DE10122106A1 - Wälzkörper-Abstandshalter für eine Wälzführungsvorrichtung - Google Patents

Abstract

Es werden Wälzkörper-Abstandshalter bereitgestellt, die in einer Wälzführungsvorrichtung mit einer endlosen Kugelumlaufbahn eingesetzt werden, und die in der endlosen Umlaufbahn abwechselnd mit vielen Kugeln angeordnet sind und zusammen mit den Kugeln in der endlosen Umlaufbahn umlaufen. Sie werden durch ein scheibenförmiges Element gebildet, das ein Paar Kugelpfannen, auf denen die Kugeln im Kontakt mit den Kugelpfannen gleiten, sowie ein ringförmiges äußeres Element aufweist, das eine äußere Umfangsfläche des inneren Elements bedeckt, und das äußere und das innere Element sind aus Harzmaterialien mit unterschiedlichem Biegeelastizitätsmodul geformt.

Description

Die Erfindung betrifft Wälzkörper-Abstandshalter, die zwischen aneinandergrenzenden Kugeln in einer endlosen Umlauf­ bahn verschiedener Wälzführungsvorrichtungen eingesetzt sind, wie z. B. Linearführungen und Kugelspindelvorrichtungen mit endloser Kugelumlaufbahn, wobei die Abstandshalter den Ver­ schleiß und die Wärmeentwicklung derartiger Kugeln vermindern, um eine glatte bzw. stoßfreie Rollbewegung der Kugeln zu be­ wirken.

Bekannte Wälz- oder Rollführungsvorrichtungen, in denen ein Elementepaar eine kontinuierliche Relativbewegung mit ei­ ner endlos umlaufenden Reihe dazwischen eingefügter Kugeln ausführt, sind unter anderem Linearführungen, die in einem Li­ nearführungsabschnitt einer Werkzeugmaschine, einer Transport­ vorrichtung oder dergleichen eingesetzt werden, um einen be­ weglichen Körper, wie z. B. einen Tisch, auf einem ruhenden Abschnitt zu führen, wie z. B. auf einem Bett oder Support, und Kugelspindeln, die in Kombination mit einer solchen Line­ arführung verwendet werden, um zu bewirken, daß das bewegliche Element entsprechend dem Drehungsbetrag eines Motors eine li­ neare Hubbewegung ausführt.

Die zuerst erwähnte Linearführung weist auf: eine Lauf­ schiene, die auf dem festen Abschnitt angeordnet ist und in der in Längsrichtung eine Kugellaufrille ausgebildet ist, eine Lastlaufrille, die der Laufrille in der Laufschiene mit vielen dazwischen angeordneten Kugeln gegenüberliegt, und ein Gleit­ bett, in dem eine endlose Umlaufbahn für die in der Lastlaufrille rollenden Kugeln ausgebildet ist, und die Vor­ richtung weist eine Konfiguration auf, in der das Gleitbett, welches das bewegliche Element trägt, als Ergebnis des endlo­ sen Umlaufs der Kugeln eine kontinuierliche Linearbewegung entlang der Laufschiene ausführt. Umgekehrt kann die Vorrich­ tung eine Konfiguration aufweisen, in der sich die Laufschiene relativ zu einem festen Gleitbett bewegt.

Die später erwähnte Kugelspindel weist eine Spindelwel­ le mit einer darin ausgebildeten spiralförmigen Kugellaufrille mit vorgegebener Steigung, eine der Kugellaufrille gegenüber­ liegende Lastlaufrille mit mehreren dazwischen eingesetzten Kugeln und ein Gewinderingelement auf, das mit einer endlosen Umlaufbahn für die in der Lastlaufrille rollenden Kugeln aus­ gebildet ist, und weist eine Konfiguration auf, in der die Ku­ geln als Ergebnis einer Relativbewegung zwischen der Spindel­ welle und dem Gewinderingelement in der endlosen Umlaufbahn umlaufen und das Gewinderingelement und die Spindelwelle sich relativ zueinander in Axialrichtung bewegen.

In einer derartigen Rollführungsvorrichtung befindet sich jede der Kugeln, die in der endlosen Kugelumlaufbahn um­ laufen, zum Beispiel bei der verwendeten hohen Geschwindigkeit in gegenseitigem Kontakt mit den vor und hinter ihr angeordne­ ten Kugeln, und dies hat zum möglichen Auftreten von Problemen geführt, wie z. B. ein relativ frühzeitiger Verschleiß der Ku­ geln, der auf Reibung zwischen den Kugeln zurückzuführen ist, und ein Verzundern der Kugeln und der Lastlaufrille infolge von Reibungswärme. Ferner gerät wahrscheinlich die Anordnung der Kugeln in der endlosen Umlaufbahn durcheinander, wenn die Umlaufrichtung der Kugeln umgekehrt wird, und in Extremfällen hat dies durch das Auftreten einer sogenannten Blockierungser­ scheinung, d. h. einer Stauung der Kugeln in der endlosen Um­ laufbahn, zu einem möglichen Funktionsausfall der Rollfüh­ rungsvorrichtung selbst geführt. Um unter diesen Umständen derartige Probleme zu lösen, wurde in JP-A-H11-315 835 eine Rollführungsvorrichtung vorgeschlagen, in der zwischen Kugeln, die in einer endlosen Umlaufbahn aneinander angrenzen, Wälz­ körper-Abstandshalter eingefügt werden.

