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Die
Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb mit einer Vielzahl von
Kugeln. Die Kugeln sind hierbei in der Regel in einer Gewinderille
angeordnet, die von einer Kugelgewindetrieb-Mutter und einer Kugelgewindetrieb-Spindel
gebildet wird.
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Aus
der
US 6,095,009 sind
Kugelgewindetriebe bekannt geworden, bei denen zwischen den einzelnen
Kugeln Zwischenelemente vorgesehen sind. Die Zwischenelemente weisen
auf den den jeweiligen Kugeln zugewandten Seiten eine konkave Oberfläche auf,
die komplementär
zu der sphärischen
Oberfläche
der jeweiligen Kugel ausgebildet ist. Die Zwischenelemente dienen hierbei
dazu, einen Berührkontakt
zwischen zwei jeweils benachbarten Kugeln zu vermeiden. Aufgrund
der Zwischenelemente können,
im Vergleich zu Kugelgewindetrieben ohne Zwischenelemente, weniger
tragende Kugeln in Einsatz kommen. Die Tragzahl eines Kugelgewindetriebs
mit den bekannten Zwischenelementen ist folglich vergleichsweise
niedrig. Außerdem
müssen
die bekannten Kugelgewindetriebe eine bestimmte Kugellücke vorsehen,
um Tendenzen zum Blockieren des Kugelgewindetriebs aufgrund von
Wechselwirkungen der Kugeln untereinander zu vermeiden. Dabei hat
sich gezeigt, dass aufgrund der Kugellücke während des Betriebs des Kugelgewindetriebs
Laufgeräusche
auftreten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Kugelgewindetrieb
der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass eine vergleichsweise
hohe Tragzahl gewährleistet werden
kann, dass Laufgeräusche
möglichst
unterbunden werden und dass zudem ein möglichst geringer Verschleiß auftritt.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Kugelgewindetrieb der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Zwischenelemente in axialer Richtung federelastisch ausgebildete
Federabschnitte aufweisen, die gegen die jeweils angrenzenden Kugeln
wirken.
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Dadurch
wird vorteilhafterweise erreicht, dass trotz dem Vorhandensein einer
Kugellücke
die einzelnen Kugeln nicht lose zueinander angeordnet sind, sondern
dass eine axiale Bewegung der Kugeln durch die Federabschnitte der
Zwischenelemente abgefedert werden kann. Dies führt zu einem sehr geräuscharmen
Betrieb des Kugelgewindetriebs. Durch die Federwirkung wird weiterhin
ein Bestreben zum Verkanten der Zwischenelemente verhindert und
damit eine höhere
Betriebssicherheit erzielt. Außerdem
wird der Verschleiß verringert,
da ein Aneinanderschlagen der Kugeln in axialer Richtung gedämpft wird.
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Vorteilhafterweise
sehen die Zwischenelemente einen zentralen, nicht federnd ausgebildeten Zentralabschnitt
vor, an dem radial außen
liegende Federabschnitte vorgesehen sind. Derartige Zwischenelemente
bestehen folglich vorzugsweise aus lediglich zwei Abschnitten, dem
Zentralabschnitt und den Federabschnitten.
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Der
Zentralabschnitt kann hierbei ringförmig ausgebildet sein und einen
zentralen Durchbruch aufweisen. Der zentrale Durchbruch gewährleistet hierbei,
dass jeweils zwei benachbarte Kugeln in axialer Richtung sich sehr
nahe kommen können.
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Besonders
vorteilhaft ist, wenn der zentrale Durchbruch derart ausgebildet
ist, dass sich zwei benachbarte Kugeln im Durchbruch berühren können. Dies
hat den Vorteil, dass zum einen die Anzahl der tragenden Kugeln
maximiert wird. Zum anderen können
bei hohen axialen Kräften
innerhalb der Kugelkette aufgrund des Berührkontakts der jeweils benachbarten
Kugeln die zwischen den Kugeln vorgesehenen Zwischenelemente nicht
beschädigt
werden. Der Hauptkraftfluss verläuft über die
benachbarten Kugeln und nicht über
die Zwischenelemente.
