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Die Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb, dessen Wälzkörper, das heißt Kugeln, durch Zwischenelemente voneinander getrennt sind.
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Ein derartiger Kugelgewindetrieb ist zum Beispiel aus der
DE 102 15 219 B4 bekannt. Dieser Kugelgewindetrieb ist derart ausgebildet, dass sich benachbarte Kugeln trotz Zwischenelement berühren können. Die Zwischenelemente sind federelastisch ausgebildet.
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Verschiedene Arten von Federelementen, welche zwischen Wälzkörpern eines Kugelgewindetriebs platzierbar sind, sind in der
EP 1 573 231 B1 offenbart. Der Kugelgewindetrieb weist eine geschlossene Kugelkette auf. Die Anzahl der in der Kugelkette angeordneten Federelemente ist so bemessen, dass während eines Umlaufs der Kugelkette immer eines der Federelemente im Umlenkabschnitt des Kugelkanals ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickelten Kugelgewindetrieb mit Zwischenelementen zwischen den Wälzkörpern anzugeben, wobei ein besonders reibungsarmer Betrieb gegeben sein soll.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Der Kugelgewindetrieb umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption eine Gewindespindel und eine zugehörige Mutter, wobei zwischen der Gewindespindel und der Mutter Wälzkörper abrollen. Zwischen einzelnen Wälzkörpern sind Zwischenelemente angeordnet.
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Erfindungsgemäß ist in den Zwischenelementen jeweils eine Trennkugel geführt. Der Durchmesser der Trennkugel ist kleiner als der Durchmesser der ebenfalls kugelförmigen Wälzkörper des Kugelgewindetriebs.
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Beispielsweise weist die Trennkugel einen Durchmesser auf, welcher mindestens 45 % und höchstens 85 % des Wälzkörperdurchmessers entspricht. Durch die Führung der Trennkugel in einem Zwischenelement, das heißt einem Käfigsegment, wird ein Kontakt zwischen der Trennkugel und den Kugellaufbahnen des Kugelgewindetriebs vermieden. Gleichzeit sorgt das als Käfigsegment fungierende Zwischenelement dafür, dass die Trennkugel die benachbarten Wälzkörper zumindest annähernd mittig kontaktiert, so dass durch die Trennkugel-Wälzkörper-Kontakte Kräfte, welche in radialer Richtung des Kugelgewindetriebs wirken, vermieden oder zumindest äußerst gering gehalten werden. Insgesamt sorgen die jeweils in einem Zwischenelement geführten Trennkugeln damit für einen besonders reibungsarmen Betrieb des Kugelgewindetriebs.
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Gemäß einer ersten möglichen Ausführungsform ist das Zwischenelement mehrteilig aufgebaut. Hierbei ist das Zwischenelement vorzugsweise durch zwei gleichartige Käfigelemente gebildet, wobei jedes Käfigelement U-förmig gestaltet ist und drei Würfelseiten abdeckt, in denen sich jeweils eine Öffnung für die Trennkugel befindet. Bevorzugt sind die beiden Käfigelemente nicht direkt miteinander verbunden, sondern ausschließlich durch die Trennkugel zusammengehalten. Jedes der beiden vorzugsweise identisch geformten Käfigelemente ist rationell als Blechteil, insbesondere aus Stahlblech, herstellbar.
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Gemäß einer zweiten möglichen Ausführungsform ist das Zwischenelement ausgeführt. Das einteilige Zwischenelement beschreibt vorzugsweise eine Würfelform mit sechs Öffnungen an den Seitenflächen des Würfels. Das Zwischenelement ist bevorzugt als elastisches Kunststoffteil, in welches die Trennkugel einschnappbar ist, ausgebildet.
