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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft lineare Übertragungstechnologie und insbesondere ein Umlaufelement für eine Kugelgewindespindel und eine Kugelgewindespindel, bei der das Umlaufelement verwendet wird.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Herkömmliche Kugelgewindespindelanordnungen weisen im Allgemeinen ein Umlaufelement auf, das in der Schraubmutter angeordnet ist, um eine Umlaufpassage bereitzustellen, damit Kugeln zwischen der Schraubwelle und der Schraubmutter umlaufen können. Die 1 zeigt eine Kugelgewindespindel 10 nach dem Stand der Technik, die durch die Bildung einer Befestigungsrille 16 in der gesamten Wand einer axialen Öffnung 15 einer Schraubmutter 13 gekennzeichnet ist, um ein Umlaufelement 17 aufzunehmen, das darin eine Umlaufpassage 18 festlegt, die einer inneren Gewinderille 14 einer Schraubmutter 13 verbunden ist, die Kugeln 19 können sich daher durch eine Umlaufpassage bewegen, die aus einer äußeren Gewinderille 12 einer Schraubwelle 11, einer inneren Gewinderille 14 einer Schraubmutter 13 und der Umlaufpassage 18 des Umlaufelements 17 gebildet ist. Dieser Typ eines Umlaufelement 17 kann lediglich unter der Bedingung verwendet werden, dass die Schraubmutter 13 eine äußere Gewinderille aufweist, die an deren einem Ende angeordnet ist und der Ausstattung verbunden ist, oder die innere Gewinderille 14 der Schraubmutter 13 weist eine verkürzte Schrittweite (short pitch) auf, oder die Schraubmutter 13 der Kugelgewindespindel weist einen geringen äußeren Durchmesser auf. Aufgrund der strukturellen Einschränkungen der Schraubmutter, kann das vorstehend genannte Umlaufelement 17 nach dem Stand der Technik nicht durch ein im Allgemeinen als Umlaufelement vom äußeren Umlauf- oder Endverschluss (end plug) Umlauftyp ersetzt werden.
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Bei der vorstehend genannten Kugelgewindespindel 10 nach dem Stand der Technik wird jedoch die Befestigungsrille 16 der Schraubmutter 13 mittels Funkenerosions-Drahtschneide Technologie hergestellt. Mit Ausnahme des Nachteils der hohen Herstellungskosten, verläuft die Befestigungsrille 16 nach der Herstellung durch die zwei abgewandten Enden der Schraubmutter 13. Beim Befestigen des Umlaufelements 17 in der Befestigungsrille 16, ist es daher notwendig, die Position des Umlaufelements 17 andauernd einzustellen. Falls eine Positionsabweichung auftritt, kann die Verbindung zwischen der Umlaufpassage 18 und der inneren Gewinderille 14 unerreichbar sein, was zu einer Ausrichtungsschwierigkeit führt, wie in der 2 gezeigt wird. Sofern eine Ausrichtungsschwierigkeit auftritt wird die Laufruhe der Kugeln 19 beeinträchtigt. Falls sich die Kugeln 19 nicht problemlos bewegen, stoßen sie andauernd gegen das Umlaufelement 17, wodurch das Umlaufelement oder die Kugeln beschädigt werden.
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Wenn andererseits die Kugeln 19 befüllt werden, müssen die Kugeln 19 immer in Lots bzw. Chargen (by lots) befüllt werden, um zu der Position der Umlaufpassage 18 zu passen, d. h. zuerst Befüllen einer ersten Lot an Kugeln 19 in die äußere Gewinderille 12, die innere Gewinderille 14 und die erste Umlaufpassage 18, und anschließend Befüllen einer zweiten Lot an Kugeln 19 in die äußere Gewinderille 12, die innere Gewinderille 14 und die zweite Umlaufpassage 18, und so weiter, bis alle Kugeln 19 in jede Umlaufpassage 18 gefüllt wurden. Dieser Vorgang zum Befüllen mit Kugeln ist kompliziert.
