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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kugelgewindemutter, die mit einer Kugelrückführungseinrichtung ausgestattet ist. Durch diese Kugelrückführungseinrichtung werden die Endbereiche eines sich im Innenbereich der Kugelgewindemutter gewindeartig erstreckenden Kugellaufpfades miteinander verbunden. Durch diese Verbindung wird eine entsprechende Kugelabnahme und Kugeleinspeisung aus bzw. in den Kugellaufpfad ermöglicht. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auch auf einen unter Einschluss einer derartigen Kugelgewindemutter gebildeten Kugelgewindetrieb, insbesondere für ein Lenkgetriebe, das mit einer elektromechanischen Lenkhilfeeinrichtung ausgestattet ist.
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Aus
EP 1 350 988 A1 sowie
EP 1 357 012 A1 sind Kugelgewindemuttern für Lenkgetriebe bekannt, die jeweils mit Kugelrückführungseinrichtungen ausgestattet sind. Diese Kugelrückführungseinrichtungen umfassen jeweils einen Kugelrückführungskanal, der sich in der Wandung eines die Kugelgewindemutter bildenden Buchsenkorpus parallel zu dessen Längsachse erstreckt. Zur Verlagerung der Kugeln zwischen der im Inneren des Buchsenkorpus verlaufenden Gewindebahn und dem Kugelrückführungskanal sind Umlenkvorrichtungen vorgesehen. Diese Umlenkvorrichtungen sind bei der Bauform nach
EP 1 350 988 A1 in Stirnöffnungen der Mutter eingesetzt. Bei der Bauform nach
EP 1 357 012 A1 sind die Umlenkvorrichtungen an die Stirnenden der Mutter angeflanscht. Zur Ausbildung von Abschnitten des Kugelrückführungskanals in dem Buchsenkorpus der Kugelgewindemutter bedarf es einer dickwandigen Gestaltung der Kugelgewindemutter. Hieraus resultieren ein hoher Materialeinsatz sowie ein hohes Bauteilgewicht. In der
EP 1 357 012 A1 wird ferner die Möglichkeit beschrieben, einen zur Längsachse der Mutter angestellt verlaufenden Kugelrückführungskanal vorzusehen. Hierzu ist am Außenumfang der Mutter eine Nut ausgebildet, in welche eine relativ komplex gestaltete Umlenkeinrichtung eingesetzt ist. Diese Umlenkeinrichtung dient dazu, die unmittelbar benachbarten Laufbahnabschnitte zu verbinden.
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Aus
EP 0 636 816 A1 ist ebenfalls eine Kugelgewindemutter mit einer Kugelrückführungseinrichtung bekannt, die ein außenseitig an der Mutter befestigtes Rohrstück sowie zwei Umlenkelemente aufweist. Die Umlenkelemente sind in Laufbahnöffnungen der Mutter eingesteckt und durch das Rohrstück miteinander verbunden. Hierdurch ergeben sich im Vergleich zu den vorgenannten Bauformen zwar ein geringerer Materialeinsatz und ein geringeres Bauteilgewicht, jedoch ist die Montage der Kugelrückführungseinrichtung aufwändig. Insbesondere ist es nicht möglich, die Kugeln nach einem Montieren der Mutter auf der Spindel über die Kugelrückführungseinrichtung einzufüllen. Auch das Montieren eines Maschinenelements am Außenumfang der Mutter ist nicht ohne weiteres möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kugelgewindemutter für einen Kugelgewindetrieb zu schaffen, die sich durch einen robusten Aufbau auszeichnet und unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten Vorteile gegenüber herkömmlichen Bauformen bietet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kugelgewindemutter gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Diese erfindungsgemäße Kugelgewindemutter für einen Kugelgewindetrieb umfasst einen Buchsenkorpus mit einer darin spiralartig verlaufenden Kugellaufbahn und eine Kugelrückführungseinrichtung zur Schaffung eines die Endbereiche der Kugellaufbahn miteinander verbindenden Kugeltransferpfades, wobei der Kugeltransferpfad ein außerhalb des Buchsenkorpus verlaufendes Kugeltransferpfadteilstück umfasst, die Kugelrückführungseinrichtung ein erstes Einsatzelement aufweist, das in eine erste, in dem Buchsenkorpus ausgebildete Einsatzöffnung eingesetzt ist und die Kugelrückführungseinrichtung weiterhin ein zweites Einsatzelement aufweist, das in eine zweite Einsatzöffnung des Buchsenkorpus eingesetzt ist. Die Kugelgewindemutter zeichnet sich dadurch aus, dass die Einsatzelemente Zapfenabschnitte aufweisen, die in der jeweiligen Einsatzöffnung sitzen, und in den Zapfenabschnitten darin verlaufende Kugeldurchtrittskanäle vorgesehen sind, und dass das außerhalb des Buchsenkorpus verlaufende Kugeltransferpfadteilstück durch Zusammenfügen des ersten Einsatzelementes und des zweiten Einsatzelementes gebildet ist.
