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TECHNISCHES GEBIET
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Linearbewegungsvorrichtung
zum rotationsmäßigen Bewegen
einer Kugelumlaufspindelwelle durch einen Motor zum linearen Bewegen
einer Kugelumlaufmutter und befasst sich im Spezielleren mit einer Verbesserung
bei einem Verfahren zum Verbinden und Festlegen einer Kugelumlaufspindelwelle
an einer Motorwelle in einem koaxialen Zustand.
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STAND DER TECHNIK
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Bei
diesem Typ von Linearbewegungsvorrichtung ist eine Keilnut oder
eine Längs
nut in eine Kugelumlaufspindelwelle und eine Motorwelle eingebracht,
wobei diese in einem koaxialen Zustand verbunden werden. Eine Festlegeschraube
wird zum Festlegen eines Keilnutverbindungsbereichs oder eines Längsnutverbindungsbereichs
zwischen der Motorwelle und der Kugelumlaufspindelwelle verwendet.
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Wenn
sich bei diesem Verfahren die Befestigungsschraube aufgrund von
Vibration bei der Kugelumlaufspindelwelle oder aufgrund von anderen Ursachen
löst, kann
es bei dem Keilnutverbindungsbereich oder dem Längsnutverbindungsbe reich möglicherweise
zu gewissem Spiel in der Rotationsrichtung oder der Axialrichtung
kommen.
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Zum
Verhindern des Auftretens von jeglichem Spiel in dem Verbindungsbereich
zwischen der Motorwelle und der Kugelumlaufspindelwelle wird vorgeschlagen,
dass die Motorwelle und die Kugelumlaufspindelwelle in einem Presspassungszustand
miteinander verbunden und aneinander festgelegt werden müssen. In
diesem Fall tritt jedoch ein weiteres Problem auf, nämlich dass
die Motorwelle und die Kugelumlaufspindelwelle schwer zu demontieren
sind.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens
zum Verbinden und Festlegen einer Kugelumlaufspindelwelle an einer
Motorwelle in einer derartigen Weise, dass ein Verbindungszustand
ohne Spiel aufrecht erhalten werden kann und eine Demontage in einfacher
Weise ausgeführt
werden kann.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
eines Motors mit einer eingebauten Kugelumlaufspindelwelle, bei
der die Kugelumlaufspindelwelle mit einer Motorwelle in einer derartigen
Weise verbunden sowie in einer derartigen Weise an dieser festgelegt
ist, dass ein Verbindungszustand ohne Spiel aufrecht erhalten werden kann
und eine Demontage in einfacher Weise ausgeführt werden kann.
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Noch
ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
einer Linearbewegungsvorrichtung, bei der eine Kugelumlaufspindelwelle
mit einer Motorwelle derart verbunden sowie derart an dieser festgelegt
ist, dass ein Verbindungszustand ohne Spiel aufrecht erhalten werden
kann und eine Demontage in einfacher Weise ausgeführt werden
kann.
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Zum
Erreichen der vorstehend genannten Zielsetzungen ist das Verfahren
zum Verbinden und Festlegen einer Kugelumlaufspindelwelle an einer Motorwelle
in einem koaxialen Zustand gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte aufweist:
Bereitstellen
einer Motorwelle in Form einer hohlen Motorwelle;
Einführen der
Kugelumlaufspindelwelle in einen Hohlraumbereich der hohlen Motorwelle
sowie Einschrauben und positionsmäßiges Festlegen eines ersten
Außengewindebereichs,
der am Außenumfang
der Kugelumlaufspindelwelle ausgebildet ist, in einen Innengewindebereich,
der im Innenumfang des Hohlraumbereichs ausgebildet ist;
Anordnen
eines Wellenendbereichs der Kugelumlaufspindelwelle in einer derartigen
Weise, dass er sich aus einem Ende der hohlen Motorwelle heraus erstreckt;
Aufschrauben
einer Mutter auf einen zweiten Außengewindebereich, der auf
dem Wellenendbereich ausgebildet ist, und Festziehen der Mutter
mit einem vorbestimmten Drehmoment gegen eine Endfläche der hohlen
Motorwelle; und
Verwenden einer Zugkraft, die zwischen dem
ersten Außengewindebereich
und dem zweiten Außengewindebereich
der Kugelumlaufspindelwelle erzeugt wird, zum Verhindern eines Lösens des
Verschraubungsbereichs zwischen der hohlen Motorwelle und der Kugelumlaufspindelwelle.
