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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wälzkörper-Schraubvorrichtung
mit einer Vielzahl von Wälzkörpern, die zwischen
einem Schraubenschaft und einem Mutterhauptkörper rollfähig
angeordnet sind.
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Beschreibung der verwandten
Technik
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Eine
Wälzkörper-Schraubvorrichtung ist ein mechanisches
Element zum Umwandeln von Drehbewegung in Linearbewegung. Um die
Reibung zu verringern, die auftritt, wenn ein Schraubenschaft gegenüber
einer Mutter gedreht wird, gibt es eine Vielzahl von Wälzkörper
wie Kugeln oder Laufrollen, die zwischen dem Schraubenschaft und
dem Mutterhauptkörper rollfähig angeordnet sind.
Die zwischen dem Schraubenschaft und der Mutter rollenden Wälzkörper
können durch in der Mutter montierte Umlaufelemente in
Umlauf versetzt werden. Es gibt verschiedene Systeme für
die die Wälzkörper in Umlauf versetzende Umlaufelemente
wie etwa eine Rücklaufleitung und ein Abschlusskappensystem.
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Das
Rücklaufleitungssystem ist ein sehr gebräuchliches
Umlaufsystem, um die Wälzkörper durch eine an
einem Außendurchmesserabschnitt des Mutterhauptkörpers
montierte Rücklaufleitung in Umlauf zu versetzen. Beide
Enden der Rücklaufleitung sind in eine Torform gebogen
und werden in den Außendurchmesserabschnitt der Mutter
eingeführt. Die in dem belasteten Wälzkörper-Wälzkanal
zwischen dem Schraubenschaft und der Mutter rollenden Wälzkörper
rollen zu einem Ende des belasteten Wälzkörper-Wälzkanals,
werden in die Rücklaufleitung aufgenommen, rollen durch
die Rücklaufleitung als unbelastetem Rückführkanal
und werden dann zum anderen Ende des belasteten Wälzkörper-Wälzkanals
zurückgeführt.
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Das
Abschlusskappensystem ist so gestaltet, dass ein gerader Kanal,
der sich parallel zur axialen Linie des Mutterhauptkörpers
erstreckt, und ein Paar Abschlusskappen, die an den jeweiligen Endflächen
in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers befestigt sind,
verwendet werden, um die Wälzkörper in Umlauf
zu bringen. In jeder Abschlusskappe ist ein Richtungswechselkanal
ausgebildet, der den geraden Kanal des Mutterhauptkörpers
mit dem belasteten Wälzkörper-Wälzkanal
verbindet.
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Die
offengelegte
japanische Patentschrift
Nr. 46-31564 beschreibt eine Kugelumlaufspindel, die das
Umlaufsystem vom Typ Abschlusskappe einsetzt, bei dem Kugeln durch
einen Kugelrücklaufkanal in Umlauf gebracht werden, der
sich in dem Mutterhauptkörper in axialer Richtung erstreckt
und bei dem Blöcke und Stifte an den jeweiligen Enden des Kugelrücklaufkanals
vorgesehen sind. In jedem Block ist ein Richtungswechselkanal so
ausgebildet, dass er eine belastete Kugelrollnut einer Mutter und den
Kugelrücklaufkanal verbindet. Sobald eine Kugel zu einem
Ende des belasteten Kugelwälzkanals rollt, wird sie durch
ein Spitzenende des Stifts in den Block aufgenommen und durch den
Richtungswechselkanal des Blocks in den sich gerade erstreckenden Rücklaufkanal
gelenkt.
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Bei
der im obigen Dokument offengelegten Kugelumlaufspindel werden sich
in dem belasteten Kugelrollkanal bewegende Kugeln in tangentialer Richtung
eines Kreises aufgenommen, in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers
betrachtet. Daher ist der Richtungswechselkanal des Blocks in tangentialer
Richtung zum belasteten Kugelrollkanal angeordnet und eine Öffnung
zum Aufnehmen des Blocks ist auch in tangentialer Richtung zum belasteten
Kugelrollkanal ausgebildet. In axialer Richtung des Mutterhauptkörpers
gesehen, kreuzen sich die Mittellinie des Richtungswechselkanals
des Vorderseitenblocks und die Mittellinie des Richtungswechselkanals
des Rückseitenblocks in einer V-Form (siehe
2 von
JP 46-31564 B )
und die Öffnungen zum Aufnehmen des jeweiligen Blocks sind
im Außendurchmesserabschnitt des Mutterhauptkörpers
in den beiden sich kreuzenden Richtungen ausgebildet. Wenn die Öffnungen
im Außendurchmesserabschnitt des Mutterhauptkörpers
in den verschiedenen beiden Richtungen ausgebildet sind, besteht
auch bei Verwendung einer Verbunddrehmaschine die Notwendigkeit,
den Mutterhauptkörper erneut zu fassen oder den Mutterhauptkörper
zu drehen, was Schwierigkeiten bereitet. Wenn die Öffnungen
in zwei Richtungen ausgebildet werden können, ist die Lage
jeder der beiden Öffnungen manchmal gegenüber
der belasteten Kugelrollnut des Mutterhauptkörpers versetzt.