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Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, eine Kugelgewindemutter zu schaffen, bei der ein außerhalb des Buchsenkorpus verlaufendes Rücklaufpfadteilstück in fertigungs- und montagetechnisch vorteilhafter Weise unmittelbar durch die dem Kugelabgriff und der Kugelumlenkung dienenden Einsatzelemente gebildet wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das erste Einsatzelement und das zweite Einsatzelement als zur Bildung der außerhalb des Buchsenkorpus verlaufenden Kugelführungskanalgeometrie vorgesehene Komplementärstrukturen gestaltet. Jedes Einsatzelement kann hierbei derart gestaltet sein, dass dieses einen Radialkanalabschnitt, einen Umlenkkanalabschnitt und einen Rinnenabschnitt umfasst. Der Rinnenabschnitt des jeweiligen Einsatzelementes kann so gestaltet sein, dass dieser durch den Rinnenabschnitt des entsprechend komplementären Einsatzelementes derart ergänzt wird, dass diese beiden Rinnenabschnitte gemeinsam das außerhalb des Buchsenkorpus verlaufende Kugeltransferpfadteilstück bilden.
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Die Zapfenabschnitte der Einsatzelemente können als Hohlzylinderzapfen gestaltet sein, wobei der Radialkanalabschnitt in dem entsprechenden Hohlzylinderzapfen verläuft. Die erste Einsatzöffnung und die zweite Einsatzöffnung können derart ausgebildet sein, dass die Zapfenabschnitte darin in enger Passung sitzen. Die Zapfenabschnitte können derart in den Einsatzöffnungen sitzen, dass über die Zapfenabschnitte bzw. die darin verlaufenden Radialkanalabschnitte ein im Wesentlichen tangentialer Kugelabgriff aus der Kugellaufbahn erfolgt.
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Die Einsatzöffnungen können als im Wesentlichen tangential auf den Kugellaufpfad zulaufende Zylinderbohrungen ausgebildet sein. Der Durchmesser dieser Zylinderbohrungen ist vorzugsweise so festgelegt, dass die Zapfenabschnitte der Einsatzelemente eine hinsichtlich der mechanischen Festigkeit und des erwarteten Verschleißes hinreichend große Wanddicke erhalten. Im Bereich der Einsatzöffnungen können Geometrien, z. B. Umfangsnuten ausgebildet sein in welche ggf. an den Einsatzelementen, insbesondere den Zapfenabschnitten derselben ausgebildete Rast-, Klemm-, oder anderweitige Verankerungsstrukturen angreifen können.
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Gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die beiden Einsatzelemente derart gestaltet, dass diese an- oder miteinander verrast- oder verschnappbar sind. Es ist möglich, die entsprechenden Strukturen so zu gestalten, dass die durch Zusammenfügen der beiden Einsatzelemente geschaffene Kugeltransferbrücke eine hohe Strukturfestigkeit aufweist. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die zur Sicherung der beiden Einsatzelemente in Fügestellung herangezogenen Strukturen so zu gestalten, dass hier nur für den Montagevorgang eine hinreichende Lagestabilisierung der beiden Komponenten erreicht wird, und die für den späteren Betrieb erforderliche Sicherung dieser miteinander gekoppelten Elemente im Rahmen des Anbaus weiterer Komponenten, z. B. eines die Kugelgewindemutter umgreifenden Antriebsrades erreicht wird.
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Die Koppelung der beiden Einsatzelemente miteinander kann auch durch Schweiß- oder Klebeprozesse erreicht werden. Vorzugsweise sind die Schweiß- oder Klebezonen derart gelegt, dass kein Klebe- oder Basismaterial in den im Inneren des entsprechend gebildeten Strukturbauteils gebildeten Kugellaufweg gelangen kann.