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Vorteilhafterweise
sind die Federabschnitte als biegeelastische und/oder torsionselastische
Finger ausgebildet. Die Finger sind hierbei vorteilhafterweise am
Zentralabschnitt angeordnet und erstrecken sich wenigstens bedingt
in axialer Richtung. Die freien Enden der Finger wirken dann gegen
die Oberfläche
der jeweiligen Kugeln.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung können
die Federabschnitte als Wellen von wellenscheibenförmig ausgebildeten
Zwischenelementen ausgebildet sein. Derartige Federabschnitte weisen
vorteilhafterweise eine zusammenhängende, großflächige und beschädigungsunanfällige Oberfläche auf.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind die Federabschnitte als sich in axialer Richtung
erstreckende und nachgiebig ausgebildete trichterförmige Membranen
ausgebildet. Dabei können
sich Membranen an den Zentralabschnitt anschließen und jeweils einen ringartig
verstärkten,
gegen die jeweiligen Kugeln wirkenden Auslauf aufweisen.
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Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Federabschnitte
in beide axiale Richtungen eine wenigstens weitgehend identisch
Federsteifigkeit aufweisen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Zwischenelemente
in beide Richtungen gleichmäßig nachgeben
und die jeweils angrenzenden Kugeln gleichförmig abgefedert werden. Ein
Blockieren des Kugelgewindetriebs aufgrund von Wechselwirkungen
der Kugeln untereinander wird minimiert.
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Vorteilhafterweise
bilden die Kugeln eine Kugelkette, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Kugeln
jeweils ein Zwischenelement vorgesehen ist. Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Kugelkette mit den
Zwischenelementen unter axialer Vorspannung gehalten ist. Dadurch
wird ein sehr geräuscharmer Betrieb
des Kugelgewindetriebs möglich.
Dennoch tritt ein Blockieren des Kugelgewindetriebs nicht auf, da
unter Last der Abstand der einzelnen Kugeln zueinander durch die
elastischen Zwischenelemente ausgeglichen werden kann.
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Außerdem ist
vorteilhaft, wenn die federelastische Ausbildung der Federabschnitte
möglichst weitgehend
durch Biegung und/oder Torsion und nicht durch Materialpressung
erreicht wird. Hierdurch wird die Lebensdauer der Zwischenelemente
erhöht, da
keine Beschädigungen
des Materials durch Materialpressung auftreten können.
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Weiterhin
ist vorteilhaft, wenn der radiale Durchmesser der Zwischenelemente
kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln.
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Dies
führt dazu,
dass die Zwischenelemente nicht mit der Oberfläche der Grundrillen in Kontakt kommen.
Störende
Schleifgeräusche
dar Zwischenelemente an den Gewinderillen können folglich nicht auftreten.
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Die
eingangs genannte Aufgabe wird außerdem durch ein Zwischenelement
zur Anordnung zwischen zwei Kugeln eines erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebs
gelöst.
Die erfindungsgemäßen Zwischenelemente
zeichnen sich dadurch aus, dass sie in axialer Richtung federelastisch
ausgebildete Federabschnitte aufweisen, die zur Wirkung gegen an das
Zwischenelement anliegenbare Kugeln geeignet sind.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
und Einzelheiten der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu
entnehmen, in der die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben
und erläutert
ist. Es zeigen:
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1 – 4 verschiedene
Ausführungsformen eines
erfindungsgemäß Zwischenelements,
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5 zwei Kugeln eines Kugelgewindetriebs
mit einem Zwischenelement im Längsschnitt,
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6 die Kugeln gemäß 4 axial beaufschlagt,
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7 mehrere Kugeln mit Zwischenelementen
axial unbeaufschlagt,
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8 die Kugeln gemäß 7 axial beaufschlagt.
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In
der 1 ist eine erste
Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Zwischenelements 10 dargestellt.