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Unabhängig von der Gestaltung des Zwischenelementes weist der Kugelgewindetrieb vorzugsweise einen endlosen Kugelkanal, das heißt eine Kugelrückführung, auf. Ein Kugelgewindetrieb mit Kugelrückführung ist grundsätzlich zum Beispiel aus der
US 7,080,571 B2 bekannt. Eine alternative Gestaltung einer Kugelrückführung ist in der
DE 42 35 842 C2 offenbart.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kugelgewindetriebs mit Zwischenelementen,
- 2 in einer Explosionsdarstellung ein mehrteiliges Zwischenelement eines Kugelgewindetriebs mit zugehöriger Trennkugel,
- 3 die zu einer Zwischenlagerung zusammengesetzte Anordnung nach 2,
- 4 einen Kugelgewindetrieb mit Zwischenlagerungen nach 3,
- 5 und 6 Details der Anordnung nach 4,
- 7 eine alternative Ausgestaltung eines Zwischenelements für einen Kugelgewindetrieb,
- 8 das Zwischenelement nach 7 mit eingesetzter Trennkugel,
- 9 in einer Ansicht analog 4 einen Kugelgewindetrieb mit Zwischenlagerungen nach 8,
- 10 in einer perspektivischen, geschnittenen Darstellung ein Detail der Anordnung nach 9.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Kugelgewindetrieb umfasst in prinzipiell bekanntem Grundaufbau eine Gewindespindel 2 und eine diese konzentrisch umgebende Mutter 3. Die Mittelachse des Kugelgewindetriebs 1 ist mit M bezeichnet. Durch die Gewindespindel 2 und die Mutter 3 werden eine innere Laufbahn 14 und eine äußere Laufbahn 15 bereitgestellt. Dient die Mutter 3 als rotierendes Antriebselement des Kugelgewindetriebs 1, so ist die Gewindespindel 2 in verdrehgesicherter Weise verschiebbar. Alternativ ist die Gewindespindel 2 als rotierendes Antriebselement und die Mutter 3 als Abtriebselement des Kugelgewindetriebs 1 nutzbar. Je nach Auslegung, insbesondere Gewindesteigung, ist auch eine Umsetzung einer Linearbewegung in eine rotative Bewegung durch den Kugelgewindetrieb 1 möglich. Der Kugelgewindetrieb 1 ist in den Ausführungsbeispielen als eingängiger Gewindetrieb ausgebildet. Ebenso ist ein mehrgängiger Aufbau möglich.
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Zwischen den Laufbahnen 14, 15 ist ein schraubenförmig gewundener Kanal 4, das heißt Kugelkanal, gebildet, in dem Kugeln 5 als Wälzkörper abrollen. Jeweils zwischen zwei im Kanal 4 hintereinander angeordneten Kugeln 5 befindet sich eine Zwischenlagerung 6. Die Anzahl der Kugeln 5 entspricht der Anzahl der Zwischenlagerungen 6. Der Kanal 4 setzt sich in an sich bekannter Weise aus einem Lastabschnitt und einem Umlenkabschnitt zusammen. Der Umlenkabschnitt des Kanals 4 ist in Form einer Außenumlenkung des Kugelgewindetriebs 1 realisiert. Jede Zwischenlagerung 6 umfasst ein ein- oder mehrteiliges Zwischenelement 7, kurz auch als Käfigsegment bezeichnet, in welchem eine Zwischenkugel 8 geführt ist. Die Zwischenkugel 8, welche auch als Trennkugel bezeichnet wird, ist deutlich kleiner als die Kugeln 5. Die Rotationsrichtung der Zwischenkugel 8 ist der Rotationsrichtung der Kugeln 5 entgegengerichtet.
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Im Ausführungsbeispiel nach 1 ist das Zwischenelement 7 einteilig ausgeführt. In der in 1 skizzierten Darstellung, mit Blickrichtung quer zum Kanal 4 und in Längsrichtung der Mittelachse M, weist das Zwischenelement 7 einen taillierten Querschnitt, in der Art einer Sanduhr, auf. Die Zwischenkugel 8 ist in einen mittigen Hohlraum des Käfigsegments 7 eingeschnappt. Die Zwischenkugel 8 kontaktiert die beiden benachbarten Kugeln 5. Darüber hinaus können die Kugeln 5 das Zwischenelement 7, welches beschränkt kippbar ist, kontaktieren. Kontakte zwischen der Zwischenkugel 8 und den Laufbahnen 14, 15 sind ausgeschlossen.
