DE112018000366T5

DE112018000366T5 - Dichtungselement für kugelgewindetriebseinrichtung

Info

Publication number: DE112018000366T5
Application number: DE112018000366.3T
Authority: DE
Inventors: Yuji Kubota; Futoshi Nakamura; Tetsuhiro Nishide; Kotaro Kawai; Bin Zhao; Tomoyuki Sugiyama
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2018-01-05
Publication date: 2019-10-02
Anticipated expiration: 2038-01-06
Also published as: CN110088507A; TW201831808A; JP6400176B2; JP2018112313A; DE112018000366B4; WO2018131535A1; KR102062194B1; TWI683969B; US20200408290A1; CN110088507B; KR20190097291A; US10935116B2

Abstract

Es ist ein Dichtungselement für eine Kugelgewindespindelvorrichtung vorgesehen, das sich flexibel an Material- und Dickenänderungen einer Dichtungsplatte anpassen kann und mit einer einfachen Konfiguration die Herstellungs- und Verwaltungskosten für Komponenten senken kann. Dichtungselement (5) für eine Kugelgewindespindelvorrichtung, das an einer axialen Endfläche eines Mutternelements (3) der Kugelgewindespindelvorrichtung befestigt ist und konfiguriert ist, um einen Spalt zwischen dem Mutternelement (3) und der Gewindespindel (2) abzudichten, wobei das Dichtungselement (5) beinhaltet: eine Vielzahl von Basisplatten (51), die jeweils ein Durchgangsloch mit einem Innendurchmesser größer als ein Außendurchmesser der Gewindespindel (2) aufweisen; eine Abstandshalterplatte (52), die zwischen zwei aneinandergrenzenden Basisplatten (51) sandwichartig angeordnet ist und ein Dichtungsaufnahmeloch (52b) mit einem Innendurchmesser größer als ein Innendurchmesser eines Durchgangslochs der Basisplatten (51) aufweist; und eine Dichtungsplatte (50), die ein Schaftpassloch (50a) aufweist, die einer Querschnittsform der Gewindespindel (2) in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung entspricht, und in dem Dichtungsaufnahmeloch (52b) der Distanzplatten (52) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Dichtungselement, das an einem Mutternelement einer Kugelgewindespindelvorrichtung zu befestigen ist und konfiguriert ist, um einen zwischen dem Mutternelement und einer Gewindespindel, mit der das Mutternelement gewindemäßig verbunden ist, definierten Spalt abzudichten.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Eine Kugelgewindespindel ist ein mechanisches Element, das in der Lage ist, eine Drehbewegung und eine Linearbewegung ineinander umzuwandeln, und wird häufig verwendet, um eine von einem Servomotor erzeugte Drehbewegung in eine Linearbewegung umzuwandeln, z.B. in verschiedenen Arbeitsmaschinen, Fördervorrichtungen und Industrierobotern. Die Kugelgewindespindelvorrichtung beinhaltet eine große Anzahl von Kugeln, eine Gewindespindel mit einer spiralförmigen Rollnut auf einer Außenfläche, um das Rollen der Kugeln zu ermöglichen, und ein Mutternelement, das durch Zwischenschaltung der Kugeln mit einem Umfang der Gewindespindel in Eingriff steht, um relativ spiralförmig relativ beweglich in Bezug auf die Gewindespindel zu sein.
Wie vorstehend beschrieben, ist die Kugelgewindespindelvorrichtung für verschiedene Zwecke zu verwenden. So gibt es beispielsweise bei der Verwendung an einem Linearführungsabschnitt einer Arbeitsmaschine einen Fall, in dem beispielsweise Schneidpulver eines Werkstücks oder eine Kühlflüssigkeit auf die Gewindespindel fällt. Wenn sich das Mutternteil in einem Zustand bewegt, in dem solche Fremdkörper an der Gewindespindel haften, können die in der Rollnut rollenden Kugeln diese Fremdkörper beißen, was zu einer Beeinträchtigung der Bewegungsgenauigkeit des Mutternteils gegenüber der Drehung der Gewindespindel in einem frühen Stadium führen kann. Darüber hinaus ist im Mutternelement ein Schmierstoff, wie beispielsweise Fett, zur Schmierung der Kugeln und der Rollnut, eingeschlossen, und es ist erforderlich, um ein Austreten des Schmierstoffs an die Außenseite des Mutternelements zu verhindern. Daher werden bei der tatsächlichen Verwendung der Kugelgewindespindelvorrichtung im Allgemeinen Dichtungselemente an beiden Enden des Mutternteils in axialer Richtung montiert, um einen zwischen dem Mutternteil und der Gewindespindel definierten Spalt mit den Dichtungselementen abzudichten.
Bisher war ein Dichtungselement für eine Kugelgewindespindel in der Patentliteratur 1 bekannt. Insbesondere wird das bekannte Dichtungselement aus einer Vielzahl von Dichtungsplatten, die aus synthetischem Gummi oder Kunstharz gebildet sind, und einem ringförmigen Gehäuse gebildet, das konfiguriert ist, um die Vielzahl von Dichtungsplatten in einem gestapelten Zustand aufzunehmen, und das an dem Mutternelement befestigt ist. Die Dichtungsplatten weisen jeweils in ihrer Mitte ein Durchgangsloch auf, durch die die Gewindespindel hindurchtreten kann, und das Durchgangsloch ist so ausgebildet, dass es mit einer Querschnittsform der Gewindespindel in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung übereinstimmt. Wenn die Gewindespindel durch das Durchgangsloch hindurchgeht, dient eine innere Umfangskante des Durchgangslochs als Dichtlippenabschnitt, der in engen Kontakt mit einer äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel gebracht wird, um dadurch Staub oder eine Kühlmittelflüssigkeit von der Oberfläche der Gewindespindel zu entfernen.
