-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kugelumlaufsystem mit
Abstandsstücken,
insbesondere ein Kugelumlaufsystem, bei dem je zwei benachbarte
Rollkugeln durch ein Abstandsstück
getrennt sind, wodurch es vermieden wird, dass die zwei benachbarten
Rollkugeln aufeinander stoßen.
-
Ein
Kugelumlaufsystem gemäß dem Stand der
Technik besteht aus einer Spindel, einem Mutteraggregat und mehreren
zwischen der Spindel und dem Mutteraggregat wälzenden Rollkugeln. Die Spindel
ist außen
als eine im Schnitt halbkreisförmige Spiralrille
ausgebildet. Das Mutteraggregat besitzt einen Mutterhauptkörper und
die Bauteile zum Kreislauf von Rollkugeln. Der Mutterhauptkörper ist
hohlzylindrisch ausgebildet und weist eine der Rille der Spindel
entsprechende, halbkreisförmige
Spiralrille auf. Eine Vielzahl von Rollkugeln befinden sich zwischen
der Spindel und dem Mutteraggregat, und die Spindel und das Mutteraggregat
drehen sich miteinander, indem sich die Bauteile zum Kreislauf von Rollkugeln
und die Rollkugeln innerhalb des Mutteraggregats wälzen.
-
Die
herkömmliche
Spindel ist aus Metall hergestellt. Sie ist meistens aus Metall
hergestellt. Wird die Spindel gedreht, wälzen sich die Rollkugeln zwischen
den Spiralrillen der Spindel und des Mutterhauptkörpers, und
zwar im Kreislaufkanal. Hierbei treten leicht Lärm und Vibrationen auf, da
die Rollkugeln aneinander reiben und aneinanderstoßen. Da jeweils
benachbarte Rollkugeln in unterschiedlicher Richtung drehen, werden
die Rollkugel und die benachbarte Rollkugel aufeinander gedrückt und
aneinander gerieben. Werden die Rollkugeln im Kreislaufkanal gewälzt, wird
die Bewegungsgeschwindigkeit der Rollkugeln wegen der unterschiedlichen
Krümmung
des Kreislaufkanals und der Spiralrillen geändert. Daher werden die Rollkugeln
leicht aneinander gerieben und aneinandergestoßen. Vor kurzem ist ein verbessertes
Material, wie z.B. keramische Rollkugeln entwickelt worden, deren
Gewicht leichter, deren Stoßenergie
geringer, deren Härte
höher und
deren Verschleißfestigkeit
und Dämpfungsfähigkeit besser
sind, wobei diese Rollen jedoch kostenaufwendig herzustellen sind.
Die die Kugelumlaufspindel benutzende, herkömmliche Industrie kann sich aber
kaum den hohen Preis solcher Rollkugeln leisten.
-
Bei
einem herkömmlichen
Kugelumlaufsystem zur Verbesserung der Reibung und des Stoßes der
Rollkugeln in dem Kugelumlaufsystem, wie in 7 gezeigt,
wälzen
sich die Rollkugeln 4 zwischen der Spiralrille 11 der
Spindel und der Spiralrille 21 des Mutterhauptkörpers. Eine
kleinere Abstandskugel 6 ist zwischen je zwei Rollkugeln 4 eingesetzt,
damit die Drehrichtungen der Rollkugeln 4 und der Abstandskugeln 6 am
Berührungspunkt
gleich ist, so dass der Reibungswiderstand zwischen den Rollkugeln 4 reduziert
wird und die Glattheit der Spindel zunimmt. Überdies sind die Abstandskugel 6 und
die Rollkugel 4 normalerweise aus demselben Material hergestellt.
Dies kann zwar die aufgrund der unterschiedlichen Bewegungsrichtung
der zwei benachbarten Rollkugeln hervorgebrachte Belastung und Reibung
beim Wälzen
der Rollkugeln zwischen den Spiralrillen der Spindel und des Mutterhauptkörpers verringern,
aber die aufgrund der Veränderung
der Bewegungsgeschwindigkeit verursachten Stöße und Reibungen werden nicht
verbessert, wenn sich die Rollkugeln im Kreislaufkanal befinden.