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Im Unterschied zur Ausgestaltung nach 1 ist das in den 2 und 3 dargestellte Zwischenelement 7 mehrteilig aufgebaut. Das Zwischenelement 7 ist gebildet durch zwei gleichartige Käfigelemente 9, 10, welche jeweils eine U-Form beschreiben und derart zusammengesetzt sind, dass insgesamt eine Würfelform des Zwischenelementes 7 gegeben ist. Die U-Form des Käfigelements 9, 10 ist gebildet durch ein Mittelteil 11, an welches sich Seitenteile 12, das heißt U-Schenkel, anschließen.
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Das insgesamt würfelförmige Zwischenelement 7 wird ausschließlich durch die Käfigelemente 9, 10 zusammengehalten. Eine direkte mechanische Verbindung zwischen den Käfigelementen 9, 10 ist nicht gegeben. Die Käfigelemente 9, 10 sind durch die Zwischenkugel 8 mit Spiel miteinander gekoppelt. Die Zwischenkugel 8 greift in jeweils drei kreisrunde Öffnungen 13 eines jeden Käfigelementes 9, 10 ein. Bei den Käfigelementen 9, 10 handelt es sich um Blechteile. Diese sind derart elastisch verformbar, dass die beiden Käfigelemente 9, 10 auf die Zwischenkugel 8 aufschnappbar sind, womit die Zwischenlagerung 6 komplettiert ist.
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Im Ausführungsbeispiel nach den 7 bis 10 handelt es sich bei dem Zwischenelement 7 um ein einstückiges Kunststoffteil. Das Zwischenelement 7 weist sechs kreisrunde Öffnungen 13 auf, wobei auch in diesem Fall näherungsweise eine Würfelform des Zwischenelements 7 gegeben ist. Die Würfelform ist durch sphärische Oberflächenbereiche 17 abgerundet. Die sphärischen Oberflächenbereiche 17 grenzen an ringförmige Randflächen 16, welche jeweils eine Öffnung 13 umschließen.
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Im Inneren des Zwischenelements 7 nach 7 sind acht näherungsweise dreieckige Führungsflächen 18 gebildet, an denen die Zwischenkugel 8 anlaufen kann. Die Führungsflächen 18 befinden sich jeweils mittig in einem Abschnitt des Zwischenelements 7, dessen Außenoberfläche als sphärische Oberfläche 17 vorliegt. Die insgesamt acht sphärischen Oberflächen 17 sind durch Stege 19, deren Lage die Lage der Kanten eines Würfels angibt, miteinander verbunden. Das Zwischenelement 7 ist derart elastisch, dass die Zwischenkugel 8 durch eine der Öffnungen 13 hindurch in das Zwischenelement 7 einschnappbar ist. Ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach den 2 bis 6 ist auch im Ausführungsbeispiel nach den 7 bis 10 durch die Gestaltung des Zwischenelementes 7 jederzeit ein Abstand zwischen den Zwischenkugeln 8 und den Laufbahnen 14, 15 gegeben. Die schraubenförmige Linie, auf welcher die Mittelpunkte der Zwischenkugeln 8 liegen, entspricht der durch die Mittelpunkte der Kugeln 5 beschriebenen Schraubenlinie.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kugelgewindetrieb
- 2
- Gewindespindel
- 3
- Mutter
- 4
- Kugelkanal
- 5
- Kugel, Wälzkörper
- 6
- Zwischenlagerung
- 7
- Käfigsegment, Zwischenelement
- 8
- Zwischenkugel, Trennkugel
- 9
- Käfigelement
- 10
- Käfigelement
- 11
- Mittelteil
- 12
- Seitenteil
- 13
- Öffnung
- 14
- innere Laufbahn
- 15
- äußere Laufbahn
- 16
- ringförmige Randfläche
- 17
- sphärischer Oberflächenbereich
- 18
- Führungsfläche
- 19
- Steg
- M
- Mittelachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10215219 B4 [0002]
- EP 1573231 B1 [0003]
- US 7080571 B2 [0010]
- DE 4235842 C2 [0010]