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Das erfindungsgemäß durch Zusammenfügen der beiden Einsatzelemente geschaffene Strukturbauteil kann durch dessen Einsatzzapfenpaar hinreichend an dem Buchsenkorpus verankert werden. Eine besonders robuste und positionsgenaue Verankerung der beiden Einsatzelemente an dem Buchsenkorpus kann erreicht werden, indem an dem Buchsenkorpus eine flache Längsnut ausgebildet ist, die sich zwischen den beiden Einsatzöffnungen erstreckt. Die beiden Einsatzelemente, oder ggf. nur das die untere Rinne bildende Einsatzelement sind so gestaltet, dass diese abschnittsweise in diese Längsnut eintauchen. Auch im Bereich dieser Längsnut können Strukturen ausgebildet sein durch welche die Einsatzelemente, oder die sich hieraus ergebende Gesamtstruktur besonders tragfähig an dem Buchsenkorpus verankert ist.
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An den beiden Einsatzelementen können auch Befestigungsbereiche vorbereitet sein, die eine Befestigung an dem Buchsenkorpus durch Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, Bolzen, Niete, Federringe oder Stifte ermöglichen.
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In besonders vorteilhafter Weise kann auf Grundlage des erfindungsgemäßen Konzeptes eine Sicherung der aus den beiden Einsatzelementen gebildeten Gesamtstruktur erreicht werden, indem die beiden Einsatzelemente entlang unterschiedlicher Einsatzachsen in die zugeordneten Einsatzöffnungen eingeschoben werden und erst im Rahmen des Erreichens der endgültigen Montageposition eine Verrastung der beiden Einsatzelemente aneinander erfolgt. Die durch Verrasten der beiden Einsatzelemente gebildete Gesamtstruktur ist dann aufgrund der antiparallelen Fügeachsen an dem Buchsenkorpus letztlich formschlüssig gesichert.
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Die erfindungsgemäß durch Zusammenfügen zweier dem Kugelabgriff und der Kugelherausführung dienende Kugelrückführungseinrichtung ist vorzugsweise so ausgelegt, dass die innerhalb der Kugelumlaufmutter verlaufende Kugellaufbahn sich über 1,5 Gänge erstreckt. Hierbei wird es möglich, die Achsen der durch die Einsatzelemente gebildeten „Stichkanäle” so auszurichten, dass in einer zur Umlaufachse der Kugelumlaufmutter senkrechten, d. h. radialen Bezugsebene die Spurgeraden der Stichkanalachsen einen rechten Winkel bilden. Die Kugelrückführungseinrichtung kann auch so gestaltet sein, dass diese mehrere Gewindegänge, vorzugsweise N + 0,5 Gewindegänge überbrückt, wobei N = 1, 2, 3 ... ist.
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Die Einsatzelemente sind vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial wie beispielsweise Nylon, oder anderweitigen mechanisch hochbelastbaren, schmierstoffresistenten Materialien gefertigt. Die Einsatzelemente können auch als Verbundbauteile, z. B. als Insertmolding-Bauteile mit einem metallischen, insbesondere als Blechumformteil gefertigten Kern versehen sein. Weiterhin können die Einsatzelemente auch als metallische Bauteile, insbesondere aus einem Lagerwerkstoff z. B. Messing gefertigt sein.
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Die beiden zusammengefügten Einsatzelemente können weiterhin derart gestaltet sein, dass diese in ihrem außerhalb des Buchsenkorpus verlaufenden Bereich eine prismen- oder passfederartige Außengeometrie bilden. Diese Gestaltung eignet sich insbesondere für Lenkgetriebekonstruktionen, bei welchen auf die Kugelumlaufmutter ein Antriebsrad aufgesetzt ist. Dieses Antriebsrad kann so gestaltet sein, dass dessen die Kugelumlaufmutter und die beiden Einsatzelemente umgreifender Innenbereich die durch die beiden Einsatzelemente geschaffene Gesamtstruktur weiter stabilisiert. An der durch die beiden zusammengefügten Einsatzelemente gebildeten Gesamtstruktur können weitere. Anschlag und Verankerungsgeometrien realisiert sein, die z. B. mit entsprechenden Gegenstrukturen des Antriebsrades zusammenwirken.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter;
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2 eine Detail-Schnittdarstellung zur Veranschaulichung weiterer Einzelheiten der Kugelumlaufmutter nach 1;
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3 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter nach den 1 und 2, mit zunächst nur einem daran angesetzten (ersten) Einsatzelement;
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4 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter nach 3 nunmehr mit angefügtem zweiten Einsatzelement;
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5 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäß durch Zusammenfügen der beiden Einsatzelemente geschaffenen Kugeltransferstruktur.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Kugelumlaufmutter in einem zum Zwecke der besseren Veranschaulichung aufgeschnittenem Zustand. Diese Kugelgewindemutter bildet in verbautem Zustand ein Bestandteil eines Kugelgewindetriebes und sitzt hierbei auf einer entsprechenden, hier nicht näher dargestellten Kugelgewindespindel.