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Dann
stellt die vorliegende Erfindung eine Wälzkörper-Schraubvorrichtung
zur Verfügung, bei der in einem Außendurchmesserabschnitt
eines Mutterhauptkörpers leicht eine Aussparung zum Einführen
eines Umlaufelements ausgebildet werden kann.
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Kurze Zusammenfassung der
Erfindung
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Eine
beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird unten beschrieben.
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Um
die oben erwähnten Probleme zu lösen, ist ein
Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Wälzkörper-Schraubvorrichtung,
die umfasst:
einen Schraubenschaft mit einer spiralenförmigen Wälzkörper-Wälznut,
die an einer äußeren Umfangsfläche desselben
ausgebildet ist;
einen Mutterhauptkörper mit einer
spiralenförmigen belasteten Wälzkörper-Wälznut,
die an einer inneren Umfangsfläche desselben ausgebildet
ist und sich der Wälzkörper-Wälznut des
Schraubenschafts zuwendet;
eine Vielzahl von Wälzkörpern,
die in einem Wälzkörper-Umlaufkanal angeordnet
sind, der einen belasteten Wälzkörper-Wälzkanal
zwischen der belasteten Wälzkörper-Wälznut
des Mutterhauptkörpers und der Wälzkörper-Wälznut
des Schraubenschaft umfasst;
einen geraden Kanal, der in dem
Mutterhauptkörper vorhanden ist und ein Loch aufweist,
das sich parallel zu einer Axiallinie des Mutterhauptkörpers
erstreckt; und
ein Paar Umlaufelemente, die an den jeweiligen
Enden des geraden Kanals des Mutterhauptkörpers vorgesehen
sind und jedes einen darin ausgebildeten Richtungswechselkanal zum
Verbinden des belasteten Wälzkörper-Wälzkanals
mit dem geraden Kanal aufweist, die Umlaufelemente in einem Außendurchmesserabschnitt
des Mutterhauptkörpers ausgebildet sind und in ein jeweils
mit dem geraden Kanal verbundenes Paar Aussparungen passen, der Richtungswechselkanal
von jedem der Umlaufelemente einen mit dem belasteten Wälzkörper-Wälzkanal
verbundenen Kurvenkanal besitzt und der Kurvenkanal so ausgebildet
ist, dass eine Bahn des Mittelpunkts von jedem der sich in dem Kurvenkanal
bewegenden Wälzkörper eine Bogenform annimmt,
in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers betrachtet.
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Nach
diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der in jedem der paarweisen
Umlaufelemente, die an den jeweiligen Enden des geraden Kanals des
Mutterhauptkörpers vorhandenen sind, der Kurvenkanal so
ausgebildet, dass die Mittellinie eine Kreisbogenform annimmt, in
der axialen Richtung des Mutterhauptkörpers betrachtet.
In axialer Richtung des Mutterhauptkörpers gesehen kann
die Strecke von der Stelle, wo jeder Wälzkörper
aufgenommen wird, bis zur Stelle, wo der Wälzkörper
in den geraden Kanal im Umlaufelement gelenkt wird, kürzer
sein als die Strecke eines herkömmlichen Blocks, bei dem
ein Richtungswechselkanal ausgebildet ist, um die Wälzkörper
in tangentialer Richtung eines belasteten Wälzkörper-Wälzkanals
aufzunehmen. Daher kann die Einführrichtung in die Aussparung
von einem der paarigen Umlaufelemente, die an den jeweiligen Enden
des geraden Kanals des Mutterhauptkörpers vorhanden sind,
dieselbe sein wie diejenige des anderen Umlaufelements und die Bearbeitung
der Aussparungen in dem Mutterhauptkörper kann erleichtert
werden.
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Kurze Beschreibung verschiedener
Ansichten der Zeichnungen
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Die
obigen und andere Ziele und Merkmale der Erfindung werden durch
die Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit
den beigefügten Zeichnungen deutlicher, in welcher ein Beispiel
beispielhaft dargestellt wird. Für die Zeichnungen gilt:
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Kugelumlaufspindel nach einer
ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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2 ist
die Ansicht von einem Querschnitt der Kugelumlaufspindel.
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3 ist
eine Ansicht von einem Querschnitt einer belasteten Kugelrollnut
einer Mutter und einer Kugelrollnut eines Schraubenschafts.
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4 ist
eine Draufsicht auf die Kugelumlaufspindel.