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Die
US 7,487,692 offenbart eine Kugelgewindespindelanordnung mit einer Führungsvorrichtung, die eine S-förmige Umlaufpassage beinhaltet. Laufen die Kugeln zu der S-förmigen Umlaufpassage, erreichen sie diese nicht in einem laufruhigen Zustand, da sie sich in einem S-förmigen Pfad entlang der S-förmigen Umlaufkanäle bewegen.
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Der vorstehend genannte Stand der Technik weist zusammengefasst die Nachteile hoher Herstellungskosten, Schwierigkeiten bei der Ausrichtung, geringer Genauigkeit der Ausrichtung, und schlechter Laufruhe auf.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wurde unter den gegebenen Umständen fertig gestellt. Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Umlaufelements für eine Kugelgewindespindel, durch das die Kugelgewindespindel die Vorteile geringer Herstellungskosten, einfachen Zusammenbaus, hoher Genauigkeit bezüglich der Ausrichtung, und hervorragender Laufruhe aufweist.
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Um diese und andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung zu lösen umfasst ein Umlaufelement für eine Kugelgewindespindel mit Schraubwelle nach der vorliegenden Erfindung gemäß Patenanspruch 1 eine erste Oberfläche, und eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche abgewandt ist. Das Umlaufelement umfasst eine Umlaufpassage, die auf der ersten Oberfläche angeordnet ist. Die Umlaufpassage erstreckt sich von einer Lateralseite der ersten Oberfläche zu der anderen Lateralseite der ersten Oberfläche, und weist zwei Koppelmäuler auf, die entsprechend an zwei abgewandten Enden davon angeordnet sind. Die zweite Oberfläche des Umlaufelements umfasst eine Verbindungsrille, die zwischen den zwei Koppelmäulern der Umlaufpassage angeordnet ist. Die erste Oberfläche legt eine erste und eine zweite schiefe Ebene fest, wobei sich die beiden Ebenen in unterschiedliche Richtungen neigen und parallel zu einer tangetialen Richtung der Schraubwelle erstrecken.
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Die zweite Oberfläche des Umlaufelements ist vorzugsweise in Richtung zur zweiten Oberfläche einwärts krümmt, um zur äußeren Oberfläche einer Schraubwelle der Kugelgewindespindel zu passen. Eine schiefe Ebene der Umlaufpassage erstreckt sich entlang der Länge des Umlaufelements zu der anderen schiefen Ebene. Die Kugeln der Kugelgewindespindel können daher in die und aus der Umlaufpassage problemlos ein- und auslaufen.
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Das Umlaufelement umfasst vorzugsweise mindestens eine Befestigungsöffnung, die durch die erste Oberfläche und die zweite Oberfläche geschnitten ist. Durch Einfügen eines jeweiligen Befestigungselements durch die Schraubmutter der Kugelgewindespindel und anschließendes Befestigen des Befestigungselements an einer jeweiligen Befestigungsöffnung des Umlaufelements, werden das Umlaufelement und die Schraubmutter aneinander befestigt.
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Andere Vorteile und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden durch Bezug auf die nachstehend aufgeführte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Strukturbestandteile kennzeichnen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die 1 ist eine Explosionssicht einer Kugelgewindespindel nach dem Stand der Technik.
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Die 2 ist eine Schnittdarstellung eines Teils der Kugelgewindespindel des Stands der Technik Kugelgewindespindel, die das Befestigungsverhältnis zwischen der Schraubmutter und dem Umlaufelement zeigt.
