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Die vorliegende Erfindung betrifft generell ein lineares Übertragungselement, insbesondere eine Kugelumlaufspindel mit externem Umlauf.
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In dem
US-Patent-Nr. 7,040,189 ist eine Umwälzanlage beschrieben, mit der anstelle eines Führungsrohrs aus Metall Kunststoffguss verwendet wird und die eine Struktur aufweist, die zwei ähnliche Elemente auf der linken bzw. rechten Seite umfaßt. Diese Kugelumlaufspindel weist jedoch die folgenden Nachteile auf. (1) Die Struktur dieser Umwälzanlage besteht aus zwei Gliedern, die als ein linkes Glied und als ein rechtes Glied miteinander kombiniert sind, so dass sich die kunststoffgegossenen Glieder wegen unterschiedlichen Faktoren, einschließlich dem Aufprall durch die rollenden Kugeln, die beim Rollen durch eine Kurve hinsichtlich der Festigkeit der Struktur Bedenken auslösen, nach außen auf die linke und rechte Seite ausbreiten. (2) Die Umwälzanlage weist eine tangentiale externe Umlaufstruktur auf, so dass eine Einlassöffnung und eine Auslassöffnung der Umwälzanlage einander gegenüber in einem Abstand von 180 Grad vorgesehen sind (siehe
2A des Patents) und daher eine verwendete Mutter einen relativ großen Außendurchmesser aufweisen muss, wobei die Montagelöcher der Mutter (um die beiden Füße der Umwälzanlage zu montieren) eine relativ große Tiefe erfordert. Da eine Bearbeitungstiefe relativ gross ist, kann die Steifigkeit eines Bearbeitungswerkzeuges oder eines Maschinengehäuses unzureichend sein, was zu Fehlern bei der Bearbeitung der Montagelöcher führt, so dass die Anzahl der Wälzkörper, die an einer Beladestelle (zwischen der Schraube und der Mutter) gebildet sind, reduziert ist. Ein solches strukturelles Design eignet sich insbesondere nicht für eine Kugelumlaufspindel mit einer kleinen Spezifikation (was bedeutet, dass der Durchmesser des Wälzkörpers nicht größer als 1 mm ist). Dies bedarf aus diesem Grund einer Ausbesserung.
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Angesichts der oben beschriebenen Nachteile besteht das Hauptziel der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer Umlaufstruktur, die mit einer Kugelumlaufspindel mit einer kleinen Spezifikation, insbesondere eine Kugelumlaufspindel mit einem externem Umlauf, verwendet werden kann.
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Zum Erreichen des obengenannten Ziels wird mit der vorliegenden Erfindung eine Kugelumlaufspindel mit einem externem Umlauf geschaffen, die im Wesentlichen aus den folgenden Komponenten besteht: eine Längswelle mit einer umlaufenden Außenfläche, die mit einer spiralförmigen Rillennut gebildet ist; eine Mutter, die mit einem in dieser gebildeten Durchgangsloch gebildet ist, um in diesem die Verlängerung der Längswelle aufzunehmen, wobei das Durchgangsloch eine umlaufende Innenfläche aufweist, die in Übereinstimmung mit der Rillennut mit einem Walzenkanal gebildet ist und dabei die Rillennut und der Walzenkanal zusammen eine Beladestelle bilden. Die Mutter weist eine Außenfläche auf, in der zwei Durchgangsöffnungen in einem Abstand zueinander gebildet und mit dem Durchgangsloch verbunden sind, wobei der Hohlraum mit den beiden Durchgangsöffnungen verbunden ist. Weiter besteht die Kugelumlaufspindel mit einem externem Umlauf im Wesentlichen aus mehreren Wälzkörpern, die an der Beladestelle vorgesehen sind, wobei der Wälzkörper einen Durchmesser zwischen 0,3 mm und 1 mm beträgt; und einen Zirkulator, der eine U-Form aufweist und im Hohlraum und in den Durchgangsöffnungen vorgesehen ist. Der Zirkulator ist mit einem Rückwärtsdurchgang gebildet, der mit der Beladestelle verbunden ist. Der Rückwärtsdurchgang und die Beladestelle bilden zusammen einen Umlaufkanal, wobei eine Mitte der Längswelle und ein Schlußpunkt des Rückwärtsdurchgangs zusammen eine imaginäre Linie zwischen diesen bilden. Die Linie und eine Achse, die durch die Mitte verlaufen, bilden zusammen zwischen diesen einen eingeschlossenen Winkel, der als einen Fortschreitwinkel bezeichnet wird, wobei dieser Fortschreitwinkel ein Winkel zwischen 70 Grad und 80 Grad ist.