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5 ist
eine Draufsicht auf einen Mutterhauptkörper.
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6 ist
die Ansicht von einem Querschnitt von einem Mutterhauptkörper,
an dem ein Umlaufelement montiert ist, aus einer Blickrichtung rechtwinklig zu
der Axiallinie des Mutterhauptkörpers.
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7 ist
eine Ansicht, die einen Kugelumlaufkanal darstellt.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht von einem unbelasteten Rücklaufkanal,
der auf dem Schraubenschaft ausgebildet ist.
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9 ist
eine Ansicht, die eine Mittellinie des Kugelumlaufkanals darstellt,
gesehen von der Seite der Seitenfläche der Mutter.
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10 ist
eine Ansicht, die eine Mittellinie des unbelasteten Rücklaufkanals
darstellt, in axialer Richtung der Mutter betrachtet.
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11 ist
eine perspektivische Ansicht des Umlaufelements.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht des Umlaufelements, von unten betrachtet.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer Kugelumlaufspindel als eine Wälzkörper-Schraubvorrichtung
nach einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung. Die Kugelumlaufspindel besitzt einen Schraubenschaft 1,
der eine spiralenförmige Kugelrollnut 1a als eine
Wälzkörper-Wälznut aufweist, die an einer
Außenumfangsfläche desselben ausgebildet ist,
und einen Mutterhauptkörper 2, der eine spiralenförmige
belastete Kugelrollnut 2a als eine belastete Wälzkörper-Wälznut aufweist,
die an einer Innenumfangsfläche desselben ausgebildet ist
und sich der Kugelrollnut 1a zugewendet. In einem belasteten
Kugelrollkanal 3 zwischen der belasteten Kugelrollnut 2a des
Mutterhauptkörpers 2 und der Kugelrollnut 1a des
Schraubenschafts 1 ist eine Vielzahl von Kugeln 7 (siehe 3)
als Wälzkörper rollfähig angeordnet.
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In
der Kugelumlaufspindel sind Kugelumlaufkanäle vorhanden,
um die Kugeln 7 in Umlauf zu bringen. In dieser Ausführungsform
sind zwei in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 zueinander
versetzte Kanäle und zwei in Umfangsrichtung des Mutterhauptkörpers 2 zueinander
versetzte Kanäle vorgesehen. Insgesamt sind hier vier Kugelumlaufkanäle 4 vorhanden.
Die Anzahl der Kugelumlaufkanäle 4 wird entsprechend
der Anzahl der belasteten Kugelrollkanäle und einer Belastung
auf die Kugelumlaufspindel in geeigneter Weise bestimmt.
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Die
beiden Kugelumlaufkanäle 4 sind in axialer Richtung
des Mutterhauptkörpers 2 voneinander versetzt
vorgesehen, um die Kugelumlaufspindel vorzuspannen und um die Anzahl
der Wendungen (turns) jedes Kugelumlaufkanals 4 zu verringern. Wenn
die Anzahl der Wendungen des Kugelumlaufkanals 4 erhöht
wird, falls die Montagegenauigkeit der Kugelumlaufspindel an eine
andere Vorrichtung und die Fertigungsgenauigkeit der Kugelrollnuten 1a und
der belasteten Kugelrollnuten 2a vermindert sind, rollen
die Kugeln 7, die sich in einer Position befinden, kurz
bevor oder nachdem sie auf dem belasteten Kugelrollkanal 3 rollen,
manchmal mit verschiedenen Bewegungsgeschwindigkeiten und werden aneinander
gestoßen. Dieses Phänomen wird vermieden, indem
die Anzahl der Wendungen jedes Kanals verringert wird.
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Da
ferner die beiden Kugelumlaufkanäle 4 in Umfangsrichtung
des Mutterhauptkörpers 2 zueinander versetzt angeordnet
sind, können die Kugeln 7 jeweils in den beiden
belasteten Kugelrollkanälen 3 umlaufen. Da zwei
belastete Kugelrollkanäle 3 vorhanden sind, kann
der Mutterhauptkörper 2 mit einer hohen Geschwindigkeit
bewegt werden und die Stabilität kann vergrößert
werden.
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Jeder
der Kugelumlaufkanäle 4 umfasst einen spiralenförmigen
belasteten Kugelrollkanal 3, der zwischen der Kugelrollnut 1a des
Schraubenschafts 1 und der belasteten Kugelrollnut 2a des
Mutterhauptkörpers 2 ausgebildet ist, und einen
unbelasteten Rücklaufkanal 9, der ein Ende des
belasteten Kugelrollkanals 3 mit dem anderen verbindet.
in dem belasteten Kugelrollkanal 3 wird jede Kugel 7 zwischen
der belasteten Kugelrollnut 2a des Mutterhauptkörpers 2 und
der Kugelrollnut 1a des Schraubenschafts 1 eingeschlossen
und hält einer Druckbelastung stand. Im unbelasteten Rücklaufkanal 9 bewegt
sich die Kugel so, wie sie durch ihre nachfolgende Kugel 7 gestoßen
wird ohne Druckbelastung.