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Die 3 ist eine erhabene Ansicht schräg von oben einer Kugelgewindespindel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 4 ist eine Explosionssicht der Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 5 ist eine Schnittdarstellung der Schraubmutter der Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 6 ist eine erhabene Ansicht eines Umlaufelements für eine Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 7 ist eine ganzheitliche Ansicht des Umlaufelements für eine Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 8 ist eine Draufsicht des Umlaufelements für eine Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 9 ist eine Untenansicht des Umlaufelements für eine Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 10 ist ein Längsschnitt der Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die das Verhältnis zwischen der inneren Gewinderille der Schraubmutter und der Verbindungsrille des Umlaufelements zeigt.
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Die 11 ist eine einfache Schnittsicht der Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die das Verhältnis zwischen der Verbindungsrille des Umlaufelements und der äußeren Gewinderille der Schraubwelle zeigt.
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Die 12 ist eine einfache Schnittsicht der Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die das Verhältnis zwischen der äußeren Gewinderille der Schraubwelle/der inneren Gewinderille der Schraubmutter und der Umlaufpassage des Umlaufelements zeigt.
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Die 13 ist eine Explosionssicht der Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 14 ist eine Explosionssicht des Umlaufelements für eine Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 15 ist eine Explosionssicht des Umlaufelements für eine Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 16 ist eine Explosionssicht einer alternativen Form des Umlaufelements für eine Kugelgewindespindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Die 17 ist eine erhabene Ansicht eines Umlaufelements für eine Kugelgewindespindel gemäß einer weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit.
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Die 18 ist eine erhabene Ansicht einer Kugelgewindespindel gemäß der weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit.
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Die 19 ist eine andere erhabene Ansicht des Umlaufelements für eine Kugelgewindespindel gemäß weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit.
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Die 20 ist eine andere Explosionssicht der Kugelgewindespindel gemäß der weiteren Ausgestaltungsmöglichkeit.
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Ausführliche Beschreibung der Erfindung
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Unter Bezug auf die 3 und 4, wird eine Kugelgewindespindel 20 unter Verwendung eines Umlaufelements 60 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Kugelgewindespindel 20 umfasst eine Schraubwelle 30, eine Schraubmutter 40, und mehrere Kugeln 50. Die Schraubwelle 30 umfasst eine äußere Gewinderille 32. Die Schraubmutter 40 umfasst eine axiale Öffnung 41, die die Schraubwelle 30 aufnimmt, damit sich die Schraubmutter 40 entlang der Schraubwelle 30 axial bewegt, und eine Befestigungsrille 42 und eine innere Gewinderille 43, die in der gesamten Wand der axialen Öffnung 41 gebildet ist und aneinander stößt. Die Befestigungsrille 42 erstreckt sich von einer Endkante der Schraubmutter 40 axial entlang der Erstreckungsrichtung der axialen Öffnung 41. Die Befestigungsrille 42 weist ferner ein Ende davon auf, das in einer Tragfläche 44 (siehe 5 und 11) endet. Die innere Gewinderille 43 entspricht der äußeren Gewinderille 32 der Schraubwelle 30, legt mit der äußeren Gewinderille 32 eine erste Passage 51 für den Lauf einer Kugel 50 (siehe 11 und 12) fest. Die Schraubmutter 40 umfasst ferner zwei Durchgangsöffnungen 45, die an zwei abgewandten Seiten relativ zu der Befestigungsrille 42 (siehe 5) angeordnet sind.
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Unter Bezug auf die 6, weist das Umlaufelement 60 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Ausgestaltung auf, die zu der Befestigungsrille 42 der Schraubmutter 40 passt, so dass das Umlaufelement 60 in der Befestigungsrille 42 der Schraubmutter 40 befestigt werden kann und an die Tragfläche 44 der Befestigungsrille 42 nach der Befestigung (siehe 11) stößt, wodurch eine Positionierung erreicht wird.