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Vorzugsweise weist der Fortschreitwinkel einen Winkel von 75 Grad auf.
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Mit einem so gebildeten Fortschreitwinkel kann anhand der vorliegenden Erfindung mit einer Kugelumlaufspindel mit einer kleinen Spezifikation der Außendurchmesser einer Mutter verringert werden, ohne dabei deren Steifigkeit zu beeinträchtigen. Je kleiner der Fortschreitwinkel ist, desto größer ist der Außendurchmesser der Mutter, so dass der Nachteil einer Beeinträchtigung einer Kugelumlaufspindel mit kleiner Spezifikation nach dem Stand der Technik mit der vorliegenden Erfindung umgangen werden kann, wobei im Vergleich mit einer Ausführungsform ohne solche Ausbesserung dieselbe Funktionsleistung beibehalten wird und die gesamte Größe der Mutter um 30% reduziert werden kann.
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Die obengenannten Ziele und Zusammenfassung stellen lediglich eine kurze Einführung der vorliegenden Erfindung dar. Für ein komplettes Verständnis dieser und weiterer Ziele sowie der vorliegenden Erfindung selbst, die dem Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich werden, sind diese in der nachstehenden detaillierten Beschreibung sowie in den Schutzansprüchen mit Bezugnahme auf die beigelegten Zeichnungen näher erläutert. Die gleichlautenden Bezugsziffern in dieser Patentschrift und in den Zeichnungen beziehen sich auf identische oder ähnliche Einzelteile.
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Zahlreiche weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann auf diesem Gebiet durch Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung und beigelegten Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung anhand von illustrativen Beispielen gezeigt ist, offensichtlich.
- 1 zeigt eine Explosionsansicht zum Darstellen einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel mit externem Umlauf.
- 2 zeigt eine perspektivische Ansicht zum Darstellen der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel mit externem Umlauf in einem zusammengebauten Zustand.
- 3 zeigt eine Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel mit externem Umlauf.
- 4 zeigt eine weitere Querschnittansicht der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel mit externem Umlauf.
- 5 zeigt eine Darstellung zum Simulieren einer Aufprallkraft durch die Wälzkörper an verschiedenen Stellen einem Umlaufkanal entlang für das Beispiel, in dem die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel mit externem Umlauf einen Fortschreitwinkel von 75 Grad aufweist und
- 6 zeigt eine Darstellung zum Simulieren einer Aufprallkraft durch die Wälzkörper an verschiedenen Stellen einem Umlaufkanal entlang für das Beispiel, in dem die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel mit externem Umlauf einen Fortschreitwinkel von 80 Grad aufweist.
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In der nachfolgenden Beschreibung sind lediglich beispielhafte Ausführungsbeispiele dargestellt, mit denen der Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der vorliegenden Erfindung auf keine Weise eingeschränkt werden sollen. Die folgende Beschreibung stellt vielmehr eine praktische Veranschaulichung zur Implementierung der beispielhaften Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Verschiedene Änderungen der beschriebenen Ausführungsbeispiele können in der Funktion und Anordnung der beschriebenen Elemente vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung wie in den angehängten Schutzansprüchen beschrieben abzuweichen.