Bei der in dieser Veröffentlichung vorgeschlagenen Rollführungsvorrichtung sind aus Kunstharz bestehende Wälzkör­ per-Abstandshalter, die als "Trennstück" bzw. Abstandshalter bezeichnet werden, abwechselnd mit Kugeln einer endlosen Um­ laufbahn angeordnet, um eine gegenseitige Berührung der Kugeln zu verhindern. Ein solcher Abstandshalter ist in einer schei­ benartigen Konfiguration ausgebildet, deren äußerer Durchmes­ ser kleiner als der Kugeldurchmesser ist, und an der oberen und unteren Seite des Abstandshalters, die mit den Kugeln in Kontakt kommen, sind Kugelpfannen ausgebildet, deren Krümmung größer ist als die Kugelflächenkrümmung der Kugeln. Wenn die Kugeln und Abstandshalter auf diese Weise abwechselnd ohne Zwischenraum in der endlosen Umlaufbahn angeordnet sind, wird jede Kugel zwischen einem Paar angrenzender, vor bzw. hinter der Kugel angeordneter Abstandshalter eingezwängt und läuft daher zusammen mit den Abstandshaltern in der endlosen Umlauf­ bahn um, ohne die Ausrichtung der Kugeln zu stören, auch wenn die Umlaufrichtung umgekehrt wird.

Derartige Wälzkörper-Abstandshalter werden mittels Spritzguß aus einem Kunstharz oder dergleichen hergestellt, und ein optimales Kunstharzmaterial kann unter verschiedenen Gesichtspunkten ausgewählt werden, wie z. B. der Verschleißfe­ stigkeit an den Kugeln und der stoßdämpfenden Eigenschaften, die sie bei Stößen mit den Kugeln aufweisen. Die Wälzkörper- Abstandshalter befinden sich jedoch auch im Gleitkontakt mit der Innenwand der endlosen Umlaufbahn in dem Gewinderingele­ ment, da sie zusammen mit den Kugeln in der endlosen Umlauf­ bahn des Gewinderingelements umlaufen. Daher ist bei der Aus­ wahl eines Kunstharzmaterials zum Formen der Wälzkörper-Ab­ standshalter nicht nur seine Beziehung zu den Kugeln, sondern auch seine Beziehung zu der endlosen Umlaufbahn zu berücksich­ tigen, woraus sich das Problem ergibt, daß auf eine der beiden widersprechenden Eigenschaften eines solchen Kunstharzmateri­ als zugunsten der anderen verzichtet werden muß, wo beide Ei­ genschaften erforderlich sind.

Die vorliegende Erfindung ist unter Berücksichtigung derartiger Probleme entwickelt worden, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Wälzkörper-Abstandshalter be­ reitzustellen, der durch Verwendung einer Kombination von un­ terschiedlichen Kunstharzmaterialien in seiner Eignung sowohl für Kugeln als auch für eine endlose Umlaufbahn in hohem Maße zufriedenstellend ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche ge­ löst.

Bei einem derartigen erfindungsgemäßen Wälzkörper-Ab­ standshalter kann ein Material zum Formen des inneren Elements nur unter Berücksichtigung des Gleitkontakts mit den Kugeln ausgewählt werden, und ein Material zum Formen des äußeren Elements kann hauptsächlich unter Berücksichtigung seiner Be­ ziehung zu der endlosen Umlaufbahn ausgewählt werden. Es ist daher möglich, eine zufriedenstellende Eignung sowohl für die Kugeln als auch für die endlose Umlaufbahn zu erreichen.

Die Harzmaterialien zum Formen des inneren Elements und des äußeren Elements können nach Belieben ausgewählt werden. In Abhängigkeit von der Betriebsumgebung einer Kugelspindel­ vorrichtung, in welcher der Wälzkörper-Abstandshalter einge­ setzt wird, z. B. von der Belastungsfähigkeit, der Arbeitsge­ schwindigkeit und davon, ob ein Kühlmittel vorhanden ist oder nicht, können optimale Materialien ausgewählt werden.

Zu diesen für die vorliegende Erfindung verwendbaren Kunstharzen gehören Materialien mit niedrigem Biegeelastizi­ tätsmodul, wie z. B. thermoplastische Elastomere, Polyamid usw., und im Hinblick auf die Schmierung der Kugeln sind vor­ zugsweise Materialien, die aus einem mit Schmiermittel ver­ mischten Kunstharz geformt werden, durch Imprägnieren eines porösen Harzes mit einem Schmiermittel gewonnene Materialien usw. zu verwenden. Zu den Harzen mit hohem Biegeelastizitäts­ modul gehören Materialien von hoher Haltbarkeit und Steifig­ keit, wie z. B. faserverstärkte Kunststoffe und Flüssigkri­ stallpolymere.

Im Hinblick auf einen starren Zusammenbau des äußeren und des inneren Elements ist die Verwendung von Harzmateriali­ en des gleichen Typs für diese Elemente zu bevorzugen, z. B. die Verwendung eines thermoplastischen Elastomers für das äu­ ßere Element, wenn ein thermoplastisches Elastomer für das in­ nere Element eingesetzt wird. Die Verwendung von Harzmateria­ lien des gleichen Typs für das innere und das äußere Element führt nicht nur zu einer besseren Bindung zwischen ihnen, son­ dern auch zu einer geringen Differenz zwischen ihren Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten, wodurch es möglich wird, die Bildung eines Zwischenraums zwischen dem inneren Element und dem äuße­ ren Element selbst dann zu verhindern, wenn die Temperatur des Wälzkörper-Abstandshalters durch Wärme, die auf die Reibung zwischen den Kugeln zurückzuführen ist, erhöht wird.