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Der
unbelastete Rücklaufkanal 9 umfasst einen geraden
Kanal 5, der sich parallel zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 erstreckt,
und ein Paar Richtungswechselkanäle 6, die an
den jeweiligen Enden des geraden Kanals 5 vorhanden sind.
Der gerade Kanal 5 ist eine Bohrung, die im Mutterhauptkörper 2 von
einer Endoberfläche des Mutterhauptkörpers 2 so
ausgebildet ist, dass sie parallel zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 verläuft.
Jeder Richtungswechselkanal 6 ist innerhalb eines Umlaufelements 8 als
eine Umlaufelementpassung im äußeren Durchmesserabschnitt
des Mutterhauptkörpers 2 ausgebildet. Ein Paar
Umlaufelemente 8 ist an entsprechenden Enden von jedem
geraden Kanal 5 vorgesehen. In der herkömmlichen
Kugelumlaufspindel vom Typ mit Abschusskappe ist ein Richtungswechselkanal 6 in
einer Abschlusskappenpassung (Endoberflächen-Bauteil) in
der Endoberfläche der Mutter in Axialrichtung ausgebildet.
In der Kugelumlaufspindel der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist
andererseits der Richtungswechselkanal 6 in der Passung
des Umlaufelements 8 ausgebildet, welches am Außendurchmesserabschnitt
des Mutterhauptkörpers 2 angebracht ist. Der im
Umlaufelement 8 ausgebildete Richtungswechselkanal 6 verbindet
ein Ende des geraden Kanals 5 mit einem Ende des spiralenförmigen
belasteten Kugelrollkanals 3.
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2 ist
ein Querschnitt von dem Mutterhauptkörper 2 und
dem Schraubenschaft 1. In der Außenumfangsfläche
des Schraubenschafts 1 sind zwei Kugelrollnuten 1a mit
einer vorgegebenen Gewindesteigung durch Fräsen oder Walzen
ausgebildet. Die Anzahl der Kugelrollnuten 1a kann eins, zwei,
drei oder jede andere Zahl sein, die in geeigneter Weise festgelegt
werden kann. Wie in 3 zu sehen ist, besitzt jede
Kugelrollnut 1a einen Querschnitt mit Spitzbogenform, der
zwei Kreisbögen 10 mit einem Radius aufweist,
der geringfügig größer als der Radius
der Kugel 7 ist. Die Mittelpunkte C1 der beiden Bögen
der Spitzbogennut sind vom Mittelpunkt C2 der Kugel 7 entfernt
angeordnet. Die Kugel 7 ist an zwei Punkten mit der Kugelrollnut 1a in
Form der Spitzbogennut in Kontakt. Die Gerade L1, die den Mittelpunkt
C2 der Kugel 7 mit dem Tiefpunkt 12 der Spitzbogennut
verbindet, bildet einen Kontaktwinkel θ mit der Geraden,
die den Mittelpunkt C2 der Kugel 7 und den Kontaktpunkt 13 der
Kugel 7 verbindet, und der Kontaktwinkel θ wird
z. B. auf 40 bis 50 Grad eingestellt. Die Kugelrollnut 1a wird
zuerst einer Wärmebehandlung und dann einer Schleifbearbeitung unterzogen.
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Wie
in 2 dargestellt, sind in der Innenumfangsfläche
des Mutterhauptkörpers 2 durch Fräsen
zwei spiralenförmige belastete Kugelrollnute 2a mit
einer vorgegebenen Gewindesteigung ausgebildet. An einem Ende in
axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 ist
ein Flansch 2b ausgebildet, um den Mutterhauptkörper 2 an
einer anderen Vorrichtung zu befestigen. Wie in 3 zu
sehen ist, besitzt die belastete Kugelrollnut 2a einen
Querschnitt in Spitzbogenform, die zwei Kreisbögen 10 mit
einem Radius umfasst, der geringfügig größer
als der Radius der Kugel 7 ist. Die Form der Spitzbogennut
ist dieselbe wie diejenige der Kugelrollnut 1a des Schraubenschafts 1.
Die belastete Kugelrollnut 2a wird zuerst einer Wärmebehandlung
und dann einer Schleifbearbeitung unterzogen.