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Die Kugelumlaufmutter umfasst einen Buchsenkorpus 1 mit einer darin spiralartig verlaufenden Kugelgewindenut 2. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Kugelgewindenut 2 spiralartig über die gesamte Länge der Kugelumlaufmutter, obgleich nur ein Abschnitt dieser Kugelgewindenut 2 als Kugellaufbahn 3 fungiert. Die Kugelumlaufmutter umfasst weiterhin eine Kugelrückführungseinrichtung 4. Diese Kugelrückführungseinrichtung 4 dient der Schaffung eines Kugeltransferpfades. Dieser Kugeltransferpfad verbindet die Endbereiche des als Kugellaufbahn 3 fungieren Abschnitts der Kugelgewindenut 2. Dieser Kugeltransferpfad umfasst ein außerhalb des Buchsenkorpus verlaufendes Kugeltransferpfadteilstück 5.
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Die Kugelrückführungseinrichtung 4 umfasst weiterhin ein erstes Einsatzelement 6, das in eine in dem Buchsenkorpus ausgebildete erste Einsatzöffnung 7 eingesetzt ist. Die Kugelrückführungseinrichtung 4 umfasst zudem ein zweites Einsatzelement 8, das in eine zweite Einsatzöffnung 9 (vgl. 3) des Buchsenkorpus 1 eingesetzt ist.
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Die beiden Einsatzelemente 6, 8 weisen Zapfenabschnitte 6a, 8a auf, die in der jeweiligen Einsatzöffnung 7, 9 sitzen. In jenen Zapfenabschnitten 6a, 8a sind darin verlaufende Kugeldurchtrittskanäle 6b vorgesehen.
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Die erfindungsgemäße Kugelumlaufmutter zeichnet sich dadurch aus, dass das außerhalb des Buchsenkorpus 1 verlaufende Kugeltransferpfadteilstück 5 durch Zusammenfügen des ersten Einsatzelementes 6 und des zweiten Einsatzelementes 8 gebildet ist. Das erste Einsatzelement 6 und das zweite Einsatzelement 8 sind hierzu in den entsprechenden Bereichen als komplementär zusammensetzbare und dabei den entsprechenden Kugelkanal bildende Bauteile ausgeführt.
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Bei der hier veranschaulichten Variante bildet jedes Einsatzelement 6, 8 einen Radialkanalabschnitt, einen Umlenkkanalabschnitt und einen Rinnenabschnitt 6c. Die Rinnenabschnitte 6c der beiden Einsatzelemente 6, 8 ergänzen sich zu der den außerhalb des Buchsenkorpus 1 verlaufenden Kugeltransferpfadabschnitt 5 definierenden Struktur.
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Die Zapfenabschnitte 6a, 8a sind als Hohlzylinderzapfen ausgebildet. Der Radialkanalabschnitt verläuft in jenem Hohlzylinderzapfen 6a, 8a.
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Die erste Einsatzöffnung 7 und die zweite Einsatzöffnung 9 sind derart ausgebildet, dass im Zusammenspiel mit den darin sitzenden Zapfenabschnitten 6a, 8a der Einsatzelemente 6, 8 ein im Wesentlichen tangentialer Kugelabgriff von der Kugellaufbahn 3 erfolgt. Die Einsatzöffnungen 8, 9 sind als im Wesentlichen tangential auf die Kugellaufbahn zulaufende Zylinderbohrungen ausgebildet.
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Die beiden Einsatzelemente 6, 8 sind derart gestaltet, dass diese miteinander verbindbar, beispielsweise aneinander verrast- oder verschnappbar sind.
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Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Kugelabgriffsstellen an dem Buchsenkörper 1 derart positioniert, dass sich die Kugellaufbahn 3 über 2,5 Windungen erstreckt. Die Einsatzelemente 6, 8 sind aus einem Kunststoffmaterial gefertigt. Die beiden zusammengefügten Einsatzelemente 6, 8 weisen in ihrem außerhalb des Buchsenkorpus 1 verlaufenden Bereich eine prismen- oder passfederartige Außengeometrie auf.