Das Zwischenelement 10 umfasst einen zentralen, nicht federnd
ausgebildeten Zentralabschnitt 12. Der Zentralabschnitt 12 ist
ringförmig
ausgebildet und weist einen zentralen Durchbruch 14 auf.
Am radial äußeren Rand
des Zentralabschnitts 12 sind Federabschnitte 16 vorgesehen.
Die Federabschnitte 16 ragen unter einem Winkel von circa
45° bezüglich der
durch den Zentralabschnitt 12 gebildeten Ebene vom Zentralabschnitt 12 ab.
Die Federabschnitte 16 sind so angeordnet, dass abwechselnd ein
Federabschnitt in die eine axiale Richtung und der jeweils sich
benachbarte Federabschnitt in die andere axiale Richtung ragt. Die
Federabschnitte 16 sind als biegeelastische Finger ausgebildet.
Insgesamt sind 16 Finger vorgesehen, wobei acht Finger in die eine
axiale Richtung und acht Finger in die andere axiale Richtung ragen.
Die freien Enden 18 der fingerartigen Federabschnitte 16 wirken
im verbauten Zustand gegen Kugeln eines Kugelgewindetrieb (vergleiche 5 – 8).
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Die
Federabschnitte 16 sind dabei so ausgelegt, dass sie bei
axialer Druckbeaufschlagung durch die Kugeln sich im Bereich ihrer
jeweiligen Biegeachse, die in der 1 für einen
Federabschnitt 15 exemplarisch dargestellt und mit dem
Bezugszeichen 19 versehen ist, biegeelastisch verformen.
Die Biegeachsen 19 verlaufen senkrecht zur Längsachse des
Zwischenelements 10.
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Die
in der 2 dargestellte
erfindungsgemäße zweite
Ausführungsform
eines Zwischenelements 20 sieht ebenfalls einen ringförmigen Zentralabschnitt 12 vor,
der einen Durchbruch 14 aufweist. An den Zentralabschnitt 12 sind
bei dem Zwischenelement 20 gemäß 2 torsionselastische Federabschnitte 22 angeordnet.
Die Federabschnitte 22 sehen eine in der Grundstellung
zu der durch den Zentralabschnitt 12 gebildeten Ebene unter
einem Winkel von cirka 45° verlaufende
Außenkante 24 vor.
Im verbauten Zustand wirken die freien Enden 26, 28 der
Außenkante 24 gegen
die jeweiligen Kugeln.
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Bei
axialer Druckbeaufschlagung durch die Kugeln verformen sich die
Federabschnitte 22 gemäß 2 um ihre jeweilige Torsionsachse,
die in der 2 für einen
Federabschnitt 22 exemplarisch dargestellt ist und das
Bezugszeichen 29 trägt.
Die Torsionsachsen 29 verlaufen in radialer Richtung.
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Eine
dritte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Zwischenelements 30 ist
in der 3 gezeigt. Dieses
Zwischenelement 30 ist wellenscheibenförmig ausgebildet und weist
einen zentralen Durchbruch 14 auf. Die Federabschnitte
dieses Zwischenelements werden durch Wellen 32 gebildet,
die im verbauten Zustand gegen die jeweiligen Kugeln wirken.
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Eine
vierte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Zwischenelements 35 ist
in der 4 gezeigt. 4.1 zeigt einen Querschnitt
durch das Zwischenelement 35. Dabei sind die Federabschnitte
als sich in axialer Richtung erstreckende, trichterförmige Membranen 36 ausgebildet
sind. Die beiden, sich gegenüberliegenden
Membranen schließen
sich an den Zentralabschnitt 12 an und weisen jeweils einen
ringartig verstärkten,
gegen die jeweilige Kugel wirkenden Auslauf 37 auf.
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Die
in den 1 – 4 dargestellten Zwischenelemente 10, 20, 30, 35 sind
so ausgebildet, dass die zentralen Durchbrüche 14 ein Berühren der
jeweils an die Zwischenelemente 10, 20, 30, 35 angrenzenden
Kugeln unter axialer Krafteinwirkung ermöglichen.