Das Durchgangsloch der Dichtungsplatte hat die Form eines verformten Kreises, der mit einer Querschnittsform der Gewindespindel übereinstimmt. Um die innere Umfangskante des Durchgangslochs gleichmäßig mit dem Umfang der Gewindespindel in Kontakt bringen zu können, ist die Dichtungsplatte daher im Gehäuse unfixiert untergebracht. Das heißt, der Fall regelt die Bewegung der Dichtplatte nur in axialer Richtung.
ZITIERLISTE
PATENTLITERATUR
[PTL 1] JP 05-43310 Y2
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Wie vorstehend beschrieben, ist die Kugelgewindespindelvorrichtung für verschiedene Zwecke und in verschiedenen Einsatzumgebungen einzusetzen. Daher variiert die für das Dichtungselement erforderliche Performance je nach Einsatzumgebung. Um beispielsweise bei einer Kugelgewindespindelvorrichtung für eine Holzbearbeitungsmaschine das Eindringen von feinen Holzspänen in das Mutternelement zu verhindern, ist es erforderlich, dass die Dichtungsplatte in einem weiten Bereich in axialer Richtung mit der Gewindespindel in Kontakt gebracht wird und dass die Dichtungsplatte gegen die Gewindespindel gedrückt wird, um einen Flächenanpressdruck zwischen der Dichtungsplatte und der Gewindespindel zu erhöhen. In einer Umgebung, in der nahezu kein Pulverstaub an der Gewindespindel haftet, ist es dagegen nur erforderlich, dass die Dichtungsplatte ein Austreten des in dem Mutternelement abgedichteten Schmierstoffs verhindert. Um darüber hinaus die Erzeugung von Reibungswärme zu unterdrücken, ist es nur erforderlich, dass die Dichtungsplatte an ihrem distalen Ende mit einer extrem geringen Kraft in Linienkontakt zur Gewindespindel gebracht wird.
Wie vorstehend beschrieben, ergibt sich bei der Betrachtung einer für das Dichtungselement erforderlichen Funktion die Notwendigkeit, ein Material und eine Plattendicke der Dichtungsplatte entsprechend einer Einsatzumgebung der Kugelgewindespindelvorrichtung zu ändern. Wenn jedoch mit dem oben beschriebenen Dichtungselement des Standes der Technik versucht wird, sich an Dichtplatten mit unterschiedlichen Materialien und Plattendicken anzupassen, ergibt sich die Notwendigkeit, einen Fall für die Aufnahme der Dichtplatte entsprechend den Materialien und Dicken der Dichtplatten vorzubereiten. Infolgedessen gab es das Problem, dass die Herstellungskosten und die Verwaltungskosten für Komponenten gestiegen sind.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht dieses Problems gemacht und hat das Ziel, ein Dichtungselement für einen Kugelgewindetrieb bereitzustellen, das sich flexibel an Material- und Dickenänderungen einer Dichtungsplatte anpassen und die Herstellungs- und Verwaltungskosten für Komponenten mit einer einfachen Konfiguration reduzieren kann.
Das heißt, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Dichtungselement für eine Kugelgewindespindel vorgesehen, das an einer axialen Endfläche eines Mutternelements der Kugelgewindespindelvorrichtung befestigt ist und konfiguriert ist, um einen Spalt zwischen dem Mutternteil und der Gewindespindel abzudichten, wobei das Dichtungselement Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von Basisplatten, die jeweils ein Durchgangsloch mit einem Innendurchmesser größer als ein Außendurchmesser der Gewindespindel aufweisen; eine Distanzplatte, die zwischen zwei aneinander angrenzenden Basisplatten sandwichartig angeordnet ist und ein Dichtungsaufnahmeloch mit einem Innendurchmesser größer als ein Innendurchmesser eines Durchgangslochs der Basisplatten aufweist; und eine Dichtungsplatte, die ein Schaftpassloch aufweist, das einer Querschnittsform der Gewindespindel in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung entspricht, und in dem Dichtungsaufnahmeloch der Abstandshalterplatten angeordnet ist.
EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann sich das Dichtungselement durch Änderungen der Dicke und der Anzahl der Distanzplatten an verschiedene Plattendicken der Dichtungsplatte anpassen. Darüber hinaus kann die Dichtungsplatte in einer optimalen Befestigungsmethode gemäß einem Material der Dichtungsplatte an dem Mutternglied befestigt werden. Dadurch kann sich das Dichtungselement flexibel an Material- und Plattendickenänderungen der Dichtungsplatte entsprechend der Einsatzumgebung der Kugelgewindespindel anpassen. Weiterhin können die Basisplatten und die Distanzplatten unverändert standardisiert werden. Dadurch können die Herstellungskosten und die Verwaltungskosten für Komponenten gesenkt werden.
Figurenliste

