecke, wobei sämtliche Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß jedes Paar von aneinandergrenzenden Umlaufkanä len eine Phasendifferenz besitzt, die aus einem gleichen Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung besteht. In dieser Hinsicht ist diese Kugelumlaufspindel der obener wähnten herkömmlichen Kugelumlaufspindel ähnlich; jedoch wird die vorliegende Erfindung auf die Kombinationsweise der zwei Kugelmuttern 2 angewandt. Das heißt, daß in dem Fall, in dem die zwei Kugelmuttern 2 miteinander in einer Weise kombiniert werden, daß das Phasenintervall zwischen dem sechsten und dem siebten Umlaufkanal sämtlicher Kanäle, die infolge der Kombination der zwei Kugelmuttern 2 aneinanderstoßen können, eine Umdrehung von m + 2/3 liefert, wobei m eine ganze Zahl ist, eine nahezu gleiche Wirkung wie bei der Kugelumlaufspindel gemäß der obener wähnten zweiten Ausführungsform der Erfindung erzielt werden kann.

Außerdem bezieht sich die Erfindung auf die Anordnung der Umlaufkanäle einer Kugelumlaufspindel, d. h., daß die Ausdrücke wie etwa "Umlaufsystem mit Rückführrohr" und "Umlaufsystem mit Rahmen" lediglich zum Zweck der Erläu terung verwendet werden. Deshalb ist der Anwendungsbe reich der Erfindung nicht auf diese Art von Umlaufsyste men beschränkt.

Ausführungsformen Erste Ausführungsform

Zuerst wurde gemäß der vorliegenden Erfindung eine Kugel umlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführkanal in der folgenden Weise untersucht. Das heißt, daß drei Kugelumlaufspindeln des obigen Typs verwendet wurden:
speziell eine Kugelumlaufspindel A, bei der, wie in Fig. 9(A) gezeigt ist, von den drei Umlaufkanälen dieje nigen zwei Umlaufkanäle, die sich jeweils an den beiden Enden der gesamten Umlaufstrecke in axialer Richtung befinden, zueinander in Phase ausgebildet sind und die Phase des sich im Zentrum der gesamten Umlaufstrecke befindenden Umlaufkanals in Umfangsrichtung der Kugelmut ter 2 in bezug auf die anderen beiden Umlaufkanäle um 180 Grad versetzt ist; zum Vergleich mit der Kugelumlaufspin del A, eine Kugelumlaufspindel B, die, wie in Fig. 9(B) gezeigt ist, nur einen Abschnitt enthält, in dem die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander versetzt sind; und außerdem zum Vergleich mit der Kugelumlaufspindel A, eine Kugelumlaufspindel C mit einer herkömmlichen Anordnung, bei der, wie in Fig. 9 (B) gezeigt ist, die Phasen in Umfangsrichtung aller drei Umlaufkanäle zueinander in Phase sind. Das heißt, daß die drei Kugelumlaufspindeln A, B und C bezüglich ihrer jeweiligen Lastverteilung untersucht wurden.

Die Spezifikationen der bei dieser Untersuchung verwende ten Kugelumlaufspindeln waren so, daß der Durchmesser der Schraubenwelle 100 mm betrug, die Ganghöhe 20 mm betrug, der Kugeldurchmesser 15,875 mm betrug, der Kugelmutter- Außendurchmesser 149 mm betrug und die Umlaufstrecke 2,5 Windungen besaß und aus drei Umlaufkanälen bestand, wobei nur die Art und Weise der Anordnung det Umlaufstrecke unterschiedlich war.

Außerdem war die Schraubenwelle 1 bei jeder der drei Kugelumlaufspindeln in der Art eines Auslegers gelagert (einseitig eingespannt), wobei eine Last F1 = 15000 kgf in axialer Richtung auf den der Einspannseite der Schrau benwelle 1 entgegengesetzten Endabschnitt der Kugelmutter 2 aufgebracht wurde.

Fig. 10 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung.

Hierbei zeigt die horizontale Achse in Fig. 10 Positionen in Achsrichtung, für die das Zentrum der gesamten Umlauf strecke als Ursprung verwendet wird, während die verti kale Achse die Größe der auf die an den Positionen in Achsrichtung befindlichen Kugeln 3 wirkenden Lasten in Richtung der Normalen zeigt. Dies gilt in ähnlicher Weise auch für die folgenden Ausführungsformen der Erfindung.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, sind bei der Kugelum laufspindel B, die nur einen Abschnitt enthält, in dem die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, die Unterschiede in der Lastverteilung in der Nähe des mittleren Abschnitts der gesamten Umlaufstrecke in axialer Richtung relativ klein, da die Anordnung der Umlaufkanäle in Umfangsrichtung im Vergleich zu der herkömmlichen Kugelumlaufspindel C besser ausgeglichen ist; da jedoch die durch die Momente um die zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung schlecht ausgeglichen sind, werden die Unterschiede in der Lastverteilung in axialer Richtung mit der Annäherung an die zwei Enden der gesamten Umlaufstrecke größer.