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5 und 6 zeigen ein Zwischenelement 10, das
zwischen zwei Kugeln 4C und 42 angeordnet ist. In
der 5 wirkt keine axiale
Kraft gegen die Kugeln 40, 42, das Zwischenelement 10 befindet
sich in seiner Grundstellung. Dabei liegen die freien Enden 18 der
Federabschnitte 16 an den jeweiligen Kugeloberflächen an.
Wirkt nun eine axiale Kraft, die in der 6 mit F bezeichnet ist, gegen die Kugeln 40, 42, so
verformen sich die Federabschnitte 16 um ihre jeweilige
Biegeachse 19, um der Kraft F entgegenzuwirken. Überschreitet
die Kraft F die über
die Federabschnitte 16 maximal aufbringbare Gegenkraft,
so berühren
sich die Kugeln 40, 42 im Bereich des Durchbruchs 14.
Die Hauptkraftflussrichtung verläuft dann
durch die Berührstelle
der beiden Kugeln 40, 42.
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Dies
hat zur Folge, dass eine Beschädigung des
Zwischenelements 10 auch bei sehr hohen Kräften F nicht
eintreten kann.
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Die
Federsteifigkeit des Zwischenelements 10 hängt von
der Biegefähigkeit
der Federarme 16 ab, und damit von deren Materialstärke s. Die
federelastische Ausbildung der Federabschnitte 16 wird nicht
durch eine Materialpressung, sondern ausschließlich durch eine Biegung im
Bereich der Biegeachse 19 erreicht.
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Wie
aus 5 hervorgeht, ist
der Durchmesser DZ des Zwischenelements
in radialer Richtung kleiner als der Durchmesser DK der
Kugel 40, 42.
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Die
Zwischenelemente 10, 20, 30, 35 haben vorteilhafterweise
wenigstens weitgehend in beide Richtungen eine identische Federsteifigkeit.
Das heißt,
dass sie gleichmäßig in beide
Richtungen einfedern. Der Federweg d eines Zwischenelements 10 ist
in der 6 dargestellt.
Jede Kugel 40, 42 federt folglich um den halben
Federweg d ein.
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Die 7 und 8 zeigen insgesamt vier Kugeln, mit zwischen
den Kugeln angeordneten Zwischenelementen 10. In der Grundstellung,
die in 7 dargestellt
ist, sind die Kugeln nicht mit einer axialen Kraft beaufschlagt.
In 8 wirkt eine axiale Kraft
F gegen die Kugeln. Die Summe der einzelnen Federwege d der Zwischenelemente 10 ergibt
den gesamten Federweg dS.
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In
den 5 – 8 sind exemplarisch die Zwischenelemente 10 dargestellt.
Anstelle der Zwischenelemente 10 können selbstverständlich die Zwischenelemente 20 oder 30 Verwendung
finden.
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Vorteilhafterweise
werden die Kugeln mit den zugehörigen
Zwischenelementen unter geringer Vorspannung montiert. Folglich
besteht keine Kugellücke
zwischen den einzelnen Kugeln, obwohl die Kugeln unter axialer Krafteinwirkung
zueinander verschiebbar sind. Der erfindungsgemäß Kugelgewindetrieb hat den
Vorteil, dass er mit einer gleichen Anzahl von Kugeln auskommt,
wie herkömmliche
Kugelgewindetriebe. Die Tragzahl des Kugelgewindetriebes wird folglich
durch Vorsehen der Zwischenelemente nicht negativ beeinflusst.
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Dennoch
arbeitet der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb
sehr geräuscharm
und vergleichsweise verschleißfrei.
Eine verschleißbedingte,
sich über
die Lebensdauer des Kugelgewindetriebs ergebende Längenänderung
der Kugelkette wird durch die erfindungsgemäßen Zwischenelemente ausgeglichen.
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Sämtliche
in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale
können
sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.