-
Aus
der
US 4,505,522 ist
ein Verfahren bekannt, durch das die Veränderung der Anzahl von im Kreislaufkanal
aufgenommenen Rollkugeln gering ist, wenn die Rollkugeln durch den
Kreislaufkanal durchlaufen. Die Spindel ist bei Anwendung dieser Technik
in geometrischer Form schwierig gestaltbar, weil der Kreislaufkanal
der Spindel relativ kompliziert ist. Außerdem ist die Anzahl von Rollkugeln
der Spindel kontrollierbar. Daher ist die Anwendung dieser Technik
auf die Spindel erschwert. Darüber
hinaus muss es vorausgesetzt werden, dass die geometrische Konstruktion
sehr genau gestaltet ist, wodurch sich die Herstellung der Spindel
erheblich erschwert.
-
Aus
der
US 5, 615, 955 ist
es bekannt, dass die in
7 dargestellte
Abstandskugel aus ölhaltigem
Kunststoffmaterial hergestellt ist, damit die Abstandskugel die
Rollkugeln schmieren kann. Darüber hinaus
weist das plastische Material ein ausgezeichnetes Dämpfungsvermögen und
ein größeres Verformungsvermögen auf,
wodurch der Stoßlärm reduziert
wird. Bei dieser Verbesserung ist die Abstandskugel fast genauso
groß wie
die Rollkugel, so dass sie zu viel Platz einnimmt, wodurch die Anzahl
der die Belastung tragenden Rollkugeln auf die Hälfte reduziert wird, wodurch
die Festigkeit der Spindel erheblich herabgesetzt wird.
-
Von
daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Kugelumlaufsystem mit
Abstandsstücken
zu schaffen, bei dem die oben erwähnten Nachteile vermieden werden.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Kugelumlaufsystem mit den Merkmalen im Anspruch 1. Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis
6 angegeben.
-
Um
die herkömmliche
Abstandskugel zu verbessern, ist ein kleineres Abstandsstück zwischen
jeweils zwei benachbarten Rollkugeln der Spindel vorgesehen, um
die zwei benachbarten Rollkugeln zu trennen und die Reibung und
den Stoß zwischen
den zwei benachbarten Rollkugeln zu verhindern, so dass der Lärm und die
Vibration erheblich reduziert werden. Da das Abstandsstück zylindrisch
ausgebildet ist, wobei die zwei Stirnflächen des Zylinders an die Form
von Rollkugeln angepasst sind und somit mit einer nach innen gebogenen
Krümmung
versehen sind, wird der Abstand der zwei benachbarten Rollkugeln
erheblich reduziert, so dass die Anzahl von Rollkugeln innerhalb
des Kugelumlaufsystems erhöht
ist und somit die Festigkeit der Spindel verbessert ist.
-
Daserfindungsgemäße Abstandsstück ist im wesentlichen
zylindrisch ausgebildet und auf dem Kreislaufkanal nicht wälzend. Um
es zu vermeiden, dass das Abstandsstück während des Kreislaufs die Spiralrille
und den Kreislaufkanal der Kugelumlaufspindel berührt, somit
eine positive Kraft entsteht, der Reibungswiderstand vergrößert ist
und schließlich die
Glattheit der Kugelumlaufspindel beeinflusst ist, ist der Außendurchmesser
des Zylinders kleiner als der Außendurchmesser der Rollkugeln
gestaltet.
-
Der
Kreislaufkanal der Spindel ist gebogen. Außerdem ist der Radius der Krümmung klein.
Um es zu vermeiden, die Berührung
der Abstandsstücke
mit den zwei Seiten des gebogenen Kreislaufkanals zu erhöhen, somit
eine positive Kraft zu produzieren, den Reibungswiderstand zu vergrößern und
schließlich
die Glattheit der Kugelumlaufspindel zu beeinflussen, ist der Außendurchmesser
des Zylinders der Abstandsstücke
in der Vorderansicht als nach innen vertiefter Bogen ausgebildet,
um die Berührung
und die Störung
des Außendurchmessers
des Zylinders von Abstandsstücken
mit dem Kreislaufkanal zu verringern.
-
Ist
die Berührungsfläche der
Rollkugeln mit dem Abstandsstück
größer, dann
wird der Ölfilm
der Rollkugeln leicht zerstört.
Um sie zu reduzieren, ist die Innenkrümmung der Abstandsstücke als
nach innen vertiefter Bogenkegel ausgebildet. Der Bogenkegel besteht
aus zwei Bögen
in Vorderansicht, wobei der Radius der Bögen etwas größer als
der der Rollkugeln ist, wodurch der Bogenkegel und die Rollkugel
in Punktberührung
stehen.