Zum anderen ist bei der erfindungsgemäßen Kugelumlauf spindel A nicht nur die Ausgeglichenheit der Lastvertei lung in Umfangsrichtung verbessert, sondern auch die Ausgeglichenheit der durch die Momente um die zur Achse S der Kugelumlaufspindel hervorgerufene Unterschiede in der Lastverteilung, was sich darin zeigt, daß die Unter schiede in der Lastverteilung über den gesamten Bereich der Kugelumlaufspindel in ihrer axialen Richtung geringer sind.

Nebenbei, bei der Untersuchung wurde als Beispiel ein Umlaufsystem mit Rückführrohr genommen, jedoch sei ange merkt, daß die vorliegende Ausführungsform ebenso bei an deren Umlaufsystemen ähnliche Ergebnisse erzielen kann.

Zweite Ausführungsform

In der vorliegenden Ausführungsform wurde ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rückführrohr, das eine Umlauf strecke aus vier Umlaufkanälen umfaßt, bezüglich ihrer Lastverteilung in Übereinstimmung mit der obenerwähnten ersten Ausführungsform der Erfindung in der folgenden Weise untersucht. Das heißt, daß zwei Kugelumlaufspindeln des obigen Typs verwendet wurden: speziell eine erfin dungsgemäße Kugelumlaufspindel A, bei der, wie in Fig. 1 gezeigt ist, von den vier Umlaufkanälen diejenigen zwei Umlaufkanäle, die sich jeweils an den beiden Enden der gesamten Umlaufstrecke in axialer Richtung befinden, zueinander in Phase ausgebildet sind und die Phasen der restlichen zwei Umlaufkanäle, die sich in dem Abschnitt in der Nähe des Zentrums in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke befinden, in bezug auf die anderen beiden Umlaufkanäle in Umfangsrichtung der Kugelmutter 2 um 180 Grad versetzt sind; und eine erfindungsgemäße Kugelum laufspindel A', die, wie in Fig. 11 gezeigt ist, drei Abschnitte enthält, in denen die Phasen der aneinander grenzenden Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander ver setzt sind. Das heißt, daß die zwei Kugelumlaufspindeln A und A', wie oben beschrieben wurde, bezüglich der Unter schiede in ihrer jeweiligen Lastverteilung untersucht wurden.

Zum Vergleich mit den zwei Kugelumlaufspindeln A und A' waren eine Kugelumlaufspindel B, die, wie in Fig. 12(A) gezeigt ist, nur einen Abschnitt enthält, in dem die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, und eine Kugelumlaufspindel C mit einer herkömmlichen Anordnung, bei der, wie in Fig. 12(B) gezeigt ist, die vier Umlaufkanäle in ihrer Umfangsrichtung zueinander in Phase ausgebildet sind, vorbereitet. Diese vier Kugelumlaufspindeln A, A', B und C wurden bezüglich ihrer jeweiligen Lastverteilung analy siert oder untersucht.

Die Spezifikationen der bei dieser Untersuchung verwende ten Kugelumlaufspindeln waren so, daß der Durchmesser der Schraubenwelle 100 mm betrug, die Ganghöhe 20 mm betrug, der Kugeldurchmesser 15,875 mm betrug, der Kugelmutter- Außendurchmesser 149 mm betrug und die Umlaufstrecke 2,5 Windungen besaß und aus vier Umlaufkanälen bestand, wobei nur die Art und Weise der Anordnung der Umlaufstrecke unterschiedlich war.

Außerdem war die Schraubenwelle 1 bei jeder dieser vier Kugelumlaufspindeln mit denselben Spezifikationen einsei tig eingespannt, wobei eine Last F1 = 20000 kgf in axia ler Richtung auf den der Einspannseite der Schraubenwelle 1 entgegengesetzten Endabschnitt der Kugelmutter 2 aufge bracht wurde.

Fig. 13 zeigt die Ergebnisse der Untersuchung.