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Der
Motor mit einer eingebauten Kugelumlaufspindelwelle gemäß der vorliegenden
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufspindelwelle
an der Motorwelle durch das vorstehend beschriebene Verfahren festgelegt
ist.
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Die
Linearbewegungsvorrichtung, bei der eine Kugelumlaufspindelwelle
durch einen Motor rotationsmäßig bewegt
wird und eine Kugelumlaufmutter linear bewegt wird, ist gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelumlaufmutter durch
das vorstehend beschriebene Verfahren an der Motorwelle festgelegt
ist.
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Bei
dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
wird eine Kugelumlaufmutter in eine hohle Motorwelle eingeschraubt
und positionsmäßig festgelegt,
und eine Mutter, die auf einen sich von einem Ende der hohlen Motorwelle
weg erstreckenden Wellenendbereich der Kugelumlaufspindelwelle aufgeschraubt
wird, wird an der hohlen Motorwelle festgezogen. Der Verschraubungsbereich
bzw. der gewindemäßige Eingriffsbereich
zwischen der hohlen Motorwelle und der Kugelumlaufspindelwelle wird
in einen Zustand gebracht, in dem aufgrund der Zugkraft, die durch
das Festziehen der Mutter auf die Kugelumlaufspindelwelle aufgebracht
wird, Druck in der Axialrichtung ausgeübt wird. In ähnlicher
Weise werden die Mutter und der Verschraubungsbereich des Wellenendbereichs
und der Kugelumlaufspindelwelle in einen Zustand gebracht, in dem
Druck in Axialrichtung ausgeübt
wird. Als Ergebnis hiervon wird ein Zustand aufrecht erhalten, in
dem ein Lösen
des Verschraubungsbereichs verhindert ist und die Kugelumlaufspindelwelle
ohne jegliches Spiel sicher mit der hohlen Motorwelle verbunden
und an dieser festgelegt ist. Die Kugelumlaufspindelwelle kann in
einfacher Weise von der hohlen Motorwelle demontiert werden, indem
die Mutter gelöst
wird, die Mutter von dem Wellenendbereich der Kugelumlaufspindelwelle entfernt
wird und anschließend
die Kugelumlaufspindelwelle gelöst
wird und die Welle von der hohlen Motorwelle entfernt wird. Darüber hinaus
sind die Kosten für
die Gewindeherstellung im Vergleich zu den Kosten für die Herstellung
einer Keilnutverbindung oder einer Längsnutverbindung geringer,
so dass die vorgeschlagene Lösung
beim Reduzieren der Kosten von Linearbewegungsvorrichtungen sowie
Motoren mit eingebauter Kugelumlaufspindelwelle von Nutzen ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
eine schematische Längsschnittdarstellung
einer Linearbewegungsvorrichtung, bei der die vorliegende Erfindung
angewendet wird.
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BESTE VERFAHRENSWEISE ZUM
AUSFÜHREN DER
ERFINDUNG
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Es
folgt nun eine Beschreibung eines Beispiels einer Linearbewegungsvorrichtung,
bei der die vorliegende Erfindung Anwendung findet, unter Bezugnahme
auf die Begleitzeichnungen. 1 zeigt eine
schematische Längsschnittdarstellung einer
Linearbewegungsvorrichtung gemäß dem vorliegenden
Beispiel. Eine Linearbewegungsvorrichtung 1 besitzt einen
Motor 2, einen mit dem Motor 2 koaxial verbundenen
Kugelumlauf-Spindel/Mutter-Mechanismus 4 sowie einen Detektor 6,
der in die Rückseite des
Motors 2 integriert ist. Der Detektor 6 weist
einen Drehcodierer oder dergleichen auf und ermittelt die Rotationsposition,
die Rotationsgeschwindigkeit sowie andere Arten von Rotationsinformation
hinsichtlich des Motors 2.
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Bei
der Motorwelle des Motors 2 handelt es sich um eine hohle
Motorwelle 21, wobei die Welle durch ein Motorgehäuse 22 drehbar
gelagert ist. Ein Rotormagnet 23 ist auf dem Außenumfang
der hohlen Motorwelle 21 befestigt. Ein Motorstator 24 ist
an dem Innenumfang des Motorgehäuses 22 in
einem derartigen Zustand angebracht, dass der Stator den Rotormagneten 23 über einen
vorbestimmten Spalt hinweg umschließt.