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Um
die Kugelumlaufspindel vorzuspannen, müssen die belasteten
Kugelrollnute 2a von zwei Kugelumlaufkanälen 4,
die im Mutterhauptkörper 2 in axialer Richtung
zueinander versetzt angeordnet sind, phasenverschoben sein. Indem,
mit anderen Worten gesagt, die Gewindesteigung der linksseitigen
belasteten Kugelrollnut 2a zu der Gewindesteigung der rechtsseitigen
belasteten Kugelrollnut 2a passt, ist die linksseitige
belastete Kugelrollnut 2a in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 gegenüber
der rechtsseitigen Kugelrollnut 2a versetzt. Da sie gegeneinander
versetzt sind, wird der Abstand zwischen der linksseitigen belasteten
Kugelrollnut 2a und der rechtsseitigen belasteten Kugelrollnut 2a ausgedrückt
durch L (Gewindesteigung) × n (natürliche Zahl) ± δ (Versatzstrecke).
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Weil
nach dieser beispielhaften Ausführungsform die Umlaufelemente 8 in
einem Paar desselben Umlaufsystems benutzt werden, das in den Außendurchmesserabschnitt
des Mutterhauptkörper 2 eingepasst ist, ist es
möglich, in dem einzelnen Mutterhauptkörper 2 zwei
oder mehr in axialer Richtung zueinander versetzte Kugelumlaufkanäle 4 vorzusehen.
Aus diesem Grund kann das Vorspannen erleichtert werden. Die Formen
der paarigen Umlaufelemente 8 sind identisch. Hier kann
das Doppelmuttersystem so angepasst werden, dass zwei Mutterhauptkörper
in axialer Richtung miteinander verbunden werden und ein Abstandshalter
zwischen den beiden Mutterhauptkörpern vorgesehen wird,
um die Schraubvorrichtung vorzuspannen, oder das System kann so
angepasst werden, dass die Phase des Schraubenschafts 1 an
einem Mittelpunkt versetzt wird, um damit die Schraubvorrichtung
vorzuspannen.
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In
dieser beispielhaften Ausführungsform sind in der Kugelumlaufspindel
insgesamt vier Kugelumlaufkanäle 4 vorhanden.
In dem Mutterhauptkörper 2 sind entsprechend den
vier Kugelumlaufkanälen 4 vier gerade Kanäle 5 ausgebildet.
Wie in 2 dargestellt, sind zwei gerade Kanäle 5 an
einer Seite des Mutterhauptkörpers 2 in axialer
Richtung des Mutterhauptkörpers so ausgerichtet, dass die Mittellinien
der beiden geraden Kanäle 5 übereinstimmen.
Die beiden geraden Kanäle 5 werden einmalig ausgebildet,
indem Durchgangsbohrungen von einer Endoberfläche des Mutterhauptkörpers
zur anderen Endoberfläche mittels Bohrer oder ähnlichem gebildet
werden. Da die Mittellinien der beiden geraden Kanäle 5 übereinstimmen,
können die Arbeitskosten für die Durchgangsbohrungen
verringert werden. Zwei gerade Kanäle auf der anderen Seite
können auch einmalig ausgebildet werden, indem Durchgangsbohrungen
von einer Endoberfläche des Mutterhauptkörpers
zur anderen Endoberfläche mittels Bohrer oder ähnlichem
gebildet werden.
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An
jedem Ende eines jeden der geraden Kanäle 5 des
Mutterhauptkörpers 2 ist eine Aussparung 15 ausgebildet,
die von der Seitenoberfläche des Mutterhauptkörpers 2 bearbeitet
wird. Das Umlaufelement 8 wird in diese Aussparung 15 eingepasst (siehe 4).
Wie in der Draufsicht des Mutterhauptkörpers 2 in 5 zu
sehen ist, besitzt die Aussparung 15 eine Bodenfläche 16,
auf der das Umlaufelement 8 angebracht wird, eine Innenwand 17,
die das Umlaufelement 8 umschließt, und eine Durchgangsbohrung 18,
die in der Bodenfläche 16 ausgebildet ist. In
der Bodenfläche 16 ist eine Hohlschraube (nicht
gezeigt) zum Befestigen des Umlaufelements 8 ausgebildet.
In die Durchgangsbohrung 18 hindurch wird ein Einführungsabschnitt 21 (wird
später beschrieben) des Umlaufelements 8 eingeführt.
Die ebene Form der Innenwand 17 wird zu einer rechteckigen
Form mit abgeschrägten Ecken ausgebildet. Die Bodenfläche 16 ist
so ausgebildet, dass sie eine Stufe unterhalb der Außenumfangsfläche
des Mutterhauptkörpers 2 eben ist. Die Bodenfläche 16 und
die Innenwand 17 stehen senkrecht zueinander. Wie in 6 dargestellt,
ist im Querschnitt, der senkrecht zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 verläuft,
die Innenwand 17 der Aussparung 15 parallel zur
Gerade L2, die den Mittelpunkt P2 des geraden Kanals 5 mit
der Axiallinie P1 des Mutterhauptkörpers 2 verbindet.