Wie aus Fig. 13 ersichtlich ist, sind bei der Kugelum laufspindel B, die nur einen Abschnitt enthält, in dem die Phasen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander versetzt sind, die Unterschiede in der Lastverteilung in der Nähe des mittleren Abschnitts der gesamten Umlaufstrecke in axialer Richtung relativ klein, da die Ausgeglichenheit der Anordnung der Umlaufkanäle in Umfangsrichtung im Vergleich zu der herkömmlichen Kugel umlaufspindel C weitgehendst verbessert ist; da jedoch die durch die Momente um die zur Achse S der Kugelumlauf spindel senkrechte Fläche bewirkte Ausgeglichenheit der Lastverteilung gering ist, werden die Unterschiede in der Lastverteilung mit der Annäherung an die zwei Enden der gesamten Umlaufstrecke in axialer Richtung größer.

Zum anderen ist bei der erfindungsgemäßen Kugelumlauf spindel A nicht nur die Ausgeglichenheit der Lastvertei lung in Umfangsrichtung vollständig verbessert, sondern auch die durch die Momente um die zur Achse S der Kugel umlaufspindel senkrechte Fläche bewirkte Ausgeglichenheit der Lastverteilung ist nahezu vollständig verbessert, was sich darin zeigt, daß die Unterschiede in der Lastvertei lung der Kugelumlaufspindel A über ihren gesamten Bereich in axialer Richtung geringer sind.

Wie ferner aus den Untersuchungsergebnissen der erfin dungsgemäßen Kugelumlaufspindeln A und A' in Fig. 13 ersichtlich ist, ist die Kugelumlaufspindel A, die so beschaffen ist, daß sie in dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung ihrer Umlaufkanäle flächensymmetrisch ist, bezüglich der Unterschiede in ihrer Lastverteilung über den gesamten Bereich in axialer Richtung gegenüber der Kugelumlaufspindel A' stark verbessert ist.

In den obenerwähnten ersten und zweiten Ausführungsformen der Erfindung wurden Kugelumlaufspindeln beschrieben, deren Umlaufstrecken drei bzw. vier Umlaufkanäle besaßen. Jedoch ergaben von unserer Seite durchgeführte weitere Untersuchungen, daß im Fall einer Kugelumlaufspindel, bei der eine Umlaufstrecke fünf oder mehr Umlaufkanäle um faßt, wobei wenigstens einer der Umlaufkanäle in seiner Phase in Umfangsrichtung in bezug auf die restlichen Umlaufkanäle um 180 Grad versetzt ist, ähnliche Ergeb nisse wie bei der ersten und der zweiten Ausführungsform erzielt werden können.

Wie aus den Fig. 10 und 13 ersichtlich ist, können hier selbst dann, wenn der erste und der zweite Aspekt der Erfindung angewandt werden, im Fall einer aus drei Um laufkanälen zusammengesetzten Umlaufstrecke gewisse Unterschiede in deren Lastverteilung festgestellt werden, während im Fall einer aus fünf Umlaufkanälen zusammenge setzten Umlaufstrecke nahezu keine Unterschiede festge stellt werden können. Dies zeigt, daß der erste und der zweite Aspekt der Erfindung, vorzugsweise, wirksamer auf eine aus vier oder mehr Umlaufkanälen zusammengesetzte Umlaufstrecke angewandt werden können.

Nebenbei, bei der Untersuchung wurde als Beispiel ein Umlaufsystem mit Rückführrohr genommen, jedoch sei hierzu angemerkt, daß ebenso bei anderen Umlaufsystemen ähnliche Ergebnisse erzielt werden können.

Dritte Ausführungsform

Als nächstes wurde in einer dritten Ausführungsform eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rahmen, bei dem eine Umlaufstrecke aus zwölf Umlaufkanälen zusammen gesetzt ist, wobei diese zwölf Umlaufkanäle mit einem gleichen Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung angeord net sind, in Übereinstimmung mit der obenerwähnten zwei ten Ausführungsform der Erfindung in der folgenden Weise untersucht.

Es wurde speziell eine erfindungsgemäße Kugelumlaufspin del A, bei der, wie in Fig. 5 gezeigt ist, ein Phasenin tervall in dem mittleren Abschnitt der gesamten Umlauf strecke, d. h. ein Phasenintervall zwischen dem sechsten und dem siebten Umlaufkanal stark, nämlich über das zwischen den aneinandergrenzenden der restlichen Umlauf kanäle festgelegten gleiche Phasenintervall hinaus um 1/2 einer Umdrehung, versetzt ist, wodurch ein Phaseninter vall von insgesamt 2/3 einer Umdrehung entsteht, bezüg lich der Unterschiede in ihrer Lastverteilung untersucht.