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Der
Kugelumlauf-Spindel/Mutter-Mechanismus 4 weist eine Kugelumlaufspindelwelle 41 sowie eine
auf die Kugelumlaufspindelwelle 41 aufgeschraubte Spindelmutter 42 auf.
Die Kugelumlaufspindelwelle 41 ist mit der hohlen Motorwelle 21 koaxial
verbunden und an dieser festgelegt. Die Spindelmutter 42 ist
an dem Motorgehäuse 22 in
einem Zustand angebracht, in dem die Mutter sich nicht drehen kann,
jedoch in Richtung einer Axiallinie 41a der Kugelumlaufspindelwelle 41 verschiebbar
ist. Somit verursacht eine Rotation der Kugelumlaufspindelwelle 41 durch
den Motor 2 ein Verschieben der Spindelmutter 42 in
Richtung der Axiallinie 41a.
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Die
Kugelumlaufspindelwelle 41 wird folgendermaßen mit
der hohlen Motorwelle 21 verbunden und an dieser festgelegt.
Die Kugelumlaufspindelwelle 41 wird in einen hohlen Bereich 25 der
hohlen Motorwelle 21 eingesetzt, und ein auf dem Außenumfang
der Kugelumlaufspindelwelle 41 ausgebildeter erster Außengewindebereich 43 wird
in einen im Innenumfang des hohlen Bereichs 25 ausgebildeten Innengewindebereich 26 eingeschraubt.
Ein Wellenendbereich 44 der Kugelumlaufspindelwelle 41 erstreckt
sich aus dem hinteren Ende der hohlen Motorwelle 21 heraus,
und ein zweiter Außengewindebereich 45 ist
an dem Außenum fangsbereich
des Wellenendbereichs 44 ausgebildet. Eine auf den zweiten Außengewindebereich 45 aufgeschraubte
Mutter 46 wird mit einem vorbestimmten Drehmoment gegen eine
hintere Endseite 27 der hohlen Motorwelle 21 festgezogen.
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Wenn
die Mutter 46 festgezogen wird, wird eine Zugkraft mit
einer vorbestimmten Größe zwischen
dem ersten Außengewindebereich 43 und dem
zweiten Außengewindebereich 45 erzeugt,
die in Axialrichtung der Kugelumlaufspindelwelle 41 voneinander
beabstandet sind. Die erzeugte Zugkraft verhindert das Lösen des
aus dem ersten Außengewindebereich 43 und
dem Innengewindebereich 26 gebildeten Verschraubungsbereichs.
Das Lösen
des aus dem zweiten Außengewindebereich 45 und
der Mutter 46 gebildeten Verschraubungsbereichs wird gleichermaßen verhindert.
Somit ist die Kugelumlaufspindelwelle 41 in einem Zustand
gehalten, in dem die Welle ohne jegliches Spiel mit der hohlen Motorwelle 21 verbunden
und an dieser festgelegt ist.
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Im
Folgenden wird die Konstruktion jedes einzelnen Bereichs ausführlich beschrieben.
Das Motorgehäuse 22 ist
gebildet aus einem zylindrischen Körperbereich 31, einer
ringförmigen
vorderen Platte 32, die an der ringförmigen vorderen Endfläche des
zylindrischen Körperbereichs 31 befestigt
ist, sowie aus einer ringförmigen
hinteren Platte 33, die an einer ringförmigen hinteren Endfläche des
zylindrischen Körperbereichs 31 befestigt
ist. Eine zylindrische Abdeckung 47 des Kugelumlaufspindel-/Spindelmutter-Mechanismus 4 ist
an der vorderen Endfläche
der ringförmigen
vorderen Platte 32 angebracht. Eine zylindrische Abdeckung 61 des
Detektors 6 ist an der hinteren Endfläche der ringförmigen hinteren Platte 33 angebracht,
und das hintere Ende der zylindrischen Abdeckung 61 ist
durch einen Endplattenbereich 61a dicht verschlossen.