Damit die paarigen Umlaufelemente 8 von der Außenseite
des Mutterhauptkörpers 2 in Richtung der Gerade
L2 in die jeweiligen paarweisen Aussparungen 15 eingefügt
werden können, sind die Innenwände 17 der
an den jeweiligen Enden der geraden Kanäle 5 paarweise
angeordneten Aussparungen 15 parallel zueinander ausgebildet.
Jede Aussparung 15 wird unter Verwendung einer Fräsmaschine
wie etwa einem Fingerfräser, der Klingen an der Spitze
und am Außenumfang in Zylinderform aufweist, ausgebildet, indem
die Fräsmaschinenklingen in die Seitenoberfläche
des Mutterhauptkörpers 2 eingeführt werden, die
Fräsmaschinenklingen in Bewegung versetzt werden und dann
der Mutterhauptkörper 2 vorgeschoben wird. Wenn
eine Vielzahl von Gruppen von Aussparungen 15 in dem Außendurchmesserabschnitt
des Mutterhauptkörpers 2 ausgebildet ist, können
diese durch Fräsen im Außendurchmesserabschnitt
des Mutterhauptkörpers 2 in derselben Richtung
ausgebildet werden und es besteht keine Notwendigkeit den Mutterhauptkörper 2 erneut
einzuspannen oder zu drehen. Daher kann die Herstellung von Gruppen
mehrfacher Aussparungen 15 vereinfacht werden.
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Da
ferner der Umfang der Arbeiten zum Ausbilden der Aussparungen 15 minimiert
werden kann, kann die Arbeitsgenauigkeit leicht sichergestellt werden,
Verformung aufgrund von Wärmebehandlung tritt kaum auf
oder der Lastausgleich beim Drehen der Mutter kann optimiert werden.
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In
der Draufsicht von 5 ist die belastete Kugelrollnut 2a auf
der Rückseite des Mutterhauptkörpers 2 durch
die Durchgangsbohrung 18 hindurch dargestellt. Der runde
Teil innerhalb der Durchgangsbohrung 18 ist ein sich überlappender
Teil der oberen Durchgangsbohrung 18 und der unteren Durchgangsbohrung 18 des
Mutterhauptkörpers 2.
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Wenn
der Schraubenschaft 1 gegenüber dem Mutterhauptkörper 2 gedreht
wird, rollt jede Kugel 7 im belasteten Kugelrollkanal 3 zwischen
dem Mutterhauptkörper 2 und dem Schraubenschaft 1.
Da die Kugelrollnut 1a des Schraubenschafts 1 und
die belastete Kugelrollnut 2a des Mutterhauptkörpers 2 eine
vorgegebene Gewindesteigung aufweisen, bewegt sich der Mutterhauptkörper 2 durch
Drehung des Schraubenschafts 1 linear in axialer Richtung. Sobald
jede Kugel 7, wie in 7 dargestellt,
bis zu einem Ende des belasteten Kugelrollkanals 3 rollt, wird
sie in den Richtungswechselkanal 6 des Umlaufelements 8 geleitet.
Nachdem sie den Richtungswechselkanal 6 des Umlaufelements 8 durchlaufen hat,
wird die Kugel 7 in den geraden Kanal 5 des Mutterhauptkörpers 2 gelenkt.
Dann läuft die Kugel 7 durch den geraden Kanal 5 des Mutterhauptkörpers 2,
wird in den Richtungswechselkanal 6 des anderen Umlaufelements 8 gelenkt
und wird zum anderen Ende des belasteten Kugelrollkanals 3 zurückgeführt.
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8 ist
eine perspektivische Ansicht von einem unbelasteten Rücklaufkanal 9,
der auf dem Schraubenschaft 1 ausgebildet ist. Da der gerade Kanal 5 parallel
zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 verläuft
und die Kugeln 7 parallel zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 umlaufen,
können der Einlass und der Auslass des unbelasteten Rücklaufkanals 9 nahe
beieinander angeordnet werden, in Axialrichtung des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet.
Daher kann die Anzahl der Wendungen des belasteten Kugelrollkanals 3 nahe
einer ganzen Zahl sein. Da die Kugeln 7 ferner am Kurvenkanal 22 (wird
später im Detail erläutert) des Umlaufelements 8 so
aufgenommen werden, dass sie einen Kreisbogen beschreiben, können
sie sanft umlaufen.