Zum Vergleich mit der Kugelumlaufspindel A war eine Kugelumlaufspindel C mit einer herkömmlichen Anordnung vorbereitet, bei der alle zwölf Umlaufkanäle mit einem gleichen Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung angeord net sind, wobei die Lastverteilungen der zwei Kugelum laufspindeln A und C untersucht wurden.

Die Spezifikationen der bei dieser Untersuchung verwende ten zwei Kugelumlaufspindeln waren so, daß der Durchmes ser der Schraubenwelle 100 mm betrug, die Ganghöhe 20 mm betrug, der Kugeldurchmesser 15,875 mm betrug, der Kugel mutter-Außendurchmesser 149 mm betrug und die Umlauf strecke 0,83 Windungen besaß und aus zwölf Umlaufkanälen bestand, wobei nur die Art und Weise der Anordnung der Umlaufstrecke verändert war. Außerdem war die Schrauben welle 1 bei jeder der Kugelumlaufspindeln mit den glei chen Spezifikationen einseitig eingespannt, wobei eine Last F1 = 20000 kgf in axialer Richtung auf den der Einspannseite der Schraubenwelle 1 entgegengesetzten Endabschnitt der Kugelmutter 2 aufgebracht wurde.

Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Fig. 14 ge zeigt.

Wie aus Fig. 14 ersichtlich ist, ist bei der Kugelumlauf spindel C mit einer herkömmlichen Anordnung, lediglich auf die Umfangsrichtung der Umlaufkanäle bezogen, die Anordnung der zwölf Umlaufkanäle vollkommen ausgeglichen, wodurch in der Nähe des Mittelpunkts in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke eine relativ gleichmäßige Lastverteilung erzielt wird. Jedoch werden die Unter schiede in deren Lastverteilung größer, da sich die Lastverteilung von dem mittleren Abschnitt zu den beiden Endseiten in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke hin verschiebt. Der Grund dafür liegt darin, daß zwei Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senk rechte Fläche nicht im Gleichgewicht sind.

Zum anderen ist bei der erfindungsgemäßen Kugelumlauf spindel A nicht nur ihre Lastverteilung in Umfangsrich tung nahezu vollkommen ausgeglichen, sondern auch die Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel her vorgerufenen Unterschiede in sind nahezu völlig im Gleichgewicht. Aufgrund dessen sind die Unterschiede in ihrer Lastverteilung über den gesamten Bereich in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel A geringer. Genauer, der Grund dafür ist folgender. Jede der zwei Umlaufkanalgrup pen besteht aus sechs Umlaufkanälen, wobei sich die zwei Umlaufkanalgruppen jeweils auf einer Seite des Verset zungsabschnitts, d. h. des mittleren Abschnitts des gesamten Umlaufkanals in axialer Richtung, befinden. Wenn diese zwei Umlaufkanäle unabhängig voneinander untersucht werden, ist ähnlich wie bei der Kugelumlaufspindel C die Anordnung der zwei Umlaufkanalgruppen in Umfangsrichtung vollkommen ausgeglichen, jedoch sind die zwei Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche nicht im Gleichgewicht; jedoch kann aufgrund der Wechsel wirkung zwischen den aus jeweils sechs Umlaufkanälen bestehenden zwei Umlaufkanalgruppen das Ungleichgewicht der Momente nahezu völlig behoben werden. Deshalb können im Fall der Kugelumlaufspindel A nicht nur die Unter schiede in ihrer Lastverteilung in Umfangsrichtung, sondern auch die durch die Momente um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung verringert werden.

Nebenbei, bei dieser Untersuchung wurde als Beispiel ein Umlaufsystem mit Rahmen genommen, jedoch sei hierzu angemerkt, daß ebenso bei anderen Umlaufsystemen ähnliche Ergebnisse erzielt werden können.

Vierte Ausführungsform

Als nächstes wurde in einer vierten Ausführungsform eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlaufsystem mit Rahmen, bei dem eine Umlaufstrecke aus sechs Umlaufkanälen zusammen gesetzt ist, wobei diese sechs Umlaufkanäle im allgemei nen mit einem gleichen Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung schraubenlinienförmig angeordnet sind, in Übereinstimmung mit der Erfindung untersucht. Es wurden speziell zwei typische Kugelumlaufspindeln A und B, deren Phasen gemäß der Erfindung verschoben sind, bezüglich der Unterschiede in ihrer jeweiligen Lastverteilung unter sucht.