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Die
hohle Motorwelle 21, die sich koaxial durch das Motorgehäuse 22 hindurch
erstreckt, ist gebildet aus einem Wellenbereich 34 mit
großem Durchmesser,
der an dem Rotormagneten 23 angebracht ist, sowie aus einem
Wellenbereich 35 mit kleinem Durchmesser, der sich von
dem hinteren Ende des Wellenbereichs 34 mit großem Durchmesser
koaxial in Richtung nach hinten erstreckt. Der an der vorde ren Endseite
befindliche Bereich des Wellenbereichs 34 mit großem Durchmesser
ist durch den vorderen Endbereich des zylindrischen Körperbereichs 31 über ein
Lager 36 abgestützt,
und der an der vorderen Endseite befindliche Bereich des Wellenbereichs 35 mit
kleinem Durchmesser ist durch die ringförmige hintere Platte 33 über ein
Lager 37 abgestützt.
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Die
Kugelumlaufspindelwelle 41 weist einen Wellenhauptbereich 51,
der mit einem Kugelumlaufspindelgewinde versehen ist, sowie einen
Verbindungswellenbereich 52 auf, der sich von dem hinteren
Ende des Wellenhauptbereichs 51 koaxial nach hinten erstreckt.
Der Wellenhauptbereich 51 erstreckt sich koaxial im Inneren
eines Hohlraumbereichs 34a des einen großen Durchmesser
aufweisenden Wellenbereichs 34 der hohlen Motorwelle 21,
wobei das vordere Ende von diesem sich bis zu der am vorderen Ende
befindlichen Öffnung
der zylindrischen Abdeckung 47 erstreckt. Die Kugelumlaufmutter 42 ist auf
den Wellenhauptbereich 41 aufgeschraubt, und ein Stangenelement 53,
das durch das Motorgehäuse 22 drehfest
gehalten ist, jedoch in Richtung der Axiallinie 41a verschiebbar
ist, ist mit der Kugelumlaufmutter 42 koaxial verbunden.
Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, kann sich bei dem vorliegenden Beispiel
die Kugelumlaufmutter 42 im Inneren des Hohlraumbereichs 34a des
einen großen
Durchmesser aufweisenden Bereichs 34 der hohlen Motorwelle 21 bewegen.
Somit kann die erforderliche Wellenlänge im Vergleich zu einem Fall
vermindert werden, in dem die Ortskurve der Bewegung der Kugelumlaufmutter 42 mit
einer vorgegebenen Länge
vor dem Motor 2 sichergestellt ist.
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Ferner
weist der Verbindungswellenbereich 52 der Kugelumlaufspindelwelle 41 einen
Außendurchmesserbereich
auf, an dem der einen kleinen Durchmesser aufweisende Wellenbereich 35 der hohlen
Motorwelle 21 in den Hohlraumbereich 25 eingesetzt
werden kann, und eine einen geringfügig größeren Durchmesser aufweisende
Stufenfläche,
die an der Grenzfläche
zu dem Wellenbereich 34 mit großem Durchmesser ausgebildet
ist, wird eingeschraubt, bis sie über einen Anschlagring 54 gegen eine
ringförmige
Stufenfläche 21a des
inneren Bereichs der hohlen Motorwelle 21 drückt. Genauer
gesagt sind der erste Außengewindebereich 43 rückseitig
von der ringförmigen
Stufenfläche 21a ausgebildet,
der Innengewindebereich 26 an dem Innenumfang des vorderen
Endbereichs in dem Hohl raumbereich 25 des einen kleinen
Durchmesser aufweisenden Wellenbereichs 35 der hohlen Motorwelle 21 ausgebildet
und der erste Außengewindebereich 43 in
den Innengewindebereich 26 eingeschraubt und in diesem
festgelegt.
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Der
Wellenendbereich 44 an der Rückseite des Verbindungswellenbereichs 52 der
Kugelumlaufspindelwelle 41 erstreckt sich von dem hinteren
Ende des Hohlraumbereichs 25 des einen kleinen Durchmesser
aufweisenden Wellenbereichs 35 der hohlen Motorwelle 21 weiter
nach hinten, und der zweite Außengewindebereich 45 ist
an dem Außenumfang
des Wellenendbereichs 44 ausgebildet. Die Mutter 46 ist von
der Rückseite
her auf den zweiten Außengewindebereich 45 aufgeschraubt,
und die Mutter 46 wird mit einem vorbestimmten Festziehmoment
gegen die ringförmige
hintere Endfläche 27 des
Verbindungswellenbereichs 52 festgezogen.