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9 stellt
die Mittellinie des Kugelumlaufkanals (Bahn des Mittelpunkts jeder
Kugel 7) dar, von der Seite des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet,
und 10 stellt die Mittellinie des unbelasteten Rücklaufkanals 9 (Bahn
des Mittelpunkts jeder Kugel 7) dar, in axialer Richtung
des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet. Wie in 9 dargestellt,
ist der unbelastete Rücklaufkanal 9 aufgeteilt
in einen geraden Kanal 5 und Richtungswechselkanäle 6,
die an den jeweiligen Enden des geraden Kanals 5 vorhanden
sind. Jeder Richtungswechselkanal 6 teilt sich in einen Kurvenkanal 22 und
einen Radialrichtungskanal 23. Die Mittellinie des mit
dem Kurvenkanal 22 verbundenen Radialrichtungskanals 23 erstreckt
sich zunächst in radialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2, krümmt
sich dann um 90 Grad in eine Kreisbogenform zum Mittelpunkt in die
Axialrichtung des Mutterhauptkörpers 2 und wird
mit dem geraden Kanal 5 verbunden. Die Mittellinie des
Kurvenkanals 22 verläuft senkrecht zur Axiallinie 2f des
Mutterhauptkörpers 2, von der Seite des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet.
Die Mittellinie des Kurvenkanals 22 kann entsprechend der
Gewindesteigung geneigt sein. Wie in 8 zu sehen
ist, ist der Kurvenkanal 22 mit dem Radialrichtungskanal 23 verbunden,
um die Kugeln 7 in radialer Richtung zu bewegen, in axialer Richtung
des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet.
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Wie
in 10 zu sehen ist, ist der Kurvenkanal 22,
in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet,
als ein zum Schraubenschaft 1 konvex gekrümmter
Kreisbogen ausgebildet und ist mit dem kreisförmigen belasteten
Kugelrollkanal 3 in Kontakt. Der Kontaktpunkt P3 des Kurvenkanals 22 und
des belasteten Kugelrollkanals 3 ist ein Wendepunkt, an dem
die Kurve sich von einer konvexen zu einer konkaven Linie ändert.
An diesem Kontaktpunkt P3 verläuft die Tangentialrichtung
des Kurvenkanals 22stetig zur Tangentialrichtung des belasteten
Kugelrollkanals 3. Dies ermöglicht eine sanfte
Aufnahme der Kugeln. Stereoskopisch kann die Mittellinie des Kurvenkanals 22 als
ein Bogen ausgebildet sein und der Kurvenkanal 22 kann
entsprechend der Gewindesteigung des belasteten Kugelrollkanals 3 so
geneigt sein, dass die Tangentialrichtung der Mittellinie am Kontaktpunkt
zwischen dem spiralenförmigen belasteten Kugelrollkanal 3 und
dem Kurvenkanal 22 stetig wird.
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In
der herkömmlichen Kugelumlaufspindel vom Typ mit Abschlusskappe
ist, in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet,
der Richtungswechselkanal 6 in tangentialer Richtung des
bogenförmigen belasteten Kugelrollkanals 3 angeordnet. Auf
der anderen Seite wird bei der Kugelumlaufspindel nach der vorliegenden
beispielhaften Ausführungsform jede Kugel 7 entlang
der bogenförmigen Bahn wie bei einer geradlinigen Führung
aufgenommen. Deshalb kann im Vergleich mit der herkömmlichen
Kugelumlaufspindel, bei der Kugeln in tangentialer Richtung aufgenommen
werden, der Abstand α von dem Punkt, wo das Umlaufelement 8 jede
Kugel von dem belasteten Kugelrollkanal 3 aufnimmt, bis
zu dem Punkt, wo es die Kugel zum geraden Kanal 5 lenkt,
verkürzt werden (siehe 6).
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11 und 12 sind
perspektivische Ansichten des Umlaufelements 8. Das Umlaufelement 8 besitzt
einen Hauptkörper 24 von einer Gestalt, die den
Formen der Innenwand 17 und der Bodenfläche 16 der
Aussparung 15 entspricht, und einen Einführungsabschnitt 21,
der am Hauptkörper 24 hängt und in die
Durchgangsbohrung 18 der Aussparung 15 eingeführt
wird. In dem Hauptkörper 24 ist der radiale Richtungskanal 23 so
ausgebildet, dass er mit dem geraden Kanal 5 verbunden
ist. Im Hauptkörper 24 ist ein ausladender Abschnitt 24a ausgebildet,
der ein Loch zum Einführen einer Schraube oder etwas Ähnlichem
durch ihn hindurch aufweist. Das Umlaufelement 8 ist an
der Aussparung 15 des Mutterhauptkörpers 2 mit
Befestigungsmitteln wie etwa einer Schraube befestigt.
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Die
ebene Gestalt des Hauptkörpers 24 ist dieselbe
wie die der Bodenfläche 16 der Aussparung 15.