Bei der Kugelumlaufspindel A sind, wie in Fig. 15(A) gezeigt ist, von ihren sämtlichen Phasenintervallen die zwei letzen Phasenintervalle in axialer Richtung, nämlich das Phasenintervall zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufkanal sowie das Phasenintervall zwischen dem fünf ten und dem sechsten Umlaufkanal über das gleiche Phasen intervall (1/6 einer Umdrehung) hinaus jeweils um 1/6 einer Umdrehung versetzt oder erweitert, wodurch Phasen intervalle von jeweils insgesamt 1/3 einer Umdrehung entstehen. Ebenso sind in der Kugelumlaufspindel B, wie in Fig. 15(B) gezeigt ist, drei Phasenintervalle, näm lich das Phasenintervall zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufkanal, das Phasenintervall zwischen dem dritten und dem vierten Umlaufkanal und das Phaseninter vall zwischen dem fünften und dem sechsten Umlaufkanal über das gleiche Phasenintervall (1/6 einer Umdrehung) hinaus jeweils um 1/3 einer Umdrehung versetzt oder erweitert, wodurch Phasenintervalle von jeweils insgesamt 1/2 Umdrehung entstehen.

Zum Vergleich mit den Kugelumlaufspindeln A und B war eine Kugelumlaufspindel C mit einer herkömmlichen Anord nung vorbereitet, bei der, wie in Fig. 15(C) gezeigt ist, alle sechs Umlaufkanäle mit einem gleichen Phasenin tervall von 1/6 einer Umdrehung angeordnet sind. Das heißt, daß bei dieser Untersuchung diese drei Kugelum laufspindeln A, B und C bezüglich ihrer Lastverteilungen untersucht wurden.

Die Spezifikationen dieser bei dieser Untersuchung ver wendeten drei Kugelumlaufspindeln waren so, daß der Durchmesser der Schraubenwelle 100 mm betrug, die Gang höhe 20 mm betrug, der Kugeldurchmesser 15,875 mm betrug, dex Kugelmutter-Außendurchmesser 149 mm betrug und die Umlaufstrecke 0,83 Windungen besaß und aus sechs Umlauf kanälen bestand, wobei nur die Art und Weise der Anord nung der Umlaufkanäle verändert war. Außerdem war die Schraubenwelle 1 bei jeder der Kugelumlaufspindeln mit den gleichen Spezifikationen einseitig eingespannt, wobei eine Last F1 = 10000 kgf in axialer Richtung auf den der. Einspannseite der Schraubenwelle 1 entgegengesetzten Endabschnitt der Kugelmutter 2 aufgebracht wurde.

Die Ergebnisse dieser Untersuchung sind in Fig. 16 ge zeigt.

Wie aus Fig. 16 ersichtlich ist, ist bei der Kugelumlauf spindel C mit einer herkömmlichen Anordnung, lediglich auf die Umfangsrichtung der Umlaufkanäle bezogen, die Anordnung der sechs Umlaufkanäle vollkommen ausgeglichen, wodurch in der Nähe des Mittelpunkts in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke eine sehr gleichmäßige Lastverteilung erzielt wird. Jedoch werden die Unter schiede in deren Lastverteilung größer, da sich die Lastverteilung vom Mittelpunkt weg verschiebt. Der Grund dafür liegt darin, daß die zwei Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche nicht im Gleichgewicht sind.

Zum anderen können bei der erfindungsgemäßen Kugelumlauf spindel A, da nicht nur ihre Lastverteilung in Umfangs richtung nahezu vollkommen ausgeglichen ist, sondern auch das Gleichgewicht zweier Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel stark verbessert ist, Unterschiede in der Lastverteilung der Kugelumlaufspindel A über deren gesamten Bereich in axialer Richtung verringert werden.

Der Grund dafür ist folgender: Nämlich, wenn eine aus dem ersten, dem zweiten und dem vierten Umlaufkanal beste hende erste Umlaufkanalgruppe und eine aus dem dritten, dem fünften und dem sechsten Umlaufkanal bestehende zweite Umlaufkanalgruppe unabhängig voneinander unter sucht werden, ist ähnlich wie bei der Kugelumlaufspindel C die Lastverteilung der zwei Umlaufkanalgruppen in Umfangsrichtung vollkommen ausgeglichen, jedoch sind die Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senk rechte Fläche nicht im Gleichgewicht; jedoch kann auf grund der Wechselwirkung zwischen den aus jeweils drei Umlaufkanälen bestehenden zwei Umlaufkanalgruppen das Ungleichgewicht der Momente nahezu vollkommen behoben werden. Deshalb können im Fall der Kugelumlaufspindel A nicht nur die Unterschiede in ihrer Lastverteilung in Umfangsrichtung, sondern auch die durch die Momente um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung ver ringert werden. Jedoch verstärken sich die Unterschiede in der Lastverteilung leicht, da in der Nähe der beiden Enden in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel noch immer ein gewisses Ungleichgewicht der Momente besteht.