Um ferner das Problem des Herausfallens des Wälzkörper- Abstandshalters aus dem Zwischenraum zwischen den aneinander­ grenzenden Kugeln vollständig zu verhindern, wird das äußere Element vorzugsweise mit einem ringförmigen Austrittsverhinde­ rungsabschnitt bzw. Käfigabschnitt ausgebildet, der in der Richtung, in der die Kugeln angeordnet sind, über die Ränder der Kugelpfannen vorsteht. Der Käfigabschnitt ist so konfigu­ riert, daß er außer Kontakt mit den auf den Kugelpfannen auf­ liegenden Kugeln gehalten wird und die Kugeln nur dann be­ rührt, wenn der Wälzkörper-Abstandshalter im Begriff ist, in­ folge eines Spiels der Kugeln in den Kugelpfannen aus dem Zwi­ schenraum zwischen den Kugeln herauszufallen.

Durch Bereitstellen des Käfigabschnitts, der in Rich­ tung der Kugelanordnung über die Ränder der Kugelpfannen vor­ steht und außer Kontakt mit den Kugelflächen der Kugeln gehal­ ten wird, ist es außerdem möglich, die Kugeln in einem besse­ ren Schmierungszustand zu halten, da ein Schmiermittel leicht in Zwischenräume zwischen dem Käfigabschnitt und den Kugeln eindringen kann. Um daher ein Schmiermittel für den erfin­ dungsgemäßen Wälzkörper-Abstandshalter besser zurückzuhalten, wird vorzugsweise zwischen den Kugelpfannen und dem diese um­ gebenden Käfigabschnitt eine ringförmige Rille ausgebildet, die als Schmiermittelbehälter bzw. -sumpf dient. Eine solche Konfiguration ermöglicht das fortwährende Aufbringen eines Schmiermittels auf die Kugeloberflächen, da das in die Zwi­ schenräume zwischen den Kugeln und dem Käfigabschnitt einge­ tretene Schmiermittel in der ringförmigen Rille zurückgehalten wird.

Der Käfigabschnitt kann in einer durchgehenden ringför­ migen Konfiguration geformt werden, kann aber auch in Form ei­ ner ringförmigen Anordnung von Vorsprüngen ausgebildet werden, die durch Schlitze voneinander getrennt sind.

Wie beschrieben, wird der erfindungsgemäße Wälzkörper- Abstandshalter durch ein scheibenförmiges inneres Element mit Kugelpfannen und ein ringförmiges äußeres Element gebildet, das eine äußere Umfangsfläche des inneren Elements bedeckt, und das äußere und das innere Element werden aus Harzmateria­ lien mit unterschiedlichem Biegeelastizitätsmodul geformt. Als Ergebnis kann durch Formen des inneren und des äußeren Ele­ ments unter Verwendung einer Kombination unterschiedlicher Harzmaterialien eine äußerst befriedigende Eignung sowohl für Kugeln als auch für eine endlose Umlaufbahn erreicht werden.

Fig. 1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer Aus­ führunsform einer Kugelspindelvorrichtung, in der erfindungs­ gemäße Wälzkörper-Abstandshalter zusammen mit Kugeln in einer endlosen Umlaufbahn angeordnet sind;

Fig. 2 zeigt eine Schnittansicht von vorn der in Fig. 1 dargestellten Kugelspindelvorrichtung;

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Konfi­ gurationsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzkörper-Ab­ standshalters;

Fig. 4 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in Fig. 3 dargestellten Wälzkörper-Abstandshal­ ters, der in ein inneres Element und ein äußeres Element zer­ legt ist;

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt des in Fig. 3 darge­ stellten Wälzkörper-Abstandshalters;

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des in Fig. 3 dargestellten Wälzkörper-Abstandshalters, welche die Beziehung zwischen einem Käfigabschnitt des Wälzkörper- Abstandshalters und einer Kugel darstellt;

Fig. 7 zeigt eine Schnittansicht des in Fig. 3 darge­ stellten Wälzkörper-Abstandshalters, die einen Zustand dar­ stellt, in dem die Kugeln auf den Kugelpfannen aufliegen;

Fig. 8 zeigt eine Schnittansicht des in Fig. 3 darge­ stellten Wälzkörper-Abstandshalters, die einen Zustand dar­ stellt, in dem die Kugeln in den Kugelpfannen Spiel haben;

Fig. 9 zeigt eine perspektivische Ansicht eines weite­ ren Konfigurationsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzkör­ per-Abstandshalters;

Fig. 10 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des in Fig. 9 dargestellten Wälzkörper-Abstandshal­ ters, der in ein inneres Element und ein äußeres Element zer­ legt ist.

Fig. 11 zeigt einen Längsschnitt des in Fig. 9 darge­ stellten Wälzkörper-Abstandshalters;

Fig. 12 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Beziehung zwischen einem Käfigabschnitt des in Fig. 9 darge­ stellten Wälzkörper-Abstandshalters und Kugeln darstellt. Nachstehend wird ein erfindungsgemäßer Wälzkörper-Ab­ standshalter anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Beispiel einer Kugel­ spindelvorrichtung, in der erfindungsgemäße Wälzkörper-Ab­ standshalter zusammen mit Kugeln in einer endlosen Umlaufbahn angeordnet sind. In diesen Zeichnungen bezeichnen das Bezugs­ zeichen 1 eine Spindelwelle, das Bezugszeichen 2 Kugeln und das Bezugszeichen 3 ein Gewinderingelement. Das Gewinderinge­ lement 3 befindet sich über viele Kugeln 2 im Eingriff mit der Spindelwelle 1.