-
Das
erfindungsgemäße Abstandsstück wird bei
Anwendung nicht gedreht, so dass es schwierig ist, das Schmiermittel
an der Rollkugel wie durch die Kontaktdrehung der herkömmlichen
Abstandskugel auf die Oberfläche
der benachbarten Rollkugel zu übertragen.
Außerdem
ist die Ergänzung
des Schmiermittels normalerweise mehr als benötigt, wenn die Spindel geschmiert
ist. Damit die Abstandsstücke
eine Funktion zum Übertragen
des Schmiermittels aufweisen, ist eine Durchgangsbohrung vorgesehen.
Wenn der Ölfilm
an den Rollkugeln zu dick ist, kann das überschüssige Schmiermittel durch die Durchgangsbohrung
von benachbarten Rollkugeln mit dünnem (oder keinem) Ölfilm weggenommen werden,
wenn die Rollkugeln durchwälzen.
Daher wird eine Wirkung der gleichmäßigen Verteilung des Schmiermittels
erreicht. Deshalb dient die Durchgangsbohrung zur Verringerung des
Verbrauchs des Schmiermittels. Überdies
kann das Schmiermittel gekühlt
werden, indem es durch die Durchgangsbohrung durchläuft.
-
Es
ist nicht leicht, dass das Schmiermittel durch die Berührungsfläche durchfließt und daraufhin durch
die Durchgangsbohrung durchgeht, da die Berührungsfläche der Rollkugeln und des
Abstandsstücks
geschlossen ringförmig
ausgebildet ist. Um das Durchflussvermögen des Schmiermittels zu verbessern,
ist die Innenkrümmung
des Abstandsstücks mit
einer Wellung versehen, damit sich die Berührung der Rollkugeln und des
Abstandsstücks
in Form mehrerer unkontinuierlicher Punktberührungen zeigt, um den Durchlauf
des Schmiermittels zu erleichtern und die Schmierwirkung zu verbessern.
-
Das
Abstandsstück
kann aus Kunststoff, hochmolekularem Material, Knetlegierung, keramischem
Material mit niedriger Reibung und verschleißfestem Vermögen in der
Weise von Spritzguss des Kunststoffs hergestellt werden.
-
Es
ist üblich,
dass die Spindel eine selbstschmierende Wirkung aufweist. Daher
ist das Abstandsstück
bevorzugt aus ölhaltigem
Material hergestellt, wodurch die Spindel bei Anwendung nicht geschmiert
werden muss, wobei die Schmierwirkung verbessert wird, um den Reibungswiderstand
zu reduzieren.
-
Die
Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen
mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Es zeigen:
-
1 eine
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Kugelumlaufsystems
mit Abstandsstücken in
einer Schnittansicht;
-
2 eine
perspektivische Ansicht eines Abstandsstücks von 1;
-
3 eine
Schnittansicht der Rollkugeln und des Abstandsstücks der vorliegenden Erfindung;
-
4 eine
schematische Darstellung des auf dem Wendekanal befindlichen Abstandsstücks des
erfindungsgemäßen Kugelumlaufsystems;
-
5 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abstandsstücks;
-
6 eine
Schnittansicht längs
der Linie A-A der 5; und
-
7 eine
schematische Darstellung eines herkömmlichen Kugelumlaufsystems
zur Verbesserung der Reibung und der Stöße der innerhalb des Kugelumlaufsystems
befindlichen Rollkugeln.
-
Bezugnehmend
auf 1 weist das erfindungsgemäße Kugelumlaufsystem eine Spindel 1 und
einen Mutterhauptkörper 2 auf.
Die Spindel 1 ist außen
mit einer im Querschnitt halbkreisförmigen Spiralrille 11 ausgebildet,
wobei der Mutterhauptkörper 2 eine
dementsprechende Spiralrille besitzt. Die Rollkugeln 4 und
die Abstandsstücke 5 befinden
sich in der zwischen der Spindel 1 und dem Mutterhauptkörper 2 angeordneten
Spiralrille und dem Wendekanal 3. Jeweils benachbarte Rollkugeln 4 sind
durch ein Abstandsstück 5 getrennt.
Wird die Spindel 1 gedreht, werden die Rollkugeln 4 gewälzt, wodurch
der Mutterhauptkörper 2 und
die Spindel 1 relativ zueinander bewegt werden. Außerdem werden
die Abstandsstücke 5 bewegt,
so dass sich die Abstandsstücke 5 und
die Rollkugeln 4 im Wendekanal 3 zwischen der
Spindel 1 und dem Mutterhauptkörper 2 bewegen. Darüber hinaus
sind die Rollkugeln 4 wälzend,
während
die Abstandsstücke 5 nicht
wälzend sind.