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Wie in den 6–9, gezeigt, umfasst das Umlaufelement 60 eine erste Oberfläche 61 und eine zweite Oberfläche 62, die der ersten Oberfläche 61 abgewandt ist. Die zweite Oberfläche 62 ist in Richtung zur ersten Oberfläche 61 sanft einwärts gekrümmt, um zu der äußeren Oberfläche der Schraubwelle 30 zu passen. Die erste Oberfläche 61 ist in eine abgewandte erste schiefe Ebene 611 und zweite schiefe Ebene 612 unterteilt. Die erste schiefe Ebene 611 und die zweite schiefe Ebene 612 erstrecken sich parallel zu der Tangentialrichtung der zweiten Oberfläche 62, d. h. parallel zu der Tangentialrichtung der Schraubwelle 30. Die erste schiefe Ebene 611 legt ferner eine erste Lateralseite 613 und eine zweite Lateralseite 614 fest, und die zweite schiefe Ebene 612 legt eine dritte Lateralseite 615 und eine vierte Lateralseite 616 fest, worin die erste Lateralseite 613 mit der ersten schiefen Ebene 611 und die dritte Lateralseite 615 mit der zweiten schiefen Ebene 612 durch eine erste gekrümmte Abkantung 617 verbunden sind; worin die zweite Lateralseite 614 der ersten schiefe Ebene 611 und die vierte Lateralseite 616 der zweiten schiefe Ebene 612 jeweils eine zweite gekrümmte Abkantung 618 bereitstellen und mit der zweiten Oberfläche 62 verbunden sind.
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Unter erneutem Bezug auf die 9 und 12, legt die erste Oberfläche 61 eine Umlaufpassage 63 für das Passieren jeder Kugel 50 fest. Die Umlaufpassage 63 erstreckt sich von der zweiten Lateralseite 614 der ersten schiefe Ebene 611 der ersten Oberfläche 61 entlang der Länge des Umlaufelements 60 über die erste gekrümmte Abkantung 617 und anschließend schräg in Richtung der vierten Lateralseite 616 der zweiten schiefen Ebene 612 der ersten Oberfläche 61, weist zwei abgewandte offene Enden davon jeweils auf, die in einem jeweiligen Koppelmaul 632 enden. Die zwei Koppelmäuler 632 an den zwei abgewandten Enden der Umlaufpassage 63 sind jeweils durch die erste Oberfläche 61 und die zweite Oberfläche 62 geschnitten und sind jeweils mit der ersten Passage 51 verbunden, so dass jede Kugel 50 sich durch die Umlaufpassage 63 in die oder aus der ersten Passage 51 bewegen kann.
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Unter erneutem Bezug auf die 8, 10 und 11, legt die zweite Oberfläche 62 zwei abgewandte Verbindungsrillen 64 und zwei abgewandte Führungsblöcke 65 fest. Die zwei Verbindungsrillen 64 sind zwischen den zwei Koppelmäulern 632 der Umlaufpassage 63 angeordnet und zum Verbinden der inneren Gewinderille 43 der Schraubmutter 40 angepasst und stehen der äußeren Gewinderille 32 der Schraubwelle 30 derart gegenüber, das eine zweite Passage 52 zwischen jeder Verbindungsrille 64 und der äußeren Gewinderille 32 festgelegt ist und mit der ersten Passage 51 für das Passieren jeder Kugel 50 verbunden sind. Die Führungsblöcke 65 sind in der äußeren Gewinderille 32 aufgenommen, weisen jeweils ein Ende davon auf, das aus of dem entsprechenden Koppelmaul 632 der Umlaufpassage 63 vorragt, um jede Kugel 50 in der ersten Passage 51 zu führen. Es sollte angemerkt werden, dass jeder Führungsblock 65 und die zweite Oberfläche 62 einstück, aus einem Stück, hergestellt, oder lösbar aneinander angeordnet sein können. In dieser Ausführungsform sind die zwei Führungsblöcke 65 mit der zweiten Oberfläche 62 einstückig ausgebildet. In der in der 13 gezeigten Ausführungsform, sind die zwei Führungsblöcke 65 jeweils mit der zweiten Oberfläche 62 lösbar verbunden. Es sollte angemerkt werden, dass die Verwendung der Führungsblöcke 65 keine Einschränkung darstellt. Jede Kugel 50 kann immer noch in der ersten Passage 51 ohne die Führungsblöcke 65 laufen. Die Anordnung der Führungsblöcke 65 erhöht jedoch die Laufruhe der Kugeln 50.