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Bei
der in dieser Weise ausgebildeten Linearbewegungsvorrichtung 1 des
vorliegenden Beispiels ist der Verbindungswellenbereich 52 der
Kugelumlaufspindelwelle 41 in den Hohlraumbereich 25 des
einen kleinen Durchmesser aufweisenden Wellenbereichs 35 der
hohlen Motorwelle 21 eingeschraubt und an diesem festgelegt.
Ferner ist die Mutter 46 an dem Wellenendbereich 44 der
Kugelumlaufspindelwelle 41 festgezogen, der von dem hinteren
Ende des Wellenbereichs 35 mit kleinem Durchmesser hervorsteht.
Somit ist der Verbindungswellenbereich 52 der Kugelumlaufspindelwelle 41 in den
beiden Regionen des vorderen Endes und des hinteren Endes in den
einen kleinen Durchmesser aufweisenden Wellenbereich 35 der
hohlen Motorwelle 21 eingeschraubt und in diesem festgelegt,
und eine Zugkraft wirkt auf den Bereich zwischen diesen beiden Regionen
der Kugelumlaufspindelwelle 41.
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Als
Ergebnis hiervon ist die Kugelumlaufspindelwelle 41 dadurch
ohne jegliches Spiel sicher mit der hohlen Motorwelle 21 verbunden
und an dieser festgelegt. Darüber
hinaus kann die Kugelumlaufspindelwelle 41 nach dem Lösen und
Entfernen der Mutter 46 in einfacher Weise gelöst und von
der hohlen Motorwelle 21 demontiert werden. Ein weiterer Vorteil
besteht darin, dass die Kosten für
eine Gewindeausbildung niedriger sind als die Kosten für eine Keilnut-
oder Längsnut verbindung,
so dass sich damit wiederum die Kosten für die Linearbewegungsvorrichtung 1 vermindern
lassen.
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(Weitere Ausführungsformen)
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Bei
dem vorstehenden Beispiel ist die hohle Motorwelle 21 mit
dem einen großen
Durchmesser aufweisenden Wellenbereich 34 sowie mit dem
einen kleinen Durchmesser aufweisenden Wellenbereich 35 ausgebildet,
und das Innere des Hohlraumbereichs 34a des Wellenbereichs 34 mit
großem
Durchmesser wird als Bewegungsbahn für die Kugelumlaufmutter 42 verwendet.
Es ist jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung in
der gleichen Weise auch bei einer Linearbewegungsvorrichtung mit
einer derartigen Konstruktion Anwendung finden kann, bei der der
Bewegungsweg für
die Kugelumlaufmutter 42 vor dem Motor anstatt im Inneren
des Motors ausgebildet ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein
Motor (2) einer Linearbewegungsvorrichtung (1)
weist eine hohle Motorwelle (21) auf. Eine Kugelumlaufspindelwelle
(41) wird in einen Hohlraumbereich (25) der hohlen
Motorwelle (21) eingeführt,
und ein erster Außengewindebereich
(43), der am Außenumfang
der Kugelumlaufspindelwelle ausgebildet ist, wird in einen Innengewindebereich
(26), der im Innenumfang des Hohlraumbereichs ausgebildet
ist, eingeschraubt und in seiner Position festgelegt. Eine Mutter
(46) wird auf einen zweiten Außengewindebereich (45)
aufgeschraubt, der an einem Wellenendbereich (44) der Kugelumlaufspindelwelle (41)
ausgebildet ist, der von dem hinteren Ende der hohlen Motorwelle
weg ragt, und die Mutter (46) wird mit einem vorbestimmten
Drehmoment an einer hinteren Endfläche der hohlen Motorwelle festgezogen. Die
Zugkraft, die zwischen dem ersten Außengewindebereich (43)
und dem zweiten Außengewindebereich
(45) der Kugelumlaufspindelwelle (41) entsteht, verhindert
ein Lösen
des Verschraubungsbereichs zwischen der hohlen Motorwelle (21)
und der Kugelumlaufspindelwelle (41), und als Ergebnis
hiervon bleibt die Kugelumlaufspindelwelle (41) ohne Spiel fest
an der hohlen Motorwelle (21) festgelegt. Auch ein Entfernen
der Kugelumlaufspindelwelle (41) von der hohlen Motorwelle
(21) ist in einfacher Weise möglich.