-
Aus
den 2 und 3 ist ersichtlich, dass das
Abstandsstück 5 im
wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist, wobei es eine Mantelfläche 51 besitzt,
wobei der Zylinderkörper
mit je einer Innenkrümmung 52 an
beiden Stirnflächen
versehen ist, und dass die Verbindungsstelle der Mantelfläche 51 mit
der jeweiligen Innenkrümmung 52 eine
abgefaste Kante 53 aufweist, und dass das Abstandsstück 5 in der
Mitte mit einer Durchgangsbohrung 54 versehen ist. Wenn
eine der Rollkugeln 4 zu viel geschmiert wird, wird das übermäßige Schmiermittel
beim Durchwälzen
der Rollkugeln 4 durch die Durchgangsbohrung 54 weggenommen,
wobei das weggenommene Schmiermittel den benachbarten, wenig geschmierten Rollkugeln 4 zur
Verfügung
stehen kann, um das Schmiermittel gleichmäßig auf die Rollkugeln 4 zu
verteilen. Dadurch wird das Schmiermittel weniger verbraucht. Darüber hinaus
kann das Schmiermittel gekühlt
werden, wenn es von den Rollkugeln 4 durch die Durchgangsbohrung 54 weggenommen
wird.
-
In 4 ist
gezeigt, dass der Wendekanal 3 im wesentlichen gewölbt ausgebildet
ist. Um die Kontaktstörung
der Zylinderfläche 51 des
Abstandsstücks 5 mit
dem Wendekanal 3 zu reduzieren kann die Zylinderfläche 51 des
Abstandsstücks 5 als
gekrümmte
Kegelfläche
ausgebildet sein. Der Radius der kleinsten Krümmung zweier Wandungen des Wendekanals 31 wird
als Rp bezeichnet, während der
gekrümmte
Radius der Mantelfläche 51 des
Abstandsstücks 5 als
Rs bezeichnet wird. Der Wert von Rs ist nicht größer als der von Rp gestaltet,
um die Kontaktreibung des Abstandsstücks 5 mit dem Wendekanal 3 zu
verringern.
-
Wenn
die Berührungsfläche zwischen
den Rollkugeln 4 und dem Abstandsstück 5 groß ist, wird der Ölfilm leichter
zerstört.
Um die Berührungsfläche zwischen
den Rollkugeln 4 und dem Abstandsstück 5 zu reduzieren,
ist die Innenkrümmung 52 des
in 5 dargestellten Abstandsstücks 5 als nach innen gekrümmte Kegelfläche ausgebildet.
Die gekrümmte Kegelfläche besteht
aus zwei Bögen 521, 522 desselben
Radius, wobei der Radius der zwei Bögen 521, 522 etwas
größer als
der Radius der Rollkugeln 4 ist. Die Rollkugeln 4 stehen
in Punktberührung
mit der gekrümmten
Kegelfläche.
Ein empirisches Ergebnis zeigt, dass eine ausgezeichnete Wirkung
erreicht wird, wenn der Verhältnisbereich
des Radius Rr der Bögen 521, 522 und
des Durchmessers der Rollkugeln zwischen 0,5 und 0,8 liegt. Das
Abstandsstück 5 und
die Rollkugeln 4, wie in 5 gezeigt, befinden
sich im Zustand des Punktkontakts. Der spitze Winkel des Berührungspunkts
des Abstandsstücks 5 und
der Rollkugeln 4 ist als θ bezeichnet, der zwischen 20
und 40 Grad liegt.
-
Aus 6 ist
ersichtlich, dass es nicht leicht ist, dass das Schmiermittel durch
die Berührungsfläche durchfließt und daraufhin
durch die Durchgangsbohrung 54 durchgeht, falls die Berührungsfläche der Rollkugeln 4 und
des Abstandsstücks 5 ringförmig geschlossen
ausgebildet ist. Um dieses Problem zu beseitigen, ist die Innenkrümmung 52 des
Abstandsstücks 5,
wie aus 6 ersichtlich, mit einer Wellung 523 versehen,
damit sich die Berührung
der Rollkugeln 4 und des Abstandsstücks 5 als mehrere
unkontinuierliche Punktberührungen
zeigt, um den Durchlauf des Schmiermittels zu erleichtern und die Schmierwirkung
zu verbessern.