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Das Umlaufelement 60 umfasst ferner zwei abgewandte Befestigungsöffnungen 66, die jeweils durch die erste Oberfläche 61 und die zweite Oberfläche 62 angrenzend zu den jeweiligen Führungsblöcken 65 geschnitten sind und in Verbindung mit den jeweiligen Durchgangsöffnungen 45 der Schraubmutter 40 stehen. Zwei Befestigungselemente 80 (beispielsweise Schrauben) werden beim Zusammenbau jeweils durch die Durchgangsöffnungen 45 der Schraubmutter 40 eingefügt und an den jeweiligen Befestigungsöffnungen 66 des Umlaufelements 60 befestigt, um die Schraubmutter 40 und das Umlaufelement 60 aneinander zu befestigen. Mit Ausnahme der Befestigungsmethode unter Verwendung der Befestigungselemente (Schrauben) 80, kann ferner eine Nut und Feder Anschlusskonstruktion als Ersatz verwendet werden, beispielsweise kann die Schraubmutter 40 zum Bereitstellen einer Verbindungsrille ausgestaltet sein, und das Umlaufelement 60 kann zur Bereitstellung einer Verbindungsnut ausgestaltet sein, die in die Verbindungsrille des Umlaufelements 60 eingepresst werden kann.
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Das Umlaufelement 60 und die Kugelgewindespindel 20 gemäß der vorliegenden Erfindung weisen zusammenfassend die nachstehend aufgeführten Vorteile und Merkmale auf:
- 1. Die Befestigungsrille 42 der Schraubmutter 40 kann unter Verwendung einer Fräs- oder Bohrtechnik ausgebildet werden; das Umlaufelement 60 kann unter Verwendung einer Kunststoffspritz- oder Metallumformungstechnik hergestellt werden; es gibt diesbezüglich keine besondere Einschränkung. Nach der Verarbeitung, um die Befestigungsrille 42 auf der Schraubmutter 40 auszubilden, wird die Tragfläche 44 unmittelbar ohne Schneiden durch die Schraubmutter 40 gebildet. Wenn das Umlaufelement 60 in die Befestigungsrille 42 während dem Zusammenbau eingefügt wird, kann das Umlaufelement 60 daher an die Tragfläche 44 stoßen, um eine Positionierung ohne weiter Einstellung der Position des Umlaufelements 60 zu erzielen. Beim Vergleich mit herkömmlichen Techniken, werden bei die Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Herstellungskosten wirksam verringert, der Installationsvorgang wird vereinfacht, und die Schwierigkeiten bei der Ausrichtung zwischen der Umlaufpassage 63 und Verbindungsrille 64 des Umlaufelements 60 und der inneren Gewinderille 43 der Schraubmutter 40 werden beseitigt. Die Erfindung weist mit anderen Worten die Vorteile geringer Herstellungskosten, einfacher Installation und hoher Genauigkeit bezüglich der Ausrichtung auf.