Zum anderen können bei der erfindungsgemäßen Kugelumlauf spindel B, da nicht nur ihre Lastverteilung in Umfangs richtung nahezu vollkommen ausgeglichen ist, sondern auch die Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel völlig im Gleichgewicht sind, die Unterschiede in der Lastverteilung der Kugelumlaufspindel B über deren gesam ten Bereich in axialer Richtung verringert werden.

Der Grund dafür ist folgender: Nämlich, wenn eine aus dem ersten, dem dritten und dem fünften Umlaufkanal beste hende erste Umlaufkanalgruppe und eine aus dem zweiten, dem vierten und dem sechsten Umlaufkanal bestehende zweite Umlaufkanalgruppe unabhängig voneinander unter sucht werden, ist ähnlich wie bei der Kugelumlaufspindel C die Lastverteilung der zwei Umlaufkanalgruppen in Umfangsrichtung vollkommen ausgeglichen, jedoch sind die Momente um eine zur Achse S der Kugelumlaufspindel senk rechte Fläche nicht im Gleichgewicht; jedoch kann auf grund der Wechselwirkung zwischen den aus jeweils drei Umlaufkanälen bestehenden zwei Umlaufkanalgruppen das Ungleichgewicht der Momente nahezu vollkommen behoben werden. Deshalb können im Fall der Kugelumlaufspindel B nicht nur die Unterschiede in ihrer Lastverteilung in Umfangsrichtung, sondern auch die durch die Momente um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorgerufenen Unterschiede in der Lastverteilung ver ringert werden.

Nebenbei, die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel B ist bezüglich der Gleichmäßigkeit der Lastverteilung gegen über der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel A verbes sert, wobei sie jedoch den Nachteil besitzt, daß die Länge ihres gesamten Umlaufkanals, d. h., die Länge ihrer Kugelmutter 2 etwas größer als bei der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel A ist.

Bei dieser Untersuchung wurde als Beispiel ebenfalls ein Umlaufsystem mit Rahmen genommen, jedoch sei hierzu angemerkt, daß ebenso bei anderen Umlaufsystemen ähnliche Ergebnisse erzielt werden können.

Alternativ kann zur Steuerung der Unterschiede in der Größe der Lasten über den gesamten Bereich in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel ein Teil der mehreren Umlaufkanäle in bezug auf die restlichen Umlaufkanäle in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel versetzt werden, wodurch auf die in einem gegebenen Umlaufkanal befindli chen Kugeln eine Vorlast wirkt, oder ein Teil der mehre ren Umlaufkanäle kann so festgelegt werden, daß diese ein schmäleres Intervall als die restlichen Umlaufkanäle besitzen. Wie aus den Fig. 10 und 13 ersichtlich ist, kann in der vorliegenden Ausführungsform auf die Umlauf kanäle in dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung eine Vorlast aufgebracht werden, da die Lasten auf seiten des mittleren Abschnitts in axialer Richtung der gesamten Umlaufstrecke relativ klein sind, oder die Umlaufkanäle in dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung können auf ein schmäleres Intervall als das Intervall der restlichen Umlaufkanälen festgelegt werden, wodurch die Anzahl der in dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung befindli chen Kugeln, auf die sich die Last verteilt, erhöht wird und ferner die Lastverteilung in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel gleichmäßiger wird.

Ähnlich kann der Durchmesser der in den Umlaufkanälen des mittleren Abschnitts der gesamten Umlaufstrecke befindli chen Kugeln gegenüber den restlichen Umlaufkanäle vergrö ßert werden, oder der Flankendurchmesser der Kugelmutter kann in den Umlaufkanälen in dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung kleiner als jener in den restlichen Umlaufkanälen festgelegt werden, wodurch die Anzahl der in dem mittleren Abschnitt in axialer Richtung befindli chen Kugeln, auf die sich Last verteilt, erhöht wird und somit die Lastverteilung in axialer Richtung der Kugelum laufspindel gleichmäßiger wird.