An der äußeren Umfangsfläche der Spindelwelle 1 ist ei­ ne spiralförmige Kugellaufrille 10 ausgebildet, und an der in­ neren Umfangsfläche des Gewinderingelements 3 ist gegenüber der Kugellaufrille 10 der Spindelwelle 1 eine spiralförmige Lastlaufrille 30 ausgebildet. Die Kugellaufrille 10 und die Lastlaufrille 30 bilden eine spiralförmige Lastkugelbahn zwi­ schen der Spindelwelle 1 und dem Gewinderingelement 3. Präzise gesagt, wenn zwischen der Spindelwelle 1 und dem Gewindering­ element 3 eine relative Drehbewegung auftritt, rollen die Ku­ geln 2 spiralförmig in der Lastkugelbahn unter einer bestimm­ ten Last. Das Gewinderingelement 3 ist mit einem Rücklaufrohr 4 ausgestattet, das beide Enden der Lastkugelbahn miteinander verbindet, um eine endlose Umlaufbahn für die Kugeln 2 zu bil­ den, und wenn die Kugeln 2 nach dem Durchrollen durch die Lastkugelbahn von der Last befreit sind, rollen sie in einem unbelasteten Zustand im Rücklaufrohr 4 zum Einlaß der Lastku­ gelbahn zurück, wobei sie mehrere Windungen der Kugellaufrille 10 überspringen. Wenn daher die Spindelwelle 1 und das Gewin­ deringelement 3 eine relative Drehung gegeneinander ausführen, rollen die Kugeln 2 von der Lastkugelbahn zum Rücklaufrohr 4 und dann vom Rücklaufrohr 4 zur Lastkugelbahn und laufen in der endlosen Umlaufbahn um, die durch die Lastkugelbahn und das Rücklaufrohr 4 gebildet wird.

Um bei der Kugelspindelvorrichtung zu verhindern, daß die in der endlosen Umlaufbahn untergebrachten Kugeln 2 einan­ der berühren, wird zwischen jedem Paar aneinandergrenzender Kugeln 2, 2 ein Wälzkörper-Abstandshalter 5 eingefügt.

Die Fig. 3 bis 5 zeigen ein Konfigurationsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzkörper-Abstandshalters. Ein Wälz­ körper-Abstandshalter 5 weist ein im wesentlichen scheibenför­ mig gestaltetes inneres Element 5a und ein ringförmiges äuße­ res Element 5b auf, das eine äußere Umfangsfläche des inneren Elements 5a bedeckt, und das innere Element 5a und das äußere Element 5b sind untrennbar miteinander verbunden. An der Ober- und der Unterseite des inneren Elements 5a ist jeweils eine Kugelpfanne 50 ausgebildet, auf der eine Kugel 2 im Kontakt mit der Kugelpfanne gleitet. Die Kugeln 2 und die Wälzkörper- Abstandshalter 5 sind in der endlosen Umlaufbahn abwechselnd angeordnet, wodurch ein gegenseitiger Kontakt zwischen den in der endlosen Umlaufbahn rollenden Kugeln 2 verhindert wird, um einen stoßfreien Umlauf der Kugeln 2 und infolgedessen eine gleichmäßigere Drehbewegung des Gewinderingelements 3 relativ zur Spindelwelle 1 zu ermöglichen. Außerdem kann die auf Stöße zwischen den Kugeln zurückzuführende Geräuschentwicklung wäh­ rend des Betriebs der Kugelspindelvorrichtung unterdrückt wer­ den.

Die Kugelpfannen 50 sind in einer Hohlkugelform ausge­ bildet, die der Kugelfläche der Kugel 2 weitgehend ähnlich ist, und ist so gestaltet, daß die aneinandergrenzenden Kugeln 2 im wesentlichen ohne Zwischenraum mit den Kugelpfannen 50 in Kontakt gebracht werden. Das äußere Element 5b ist mit einem ringförmigen Käfigabschnitt 52 ausgebildet, so daß dieser die Kugelpfannen 50 umgibt. Die Ränder des Käfigabschnitts 52 ste­ hen in Anordnungsrichtung der Kugeln 2 (in seitlicher Richtung in der Ebene von Fig. 5) über die Ränder der Kugelpfannen 50 vor. Zwischen einer Kugel 2 und einem Rand eines Käfigab­ schnitts 52 ist jedoch ein Zwischenraum ausgebildet, wenn die Kugel 2 auf der Kugelpfanne 50 aufliegt, wie in Fig. 6 darge­ stellt.

Fig. 7 zeigt einen Zustand, in dem Kugeln 2 auf den Ku­ gelpfannen 50 eines Wälzkörper-Abstandshalters 5 aufliegen, wie oben beschrieben. Da die Kugelpfannen 50, wie oben be­ schrieben, in einer Hohlkugelform ausgebildet sind, die der Kugelfläche der Kugeln 2 im wesentlichen ähnlich ist, berühren die aufliegenden Kugeln 2 die Kugelpfannen 50 im wesentlichen ohne Zwischenraum, wie in der Zeichnung dargestellt. Wenn da­ her die Kugeln 2 und die Wälzkörper-Abstandshalter 50 ohne Zwischenraum in der endlosen Umlaufbahn der Kugelspindelvor­ richtung angeordnet sind, führen die Kugeln 2 auf den Kugel­ pfannen 50 der Wälzkörper-Abstandshalter 5 niemals eine insta­ bile Schüttelbewegung aus, so daß die Kugeln 2 und die Wälz­ körper-Abstandshalter 5 ohne Mäander- bzw. Schlängelbewegung in einer solchen endlosen Umlaufbahn umlaufen können.

