-
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.
-
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.
-
Aus
der
DE 101 40 360
A1 ist Kugelbindeaggregat bekannt geworden, das zwischen
jeweils zwei Kugeln jeweils ein Zwischenelement in Form eines Abstandsstücks aufweist.
Ferner ist zwischen je zwei Abstandsstücken ein Verbindungsglied vorgesehen.
Die Abstandsstücke
und Verbindungsglieder sind aus elastischem Material.
-
Der
vorliegenden Erfindung liegt 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.
-
Diese
Aufgabe wird mit einem Kugelgewindetrieb mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
-
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.
-
Erfindungsgemäß 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.
-
Der
Zentralabschnitt ist ringförmig
ausgebildet und weist einen zentralen Durchbruch auf. Der zentrale
Durchbruch gewährleistet
hierbei, dass jeweils zwei benachbarte Kugeln in axialer Richtung sich
sehr nahe kommen können.
-
>Erfindungsgemäß ist der
zentrale Durchbruch derart ausgebildet, 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.
-
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.
-
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.
-
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 wirkender. Auslauf aufweisen.
-
Eine
besonders bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Federabschnitte
in beide axiale Richtungen eine wenigstens weitgehend identische
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.
-
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.
-
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.
-
Weiterhin
ist vorteilhaft, wenn der radiale Durchmesser der Zwischenelemente
kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln.
-
Dies
führt dazu,
dass die Zwischenelemente nicht mit der Oberfläche der Grundrillen in Kontakt kommen.
Störende
Schleifgeräusche
der Zwischenelemente an den Gewinderillen können folglich nicht auftreten.
-
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.
-
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:
-
1 – 4 verschiedene
Ausführungsformen
eines erfindungsgemäß Zwischenelements,
-
5 zwei
Kugeln eines Kugelgewindetriebs mit einem Zwischenelement im Längsschnitt,
-
6 die
Kugeln gemäß 4 axial
beaufschlagt,
-
7 mehrere
Kugeln mit Zwischenelementen axial unbeaufschlagt,
-
8 die
Kugeln gemäß 7 axial
beaufschlagt.
-
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 cirka
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).
-
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 16 exemplarisch dargestellt und mit dem
Bezugszeichen 19 versehen ist, biegeelastisch verformen.
Die Biegeachsen 19 verlaufen senkrecht zur Längsachse des
Zwischenelements 10.
-
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 vor cirka 45 ° verlaufende Außenkante 24 vor.
Im verbauten Zustand wirken die freien Enden 26, 28 der
Außenkante 24 gegen
die jeweiligen Kugeln.
-
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.
-
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.
-
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.
-
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.
-
5 und 6 zeigen
ein Zwischenelement 10, das zwischen zwei Kugeln 40 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.
-
Dies
hat zur Folge, dass eine Beschädigung des
Zwischenelements 10 auch bei sehr hohen Kräften F nicht
eintreten kann.
-
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.
-
Wie
aus 5 hervorgeht, ist der Durchmesser DZ des
Zwischenelements in radialer Richtung kleiner als der Durchmesser
DK der Kugel 40, 42.
-
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.
-
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.
-
In
den 5 – 8 sind
exemplarisch die Zwischenelemente 10 dargestellt. Anstelle
der Zwischenelemente 10 können selbstverständlich die Zwischenelemente 20 oder 30 Verwendung
finden.
-
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.
-
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.