Wirkungen der Erfindung

Wie im bisherigen beschrieben wurde, können bei Verwen dung einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel Unter schiede in der Lastverteilung der Kugelumlaufspindel, die durch Momente, die durch Anordnen mehrerer die Umlauf strecke bildenden Umlaufkanäle entstehen, um eine zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche hervorge rufen werden, durch das einfache Mittel der Spezifikation von Differenzen zwischen den Phasen in Umfangsrichtung dieser Umlaufkanäle verringert werden, wodurch die Lastverteilung auf die mehreren Kugeln, die zwischen der Schraubenwelle und der Kugelmutter der Kugelumlaufspindel umlaufen, gleichmäßig gestaltet werden kann, wodurch die Konzentration der Last auf einen Teil der Kugeln aufge löst werden kann. Aufgrund dessen kann die Wirkung er zielt werden, daß die Belastungsfähigkeit der Kugelum laufspindel erhöht werden kann, ohne den Durchmesser der Schraubenwelle der Kugelumlaufspindel zu vergrößern.

Das heißt, daß gemäß der Erfindung die Wirkung erzielt werden kann, daß die Belastungsfähigkeit der Kugelumlauf spindel erhöht werden kann, ohne die Größe der Kugelum laufspindel zu erweitern, oder daß die Größe der Kugelum laufspindel zur Erzielung einer gleichen Belastungsfähig keit verringert werden kann, wodurch der Anwendungsbe reich der Kugelumlaufspindel für den Einsatz bei hoher Last erweitert werden kann.

Obwohl eine Beschreibung im Zusammenhang mit bevorzugten Ausführungsformen gegeben wurde, ist für den Fachmann klar, daß diese Ausführungsformen verschiedenen Änderun gen und Modifikationen unterzogen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, weshalb beabsichtigt ist, daß alle derartigen Änderungen und Modifikationen dem eigent lichen Erfindungsgedanken entsprechen und in den Umfang der Erfindung fallen.

Claims

1. Kugelumlaufspindel mit:
einer Schraubenwelle, die auf ihrer Außenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist;
wenigstens einer Kugelmutter, die auf ihrer Innenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, die der Kugelumlaufspindel-Nut der Schraubenwelle gegenüberliegt;
einem schraubenlinienförmigen Kanal, der von der Kugelumlaufspindel-Nut der Kugelmutter und der Kugelum laufspindel-Nut der Schraubenwelle gebildet wird;
einer Anzahl von Kugeln, die durch den schrauben linienförmigen Kanal umlaufen können; und
einem an der Kugelmutter gebildeten Rückführka nal, der das Umlaufen der Anzahl von Kugeln durch den schraubenlinienförmigen Kanal ermöglicht, wobei in axia ler Richtung der Kugelumlaufspindel drei oder mehr Um laufkanäle, wovon jeder von dem schraubenlinienförmigen Kanal und dem Rückführkanal gebildet wird, angeordnet sind,
wobei in den Phasen in Umfangsrichtung der drei oder mehr Umlaufkanäle wenigstens zwei Abschnitte gebil det sind, in denen die Phasen zweier aneinandergrenzender Umlaufkanäle um 180 Grad gegeneinander versetzt sind.

2. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, wobei die drei oder mehr Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß sie in bezug auf eine durch das Zentrum in axialer Richtung aller drei oder mehr Umlaufkanäle oder durch den an das Zentrum in axialer Richtung angrenzenden Abschnitt des Zentrums gehende und zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche nahezu flächensymmetrisch sind.

3. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, wobei jeder Umlaufkanal durch ein Umlaufelement gebildet ist, das an der Kugelmutter angebracht ist,
wobei die Umlaufkanäle vier Umlaufkanäle umfas sen, die aus ersten bis vierten in axialer Richtung angeordneten Umlaufkanälen gebildet sind, und
wobei die Anbringungspositionen der Umlaufele mente des zweiten und des dritten Umlaufkanals jeweils an Positionen festgelegt sind, die in Umfangsrichtung in bezug auf die Anbringungspositionen der Umlaufelemente des ersten und des vierten Umlaufkanals um 180 Grad versetzt sind.

4. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 3, wobei die vier Umlaufkanäle so angeordnet sind, daß sie in bezug auf eine durch das Zentrum in axialer Richtung aller vier Umlaufkanäle gehende und zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche nahezu flächensymmetrisch sind.

5. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 3, wobei das Umlaufelement ein Umlaufrohr umfaßt.