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Die 1-4 zeigen, dass mit der vorliegenden Erfindung eine Kugelumlaufspindel mit externem Umlauf geschaffen wird, die die folgenden Elemente aufweist: eine Längswelle (1), die eine umlaufende Außenfläche mit einer spiralförmigen Rillennut (11) aufweist; eine Mutter (2), die ein in dieser gebildeten Durchgangsloch (21) aufweist, um die Verlängerung der Längswelle (1) in diesem aufzunehmen, wobei das Durchgangsloch (21) eine umlaufende Innenfläche aufweist, auf der in Übereinstimmung mit der Rillennut (11) ein Walzenkanal (211) gebildet ist, wobei mit der Rillennut (11) und dem Walzenkanal (211) zusammen eine Beladestelle gebildet wird; die Mutter (2) eine Außenfläche aufweist, in der zwei Durchgangsöffnungen (22) in einem Abstand zueinander gebildet und mit dem Durchgangsloch (21) verbunden sind, wobei der Hohlraum (23) mit den beiden Durchgangsöffnungen (22) verbunden ist; mehrere Wälzkörper (3), die an der Beladestelle vorgesehen sind und dabei diese Wälzkörper (3) einen Durchmesser zwischen 0,3 mm und 1 mm aufweisen; und einen Zirkulator (4), der eine U-Form aufweist, im Hohlraum (23) und in den Durchgangsöffnungen (22) vorgesehen ist, wobei die beiden Füße der U-Form je in eine der beiden Durchgangsöffnungen (22) eingesetzt sind; der Zirkulator (4) mit einem Rückwärtsdurchgang (41) gebildet ist, der mit der Beladestelle verbunden ist; der Rückwärtsdurchgang (41) und die Beladestelle zusammen einen Umlaufkanal bilden; mit einer Mitte (D) der Längswelle (1) und mit einem Schlußpunkt (P) des Rückwärtsdurchgangs zusammen eine imaginäre Linie zwischen diesen bilden, wobei die Linie und eine Achse (X) durch die Mitte (D) verlaufen und zwischen diesen zusammen einen eingeschlossenen Winkel bilden, der als einen Fortschreitwinkel (A) bezeichnet wird; der Fortschreitwinkel (A) ein Winkel zwischen 70 Grad und 80 Grad ist, während ein optimaler Winkel des Fortschreitwinkels (A) 75 Grad beträgt. Der Grund, weshalb der optimale Winkel 75 Grad beträgt ist der, dass sowohl der Außendurchmesser der Mutter als auch die Steifigkeit der Mutter optimal sind und eine Aufprallkraft durch die Wälzkörper (3), die in den Zirkulator (4) dringt, weitaus geringer als jene ist, die von einem Fortschreitwinkel (A) mit 80 Grad verursacht wird. Die 5 und 6 zeigen, dass die maximale Aufprallkraft, die mit dem Wälzkörper (3) verursacht wird, 0,35 N beträgt, wenn der Fortschreitwinkel (A) 75 Grad beträgt, wobei die maximale Aufprallkraft, die mit dem Wälzkörper (3) verursacht wird, 16 N beträgt, wenn der Fortschreitwinkel (A) 80 Grad beträgt.
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Es ist selbstverständlich, dass jedes der oben beschriebenen Elemente oder zwei oder mehr dieser Elemente in weiteren Methoden, die vom oben beschriebenen Typ abweichen, ebenfalls eine praktische Anwendung finden können.
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Trotz der Darstellung und Beschreibung bestimmter neuer Merkmale der vorliegenden Erfindung und der Hinweisung auf diese in den angehängten Schutzansprüchen sollen diese durch die obenbeschriebenen Einzelheiten nicht eingeschränkt sein, da es selbstverständlich ist, dass verschiedene Auslassungen, Modifizierungen, Substitutionen und Änderungen in den Formen und Einzelheiten der beschriebenen Ausführungsform und in deren Verwendung vom Fachmann auf diesem Gebiet vorgenommen werden können, ohne dabei auf irgendeine Weise von den Schutzansprüchen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Längswelle
- 11
- Rillennut
- 2
- Mutter
- 21
- Durchgangsloch
- 22
- Durchgangsöffnung
- 23
- Hohlraum
- 3
- Wälzkörper
- 4
- Zirkulator
- 41
- Rückwärtsdurchgang
- A
- Fortschreitwinkel
- P
- Schlußpunkt
- X
- Achse
- D
- Mitte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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