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In 2 ist in Form einer Detaildarstellung die Fügestellung des Einsatzelementes 6 in dem Buchsenkorpus 1 weiter veranschaulicht. Wie erkennbar ist der in dem ersten Einsatzelement 6 verlaufende Radialkanal derart ausgerichtet, dass dessen Kanalachse X6a im Wesentlichen tangential in die Kugellaufbahn 3 einläuft. Hierdurch wird wie durch den Doppelpfeil P1 angedeutet ein im Wesentlichen tangentialer Kugeltransfer zwischen der Kugelrückführungseinrichtung und der Kugellaufbahn 3 ermöglicht. Die Einsatzöffnung 7 ist als Zylinderbohrung ausgeführt. Die Mittelachse dieser Zylinderbohrung fluchtet mit der Kanalachse X6a des Radialkanals.
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In 3 ist die erfindungsgemäße Kugelumlaufmutter in einem Montagezustand veranschaulicht, in dem zunächst nur das erste Einsatzelement 6 an den Buchsenkörper 1 angesetzt ist. Das erste Einsatzelement 6 bildet einen Rinnenabschnitt 6c. Dieser Rinnenabschnitt 6c wird nach dem Einsetzen des zweiten Einsatzelementes 8 (vgl. 4) in die zweite Einsatzöffnung 9 unter Bildung des Kugeltransferpfadteilstücks 5 (vgl. 1) abgedeckt.
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In 4 ist die erfindungsgemäße Kugelumlaufmutter in einem Montagezustand veranschaulicht, in dem sowohl das erste Einsatzelement 6 als auch das zweite Einsatzelement 8 an den Buchsenkörper 1 angesetzt sind. Die beiden Einsatzelemente 6, 8 sind im Bereich des Kugeltransferpfadteilstücks 5 als Komplementärstrukturen gestaltet, die in zusammengesetztem Zustand den außerhalb des Buchsenkörpers 1 verlaufenden, hier durch abfolgende Punkte angedeuteten Kugeltransferweg W bilden.
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In 5 ist das erfindungsgemäß durch Zusammenfügen des ersten Einsatzelementes 6 und des zweiten Einsatzelementes 8 gebildete Strukturbauteil dargestellt. Dieses Strukturbauteil bildet einen Kugeltransferweg W, durch den die Kugeln K aus der Kugellaufbahn 3 abgegriffen bzw. in diese eingespeist werden können. Die beiden Einsatzelemente 6, 8 werden in Richtung der Pfeile P2, P3 in die ihnen zugeordneten Einsatzöffnungen 7, 9 (vgl. 2 und 3) eingesetzt. Bei Erreichen der hier gezeigten Endstellung ergänzen sich die beiden Einsatzelemente 6, 8 zu einer den externen Kugeltransferweg W bildenden Gesamtstruktur.
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Der Abgriff, und Rückspeisung der Kugeln K erfolgt entlang der Kanalachsen X6a, X8a. Die räumliche Lage dieser Kanalachsen X6a und X8a ist so gewählt, dass diese Achsen X6a, X8a die Kugelbahnlinie 3L tangieren. Die Übergabebereiche zwischen der Kugellaufbahn 3 und dem Kugeltransferweg W können so positioniert sein, dass die hier eingezeichneten Mittelpunktsstrahlen S6, S8 bei senkrechter Projektion in eine zur Spindelachse X senkrechte Bezugsebene E zueinander einen Winkel von etwa 90° einnehmen.
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Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels sowie verschiedener Abwandlungen näher erläutert. Dabei ist es möglich, Merkmale unterschiedlicher Ausführungsvarianten miteinander zu kombinieren, auch wenn dies nicht explizit beschrieben ist. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele und Abwandlungen beschränkt, sondern umfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Buchsenkorpus
- 2
- Kugelgewindenut
- 3
- Kugellaufbahn
- 4
- Kugelrückführungseinrichtung
- 5
- Kugeltransferpfadteilstück
- 6
- erstes Einsatzelement
- 6a
- Zapfenabschnitt
- 6b
- Kugeldurchtrittskanal
- 6c
- Rinnenabschnitt
- 7
- Einsatzöffnung
- 8
- zweites Einsatzelement
- 8a
- Zapfenabschnitt
- 9
- zweite Einsatzöffnung
- 10
- Lageraußenring
- 11
- Außenumfangsfläche
- 12
- Ringelement
- 13
- Innenumfangsfläche
- W
- Kugeltransferpfad
- X6a
- Kanalachse
- X8a
- Kanalachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1350988 A1 [0002, 0002]
- EP 1357012 A1 [0002, 0002, 0002]
- EP 0636816 A1 [0003]