Da ferner der rund um die Kugelpfannen 50 ausgebildete Käfigabschnitt 52 die auf den Kugelpfannen 50 aufliegenden Ku­ geln 2 nicht berührt und zwischen dem Käfigabschnitt und den Kugeln im wesentlichen keilförmige Zwischenräume ausgebildet sind, dringt ein an den Kugeln 2 anhaftendes Schmiermittel, wie z. B. Fett, in die Zwischenräume ein. Dadurch kann das Schmiermittel leicht in den Zwischenräumen zwischen den Kugeln 2 und den Kugelpfannen 50 hängenbleiben, die im Kontakt mit­ einander gleiten, wodurch eine sichere Schmierung zwischen den Kugeln 2 und der Laufrille 10 der Kugelspindelvorrichtung er­ möglicht wird, nicht nur weil die Zwischenräume zwischen den Kugeln 2 und den Wälzkörper-Abstandshaltern 5 zuverlässig ge­ schmiert werden können, sondern auch weil das Schmiermittel leicht auf die Oberflächen der Kugeln 2 aufgebracht werden kann, die sich nach dem Durchgang durch diese Zwischenräume nach außen bewegen.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen ein weiteres Konfigurati­ onsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wälzkörper-Abstandshal­ ters. Ein Wälzkörper-Abstandshalter 6 weist eine Struktur auf, die im wesentlichen ähnlich derjenigen des in den Fig. 3 bis 5 dargestellten Wälzkörper-Abstandshalters 5 ist, sich aber von dem Wälzkörper-Abstandshalter 5 nach der ersten Aus­ führungsform dadurch unterscheidet, daß an den Kugelpfannen 50 ringförmige Schmiermittelbehälter 51 ausgebildet sind; daß in der Nähe der Grenzen zwischen den Kugelpfannen 50 und dem Kä­ figabschnitt 52 ringförmige Rillen 53 ausgebildet sind; und daß das innere Element 5a mit einem Verriegelungsabschnitt 54 ausgebildet ist, um zu verhindern, daß es sich von dem äußeren Element 5b trennt. Daher werden Merkmale, die mit den in den Fig. 3 bis 5 dargestellten identisch sind, in den Fig. 9 bis 11 durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet und nicht aus­ führlich beschrieben.

Sowohl die Schmiermittelbehälter 51 als auch die ring­ förmigen Rillen 53 sind so geformt, daß sie für eine bessere Schmierung zwischen den Kugeln 2 und den Wälzkörper-Abstands­ haltern 6 sorgen und ermöglichen, daß ein Schmiermittel besser auf die Kugelflächen der Kugeln 2 aufgebracht wird. Wie beson­ ders in Fig. 12 dargestellt, tritt durch die Ausbildung der ringförmigen Rillen 53 an den Grenzen zwischen den Kugelpfan­ nen 50 und dem Käfigabschnitt 52 ein an den Kugeln 2 anhaften­ des Schmiermittel, wie z. B. Fett, durch die Zwischenräume zwischen dem Käfigabschnitt 52 und den Kugelflächen der Kugeln 2 in die ringförmigen Rillen 53 ein und bleibt in den ringför­ migen Rillen 53 zurück. Dadurch kann das Schmiermittel leicht in den Zwischenräumen zwischen den Kugeln 2 und den Kugelpfan­ nen 50 hängenbleiben, die sich in gleitendem Kontakt gegenein­ ander bewegen, und dadurch kann eine zuverlässige Schmierung zwischen den Kugeln 2 und der Laufrille 10 der Kugelspindel­ vorrichtung erreicht werden, nicht nur weil die Zwischenräume zwischen den Kugeln 2 und den Wälzkörper-Abstandshaltern 6 zu­ verlässig geschmiert werden können, sondern auch weil das Schmiermittel leicht auf die Oberflächen der Kugeln 2 aufge­ bracht werden kann, die sich nach dem Durchgang durch die ringförmigen Rillen 53 nach außen bewegen.

Wie in Fig. 10 dargestellt; steht der Verriegelungsab­ schnitt 54 von der äußeren Umfangsfläche des inneren Elements 5a vor, und in dem äußeren Element 5b ist eine Verankerungs­ bohrung 55 ausgebildet, die so an den Verriegelungsabschnitt 54 angepaßt ist, daß sich der Verriegelungsabschnitt 54 in die Verankerungsbohrung 55 einfügt, um das äußere Element 5b und das innere Element 5a starr zu vereinigen bzw. zusammenzubau­ en, wenn das äußere Element 5b an der äußeren Umfangsfläche des inneren Elements 5a angebracht wird. Das innere Element 5a und das äußere Element 5b können zwar getrennt geformt und später vereinigt werden, aber um die Herstellung des Wälzkör­ per-Abstandshalters 6 zu erleichtern, sollte das innere Ele­ ment 5a vorzugsweise durch Spritzguß geformt werden, wobei das äußere Element 5b vorgeformt und in die Form eingesetzt wird.