6. Kugelumlaufspindel mit:
einer Schraubenwelle, die auf ihrer Außenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist;
wenigstens einer Kugelmutter, die auf ihrer Innenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, die der Kugelumlaufspindel-Nut der Schraubenwelle gegenüberliegt;
einem schraubenlinienförmigen Kanal, der von der Kugelumlaufspindel-Nut der Kugelmutter und der Kugelum laufspindel-Nut der Schraubenwelle gebildet wird;
einer Anzahl von Kugeln, die durch den schrauben linienförmigen Kanal umlaufen können; und
einem an der Kugelmutter gebildeten Rückführka nal, der das Umlaufen der Anzahl von Kugeln durch den schraubenlinienförmigen Kanal ermöglicht,
wobei in axialer Richtung der Kugelumlaufspindel drei oder mehr Umlaufkanäle, wovon jeder von dem schrau benlinienförmigen Kanal und dem Rückführkanal gebildet wird, angeordnet sind, wobei zwischen einem Teil oder sämtlichen der aneinandergrenzenden Umlaufkanäle in deren Umfangsrichtung eine Phasendifferenz festgelegt ist, und
wobei die drei oder mehr Umlaufkanäle so angeord net sind, daß sie in bezug auf eine durch das Zentrum in axialer Richtung aller drei oder mehr Umlaufkanäle oder durch den an das Zentrum angrenzenden Abschnitt des Zentrums in axialer Richtung gehende und zur Achse der Kugelumlaufspindel senkrechte Fläche nahezu flächensymme trisch sind.

7. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 6, wobei jeder Umlaufkanal durch ein Umlaufelement gebildet ist, das an der Kugelmutter angebracht ist,
wobei die Umlaufkanäle zwölf Umlaufkanäle umfas sen, die aus ersten bis zwölften in axialer Richtung angeordneten Umlaufkanälen gebildet sind und bis auf die Beziehung zwischen dem sechsten und dem siebten Kanal um ein vorgegebenes Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung versetzt sind, und
wobei zwischen den Anbringungspositionen des Umlaufelements des sechsten Umlaufkanals und jenes des siebten Umlaufkanals eine Phasendifferenz auf ein vorge gebenes Intervall von 2/3 einer Umdrehung festgelegt ist;

8. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 6, wobei jeder Umlaufkanal durch ein Umlaufelement gebildet ist, das an der Kugelmutter angebracht ist,
wobei die Umlaufkanäle zwölf Umlaufkanäle umfas sen, die aus ersten bis zwölften in axialer Richtung angeordneten Umlaufkanälen gebildet sind und bis auf die Beziehung zwischen dem sechsten und dem siebten Kanal um ein vorgegebenes Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung versetzt sind, und
wobei zwischen den Anbringungspositionen des Umlaufelements des sechsten Umlaufkanals und jenes des siebten Umlaufkanals eine Phasendifferenz auf ein vorge gebenes Intervall von m + 2/3 einer Umdrehung festgelegt ist, wobei m eine ganze Zahl ist.

9. Kugelumlaufspindel mit:
einer Schraubenwelle, die auf ihrer Außenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist;
wenigstens einer Kugelmutter, die auf ihrer Innenfläche eine Kugelumlaufspindel-Nut aufweist, die der Kugelumlaufspindel-Nut der Schraubenwelle gegenüberliegt;
einem schraubenlinienförmigen Kanal, der von der Kugelumlaufspindel-Nut der Kugelmutter und der Kugelum laufspindel-Nut der Schraubenwelle gebildet wird;
einer Anzahl von Kugeln, die durch den schrauben linienförmigen Kanal umlaufen können; und
einem an der Kugelmutter gebildeten Rückführka nal, der das Umlaufen der Anzahl von Kugeln durch den schraubenlinienförmigen Kanal ermöglicht,
wobei drei oder mehr Umlaufkanäle, wovon jeder von dem schraubenlinienförmigen Kanal und dem Rückführka nal gebildet wird, in axialer Richtung der Kugelumlauf spindel angeordnet sind und zwischen allen aneinander grenzenden Umlaufkanälen in deren Umfangsrichtung eine Phasendifferenz von einem gleichen Phasenintervall fest gelegt ist und
wobei in wenigstens einem Abschnitt zwischen den aneinandergrenzenden Umlaufkanälen das zugehörige Phasen intervall in Umfangsrichtung in bezug auf das gleiche Phasenintervall versetzt ist.

10. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 9, wobei die Umlaufkanäle sechs Umlaufkanäle umfassen, die aus ersten bis sechsten in axialer Richtung angeordneten Umlaufkanä len gebildet sind und um ein vorgegebenes Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung versetzt sind, wobei das Phasenintervall zwischen dem ersten und dem zweiten Umlaufkanal sowie das Phasenintervall zwi schen dem fünften und dem sechsten Umlaufkanal jeweils über das gleiche Phasenintervall von 1/6 einer Umdrehung hinaus um 1/6 einer Umdrehung versetzt oder erweitert ist, wodurch Phasenintervalle von jeweils insgesamt 1/3 einer Umdrehung entstehen.