- 2. Jede Kugel 50 läuft in einer Umlaufbahn, die aus der ersten Passage 51, den zwei zweiten Passagen 52 und der Umlaufpassage 63 gebildet ist, worin der Eingangsbereich und Ausgangsbereich der Umlaufpassage 63 parallel zu der Tangentialrichtung der Schraubwelle 30 aufgrund der Ausgestaltung der ersten Oberfläche 61 als schiefe Ebene gehalten sind, wodurch jede Kugel 50 problemlos von der ersten Passage 51 in die Umlaufpassage 63 läuft und ebenso problemlos von der Umlaufpassage 63 in die erste Passage 51 läuft, und aus diesem Grund ist bei der Erfindung Laufruhe der Kugeln erheblich verbessert. Alle Kugeln 50 können ferner in einem einzelnen Befüllschritt eingefüllt werden, wodurch der Nachteil des Stands der Technik zum Befüllen aller Kugeln in Lots beseitigt wird. Nachdem alle Kugeln 50 in die erste Passage 51 gegeben wurden, kann jede Kugel 50 entlang der erste Passage 51, den zweiten Passagen 52 und der Umlaufpassage 63 laufen, um die gesamte Umlaufbahn aufzufüllen, wodurch der Vorgang zum Befüllen mit Kugeln vereinfacht wird.
- 3. Die Verwendung eines einzelnen Umlaufelements 60 stellt keine Einschränkung dar. Wahlweise können zwei Umlaufelemente 60 aneinander stoßen, um zu den Abmessungen der Schraubmutter 40 zu passen. Das Umlaufelement 60 kann ferner ein einstückiges Element sein. Das Umlaufelement 60 kann wahlweise aus zwei Unter-Körpern 68 gebildet sein, die in einer Linie längsgerichtet verbunden sind, wie in der 14 und 15 gezeigt wird, oder auf eine parallele Art transversal verbunden sein, wie in der 16 gezeigt wird. Wenn die zwei Unter-Körper 68 miteinander in einer der vorstehend genannten zwei Verbindungsmethoden verbunden sind, werden durch das Umlaufelement 60 die gleichen Wirkungen, wie in der einstückigen Ausgestaltung, erzielt.
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Wie in den 17–20 gezeigt, kann ein Umlaufelement 70 ferner eine erste Oberfläche 71 und eine zweite Oberfläche 72 umfassen, die der ersten Oberfläche 71 abgewandt ist. Die zweite Oberfläche 72 ist in Richtung zur ersten Oberfläche 71 einwärts gekrümmt, um zu der äußeren Oberfläche der Schraubwelle 30 zu passen. Die erste Oberfläche 71 legt eine Umlaufpassage 73 für das Passieren der Kugeln 50 fest. Die Umlaufpassage 73 erstreckt sich von einer Lateralseite der ersten Oberfläche 71 entlang der Länge des Umlaufelements 70 zu der anderen Lateralseite der ersten Oberfläche 71, weist zwei abgewandte offene Enden davon auf, die jeweils in einem jeweiligen Koppelmaul 732 enden, das durch die jeweilige Lateralseite des Umlaufelements 70 für eine Verbindung mit der ersten Passage 51 geschnitten ist. Jede Kugel 50 kann daher in die oder aus der ersten Passage 51 durch die Umlaufpassage 73 laufen. Die zweite Oberfläche 72 legt vier Verbindungsrillen 74 fest. Jede Verbindungsrille 74 ist zwischen den zwei Koppelmäulern 732 der Umlaufpassage 73 angeordnet und zur Verbindung der inneren Gewinderille 43 der Schraubmutter 40 angepasst, und ist ebenso zum Gegenüberliegen zu der äußeren Gewinderille 32 der Schraubwelle 30 angeordnet. Jede Kugel 50 kann daher von jedem Koppelmaul 732 entlang der Umlaufpassage 73 in das Umlaufelement 70 laufen, und wird anschließend von der Umlaufpassage 73 geführt, um to zu der ersten Passage 51 aufgrund der Führung davon zurückzukehren.
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Während dem Vorgang des Befüllens mit Kugeln, wird daher allen Kugeln 50 aufgrund der strukturellen Ausgestaltung der Umlaufpassage 73 ermöglicht, in einem Schritt befüllt zu werden, wodurch der Nachteil des Stands der Technik zum Befüllen aller Kugeln durch Lots beseitigt wird und der Vorgang zum Befüllen mit Kugeln vereinfacht wird.