Erste Ausführungsform

Sowohl das innere Element 5a als auch das äußere Ele­ ment 5b werden aus Kunstharzen geformt, beide bestehen aus Po­ lyester-Werkstoff. Während jedoch der Polyester zum Formen des inneren Elements 5a einen Biegeelastizitätsmodul von 0,055 GPa aufweist, hat der Polyester zum Formen des äußeren Elements 5b einen Biegeelastizitätsmodul von 0,157 GPa. Bezüglich der Ver­ einigung des inneren Elements 5a und des äußeren Elements 5b können diese zwar getrennt vorgeformt und danach durch Verkle­ ben oder dergleichen zusammengebaut werden, sie können aber auch vereinigt werden, indem das äußere Element 5b vorgeformt und das innere Element 5a in einer Form spritzgegossen wird, in die das äußere Element 5b eingesetzt wird. Beim Spritzgie­ ßen kann ein geschmolzenes Harz in die Form eingepreßt werden, wobei die in dem äußeren Element 5b ausgebildete eine Veranke­ rungsbohrung 55 als Eingußkanal benutzt wird, und durch das Spritzgießen des inneren Elements auf diese Weise kann der Verriegelungsabschnitt 54 automatisch geformt werden, und es läßt sich verhindern, daß auf den Kugelpfannen 50 des inneren Elements 5a eine Angußschneidemarke zurückbleibt. Das äußere Element 5b wird durch Spritzgießen vor dem inneren Element 5a geformt, weil das äußere Element 5b aus einem Material be­ steht, das einen größeren Biegeelastizitätsmodul aufweist und härter ist als das innere Element 5a. Angenommen, das innere Element 5a, das weicher als das äußere Element 5b ist, wird zuerst durch Spritzgießen geformt. Dann kann das weichere in­ nere Element 5a durch einen Druck, der auf das später geform­ te, härtere äußere Element 5b angewandt wird, deformiert wer­ den, und das härtere äußere Element wird zuerst durch Spritz­ gießen geformt, um eine solche Störung zu vermeiden.

Als alternative Kombination von Harzmaterialien kann das innere Element aus einem Polyester mit einem Biegeelasti­ zitätsmodul von 0,118 GPa geformt werden, und das äußere Ele­ ment kann aus einem Polyester mit einem Biegeelastizitätsmodul von 0,470 GPa geformt werden.

Da bei der vorliegenden Ausführungsform das mit den Ku­ gelpfannen 50 geformte innere Element 5a aus einem Kunstharz mit niedrigem Biegeelastizitätsmodul geformt wird, dienen der­ artige Wälzkörper-Abstandshalter 5 als Stoßdämpfer zwischen den aneinandergrenzenden Kugeln 2, wodurch es möglich wird, eine Ermüdung der Kugeln 2 und die Geräuschentwicklung zu ver­ hindern, die auf wiederholte Stöße zwischen den Kugeln und den Wälzkörper-Abstandshaltern 5 während des Umlaufs in der endlo­ sen Umlaufbahn zurückzuführen sind. Selbst wenn sich die Ab­ stände zwischen den Kugeln 2, die zwischen dem Gewinderingele­ ment 3 und der Spindelwelle 1 unter einer gewissen Last rol­ len, wegen Fehlern, die bei der Ausbildung der Lastlaufrille 30 am Gewinderingelement 3 oder der Kugellaufrille 10 an der Spindelwelle 1 auftreten, ein wenig ändern, können derartige Abstandsänderungen durch eine Deformation des aus einem wei­ chen Harzmaterial geformten inneren Elements 5a ausgeglichen werden, wodurch das Problem der Blockierung der Kugeln 2 in der endlosen Umlaufbahn verhindert werden kann, da die Kugeln 2 einander nicht zwangsweise in der endlosen Umlaufbahn vor­ wärtstreiben. Im Falle einer Kugelspindelvorrichtung, in der solche Wälzkörper-Abstandshalter 5 in einer endlosen Umlauf­ bahn angeordnet sind, wird es dadurch möglich, einen stoßfrei­ en Betrieb mit geringen Drehmomentschwankungen zu erzielen. Unter diesem Gesichtspunkt weist ein Harzmaterial, das für das innere Element verwendet werden soll, vorzugsweise einen Bie­ geelastizitätsmodul im Bereich von etwa 0,05 bis 0,2 GPa auf.

Fig. 8 zeigt einen Zustand, in dem sich der Abstand zwischen aneinandergrenzenden Kugeln 2 erweitert hat, was dazu führt, daß die Kugeln 2 während des Umlaufs in der endlosen Umlaufbahn in den Kugelpfannen 50 des Wälzkörper-Abstandshal­ ters 5 Spiel haben. Ein derartiger Zustand kann zum Beispiel an einer bestimmten Stelle einer endlosen Umlaufbahn auftre­ ten, da es schwierig ist, die Kugeln 2 und die Wälzkörper-Ab­ standshalter 5 in einer endlosen Umlaufbahn einer Kugelspin­ delvorrichtung ohne Zwischenraum zwischen ihnen anzuordnen, und weil die Kugeln 2 und Wälzkörper-Abstandshalter 5 nach ei­ ner gewissen Einsatzdauer verschleißen. Wenn die Kugeln 2 auf diese Weise in den Kugelpfannen 50 Spiel haben, verliert der von beiden Seiten durch die Kugeln 2 eingezwängte Wälzkörper- Abstandshalter 5 seinen Halt und neigt dazu, sich aus dem Zwi­ schenraum zwischen den Kugeln 2 zu lösen bzw. herauszufallen. Im Falle des Wälzkörper-Abstandshalters 5 nach der vorliegen­ den Ausführungsform bedeckt jedoch das äußere Element 5b, das einen hohen Biegeelastizitätsmodul aufweist, die äußere Um­ fangsfläche des inneren Elements 5a. Dies wirkt sich so aus, daß das Herausfallen des Wälzkörper-Abstandshalters 5 aus dem Zwischenraum zwischen den Kugeln 2 auch dann verhindert wird, wenn das innere Element 5a wegen seiner elastischen Verformung zwischen den aneinandergrenzenden Kugeln 2 im Begriff ist, aus dem Zwischenraum zwischen den Kugeln 2 herauszufallen, da das äußere Element 5b nicht verformt wird und durch die Kugelflä­ che der Kugeln 2 aufgefangen wird. Besonders im Falle des Wälzkörper-Abstandshalters 5 nach der vorliegenden Ausfüh­ rungsform ist an dem äußeren Element 5b der Käfigabschnitt 52 ausgebildet, und die Ränder des Käfigabschnitts 52 stehen in der Richtung, in der die Kugeln 2 angeordnet sind, über die Ränder der Kugelpfannen 50 vor. Wenn daher der Wälzkörper- Abstandshalter 5 im Begriff ist, aus dem Zwischenraum zwischen aneinandergrenzenden Kugeln 2 herauszufallen, wird der Käfi­ gabschnitt 52, der bis dahin die Kugeln 2 nicht berührt hat, durch die Kugeln 2 wirksam aufgefangen, was dazu führt, daß das Herausfallen des Wälzkörper-Abstandshalters 5 aus dem Zwi­ schenraum zwischen den Kugeln 2 verhindert wird. Unter diesem Gesichtspunkt weist ein Harzmaterial, das für das äußere Ele­ ment eingesetzt werden soll, einen Biegeelastizitätsmodul im Bereich von etwa 0,15 bis 2,0 GPa auf.