Wie in 6 dargestellt, ist im Querschnitt, der senkrecht
zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 verläuft,
die Außenwand 24b des Hauptkörpers 24 parallel
zur Innenwand 17 der Aussparung 15 des Mutterhauptkörpers 2 und
auch parallel zu der Geraden, die den Mittelpunkt P1 des Mutterhauptkörpers 2 und
den Mittelpunkt P2 des geraden Kanals 5 verbindet. Die
Außenwand 24b des Hauptkörpers 24 des
Umlaufelements 8 ist in Kontakt mit der Innenwand 17 der
Aussparung 15 des Mutterhauptkörpers 2 und
der Einführungsabschnitt 21 des Umlaufelements 8 ist
in die Durchgangsbohrung 18 der Aussparung eingepasst (siehe 5),
und dadurch ist die Lage des Umlaufelements 8 in X-Y-Richtung
in der Draufsicht des Mutterhauptkörpers 2 festgelegt. Da
ferner die Bodenfläche 24c des Hauptkörpers 24 des
Umlaufelements 8 in Kontakt mit der Bodenfläche 16 der
Aussparung 15 ist, ist die Lage des Umlaufelements 8 in
Z-Richtung festgelegt. Da das Umlaufelement 8 gegenüber
der belasten Kugelrollnut 2a des Mutterhauptkörpers 2 genau
positioniert werden kann, können die Kugeln 7 zwischen
dem unbelasteten Rücklaufkanal 9 und dem belasteten
Kugelrollkanal 3 sanft bewegt werden.
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In
dem Einführungsabschnitt 21 des Umlaufelements 8 ist
der Kurvenkanal 22 so ausgebildet, dass er mit dem belasteten
Kugelrollkanal 3 verbunden ist. An einem unteren Ende dieses
Einführabschnitts 21 ist ein Aufnehmerteil 21a in
der Kugelrollnut 1a des Schraubenschafts 1 ausgebildet,
um jede in der Kugelrollnut 1a des Schraubenschafts 1 rollende
Kugel in dem Kurvenkanal 22 aufzunehmen. Da das Aufnehmerteil 21a die
Kugel 7 entlang des Kreisbogens aufnimmt, der in Kontakt
mit dem belasteten Kugelrollkanal 3 ist, ist die auf den
Aufnehmerteil 21a ausgeübte Einwirkung klein,
wenn die Kugel 7 mit dem Aufnehmerteil 21a in
Kontakt kommt.
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Dieses
Umlaufelement 8 ist ein aus Harz wie etwa POM (Polyoxymethylen)
geformtes Bauteil und kann aus einem Paar getrennter Teile entlang
des unbelasteten Rücklaufkanals 9 oder aus einem
ungeteilten Bauteil ausgebildet sein. Da das Aufnehmerteil 21a aus
Harz gefertigt ist, ist das Aufnehmerteil 21a leicht zu
verformen und die von der Kugel 7 auf das Aufnehmerteil 21a ausgeübte
Einwirkung kann gedämpft werden. Die paarigen Umlaufelemente 8 hier
werden von demselben Formwerkzeug in dieselbe Gestalt gebracht.
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Die
oben beschriebene beispielhafte Ausführungsform soll die
vorliegende Erfindung nicht einschränken und es können
verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang
der vorliegenden Erfindung abzuweichen. So kann z. B. im Mutterhauptkörper
nur ein Kugelumlaufkanal vorgesehen werden. Wenn zwei oder mehr
Kugelumlaufkanäle vorgesehen werden, können zwei
oder mehr belastete Kugelrollnuten phasengleich so angeordnet werden,
dass sie die Kugelumlaufspindel nicht vorspannen.
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Die
Mittellinie des Kurvenkanals des unbelasteten Rücklaufkanals
kann statt einer kreisförmigen auch eine klothoidenförmige
Kurve mit stetigen tangentialen Richtungen aufweisen. Die bogenförmige
Kurve umfasst neben einem Kreisbogen auch eine Ellipse, ein Klothoide
und Ähnliches.
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In
das Innere des geraden Kanals kann ein Rohr eingeführt
werden oder es kann durch Einschieben ein schlauchförmiges
Harz als integraler Bestandteil mit einem Loch geformt werden.
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Die
Wälzkörper können anstatt Kugeln auch Rollen
sein. Auch kann zwischen den Wälzkörpern ein Halter
vorgesehen werden, um den Kontakt zwischen diesen zu verhindern.
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Die
Umlaufelemente können von gleicher oder unterschiedlicher
Gestalt sein.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen
beschränkt und es sind verschiedene Änderungen
und Abwandlungen möglich, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung
abzuweichen.
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Diese
Anmeldung basiert auf der
japanischen
Patentanmeldung Nr. 2009-085249 , eingereicht am 31. März
2009, deren vollständiger Gegenstand durch Bezugnahme hier
eingeschlossen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 46-31564 [0005]
- - JP 46-31564 B [0006]
- - JP 2009-085249 [0053]