Das heißt, der Wälzkörper-Abstandshalter 5 nach der er­ sten Ausführungsform ermöglicht einen stoßfreien bzw. gleich­ mäßigen Kugelumlauf in einer endlosen Umlaufbahn, während er eine Ermüdung der Kugeln und eine Geräuschentwicklung nach ei­ ner gewissen Einsatzdauer der Kugeln unterdrückt. Außerdem ist der Wälzkörper-Abstandshalter insofern vorteilhaft, als das Problem seines Herausfallens aus dem Zwischenraum zwischen an­ einandergrenzenden Kugeln wirksam verhindert werden kann.

Der Biegeelastizitätsmodul des äußeren Elements ist vorzugsweise mindestens etwa dreimal so groß, stärker bevor­ zugt mindestens etwa viermal so groß wie der Biegeelastizi­ tätsmodul des inneren Elements.

Zweite Ausführungsform

In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung wird das innere Element 5a aus einem Polyester mit einem Biegeelastizi­ tätsmodul von 0,157 GPa geformt, und das äußere Element wird aus einem Polyester mit einem Biegeelastizitätsmodul von 0,055 GPa geformt, im Gegensatz zur ersten Ausführungsform. Bezüg­ lich der Vereinigung des inneren Elements 5a und des äußeren Elements 5b können diese, ähnlich wie bei der ersten Ausfüh­ rungsform, durch Verkleben oder dergleichen zusammengefügt werden, und können alternativ auch durch Spritzgießen verei­ nigt werden. Da jedoch bei der zweiten Ausführungsform das in­ nere Element einen höheren Biegeelastizitätsmodul als das äu­ ßere Element aufweist, ist die Reihenfolge beim Spritzgießen umgekehrt zu der Reihenfolge bei der ersten Ausführungsform. Konkret gesagt, das Spritzgießen des inneren Elements 5a wird zuerst ausgeführt, und das Spritzgießen des äußeren Elements 5b erfolgt unter Verwendung einer Form, in die das innere Ele­ ment 5a eingesetzt wird. Während das Spritzgießen des inneren Elements bei der ersten Ausführungsform durch die Veranke­ rungsbohrung 55 des äußeren Elements ausgeführt werden muß, ist bei der zweiten Ausführungsform eine solche Überlegung nicht erforderlich, da das innere Element vor dem äußeren Ele­ ment geformt wird. Dadurch kann ein Wälzkörper-Abstandshalter im Vergleich zur ersten Ausführungsform leichter und mit ge­ ringeren Kosten geformt werden.

Da bei der vorliegenden Ausführungsform das innere Ele­ ment 5a aus einem Kunstharz mit hohem Biegeelastizitätsmodul geformt wird, mit anderen Worten, aus einem harten Kunstharz, werden die Kugelpfannen 50 des inneren Elements 5a auch nach wiederholten Stößen mit den Kugeln 2 nicht deformiert. Das heißt, das aus einem harten Kunstharz geformte innere Element 5a weist eine hervorragende Formbeständigkeit auf, und daher ist es möglich, das Herausfallen des Wälzkörper-Abstandshal­ ters 5 aus dem Zwischenraum zwischen den vor und hinter ihm angeordneten Kugeln 2 zu verhindern, da sich die Zwischenräume zwischen den Kugelpfannen 50 und den Kugeln 2 auch nach einer bestimmten Einsatzdauer nicht vergrößern. Wenn das innere Ele­ ment 5a aus einem harten Kunstharz geformt wird, weisen ferner die Kugelpfannen 50 verbesserte Verschleißschutzeigenschaften auf, wodurch sich gleichfalls verhindern läßt, daß sich die Zwischenräume zwischen den Kugelpfannen 50 und den Kugeln 2 mit der Zeit vergrößern. Unter diesem Gesichtspunkt weist ein Harzmaterial, das für das innere Element eingesetzt werden soll, vorzugsweise einen Biegeelastizitätsmodul im Bereich von etwa 0,15 bis 2,0 GPa auf.

Ferner kann eine solche Kugelspindelvorrichtung bei Verwendung in einer Werkzeugmaschine einem Kühlmittel ausge­ setzt sein, und es ist zu erwarten, daß die aus Kunstharzen bestehenden Wälzkörper-Abstandshalter 5 durch das Kühlmittel aufquellen. Wenn jedoch ein relativ hartes Kunstharz für das innere Element 5a eingesetzt wird, dann wird dieses durch das Kühlmittel verursachte Aufquellen des inneren Elements 5a stärker unterdrückt als im Falle eines weichen Kunstharzes, wodurch sich verhindern läßt, daß die Kugeln 2 und die Wälz­ körper-Abstandshalter 5 in der endlosen Umlaufbahn der Kugel­ spindelvorrichtung ohne jeden Zwischenraum zwischen ihnen eng miteinander in Kontakt kommen. Dadurch lassen sich das Pro­ blem, daß das zur Drehung der Spindelwelle 1 erforderliche Drehmoment mit der Zeit zunimmt, und das Problem der Blockie­ rung der Kugeln 2 und der Wälzkörper-Abstandshalter 5 in der endlosen Umlaufbahn vermeiden.

Da in der vorliegenden Ausführungsform ein Kunstharz mit niedrigem Biegeelastizitätsmodul, oder ein weiches Harz, für das äußere Element 5b verwendet wird, kann sich zum Bei­ spiel auch dann, wenn ein Wälzkörper-Abstandshalter 5 während des Umlaufs in der endlosen Umlaufbahn an einer Stufe in der endlosen Umlaufbahn hängenbleibt, der Wälzkörper-Abstandshal­ ter infolge der elastischen Verformung des äußeren Elements 5b leicht lösen. Dadurch können die Wälzkörper-Abstandshalter 5 und die Kugeln 2 in der endlosen Umlaufbahn stoßfrei bzw. gleichmäßig umlaufen. Da ferner die Zähigkeit des äußeren Ele­ ments 5b verbessert wird, läßt sich jede Beschädigung des äu­ ßeren Elements 5b verhindern, die auf Stöße mit den Kugeln 2 und der Innenwand der endlosen Umlaufbahn zurückzuführen ist, selbst wenn das äußere Element 5b mit einer geringen Dicke ausgebildet ist. Unter diesem Gesichtspunkt weist ein Harzma­ terial, das für das äußere Element eingesetzt werden soll, ei­ nen Biegeelastizitätsmodul im Bereich von etwa 0,05 bis 0,2 GPa auf.

Der Wälzkörper-Abstandshalter 5 nach der zweiten Aus­ führungsform, bei der das innere Element 5a aus einem Harzma­ terial mit höherem Biegeelastizitätsmodul als dem des äußeren Elements 5b geformt wird, ist insofern vorteilhaft, als das Problem des Herausfallens des Wälzkörper-Abstandshalters 5 aus dem Zwischenraum zwischen aneinandergrenzenden Kugeln 2 wirk­ sam verhindert werden kann, indem jede Erweiterung der Zwi­ schenräume zwischen den Kugeln 2 und dem Wälzkörper- Abstandshalter 5 als Ergebnis einer bestimmten Einsatzdauer verhindert wird, und ein stoßfreier Umlauf der Kugeln 2 in ei­ ner endlosen Umlaufbahn erzielt werden kann, indem verhindert wird, daß der Wälzkörper-Abstandshalter 5 an einer Stufe in der endlosen Umlaufbahn hängenbleibt.

Claims (8)

1. Wälzkörper-Abstandshalter, der in einer Wälzfüh­ rungsvorrichtung verwendet wird, in der ein Elementepaar mit einer endlos umlaufenden Reihe dazwischen eingefügter Kugeln eine kontinuierliche Relativbewegung ausführt, und der zwi­ schen aneinandergrenzenden Kugeln in der endlosen Umlaufbahn eingefügt ist und zusammen mit den Kugeln umläuft, wobei der Wälzkörper-Abstandshalter ein scheibenförmiges inneres Element mit einem Paar Kugelpfannen, die sich im Gleitkontakt mit den Kugeln befinden, und ein ringförmiges äußeres Element auf­ weist, das eine äußere Umfangsfläche des inneren Elements be­ deckt, wobei das äußere Element und das innere Element aus Kunstharzen mit unterschiedlichem Biegeelastizitätsmodul ge­ formt sind.

2. Wälzkörper-Abstandshalter nach Anspruch 1, wobei das äußere Element aus einem Harzmaterial geformt ist, das einen höheren Biegeelastizitätsmodul als das innere Element auf­ weist.

3. Wälzkörper-Abstandshalter nach Anspruch 1, wobei das innere Element aus einem Harzmaterial geformt ist, das einen höheren Biegeelastizitätsmodul als das äußere Element auf­ weist.

4. Wälzkörper-Abstandshalter 1, wobei das äußere Ele­ ment und das innere Element aus Harzmaterialien vom gleichen Typ geformt sind.

5. Wälzkörper-Abstandshalter nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, wobei das äußere Element außer Kontakt mit auf den Kugel­ pfannen des inneren Elements aufliegenden Kugeln gehalten wird.

6. Wälzkörper-Abstandshalter nach Anspruch 5, wobei das äußere Element mit einem ringförmigen Käfigabschnitt ausgebil­ det ist, der über die Ränder der Kugelpfannen in der Richtung hervorsteht, in der die Kugeln angeordnet sind.

7. Wälzkörper-Abstandshalter nach Anspruch 6, wobei zwischen den Kugelpfannen und dem Käfigabschnitt eine ringför­ mige Rille ausgebildet ist, die als Schmiermittelbehälter dient.

8. Wälzführungsvorrichtung mit einem Wälzkörper- Abstandshalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7.