1 ist eine Frontansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels einer Kugelgewindespindelvorrichtung, auf die ein Dichtungselement nach der vorliegenden Erfindung anwendbar ist.
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Darstellung eines Dichtungselements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Hauptteils zur Veranschaulichung des Dichtungselements, wenn eine Dünnfilmdichtung als Dichtungsplatte verwendet wird.
4 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Hauptteils zur Veranschaulichung des Dichtungselements, wenn eine Oberflächenkontaktdichtung als Dichtungsplatte verwendet wird.
5 ist eine erklärende Ansicht zur Veranschaulichung eines Kontaktzustands zwischen der Oberflächenkontaktdichtung und einer Gewindespindel.
6 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Kontaktzustands zwischen einem Vorsprung der Flächenkontaktdichtung und einer Rollnut der Gewindespindel.
7 ist eine erklärende Ansicht zur Veranschaulichung eines oberen Grenzwertes einer axialen Dicke der Oberflächenkontaktdichtung.
8 ist eine erklärende Ansicht zur Veranschaulichung einer Berechnungsformel zur Ableitung des oberen Grenzwertes der axialen Dicke der Flächenkontaktdichtung.
9 ist eine erklärende Ansicht zur Veranschaulichung einer Nutbreite der in der Gewindespindel gebildeten Rollnut.
10 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Darstellung eines Dichtungselements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

MODUS ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nun wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen eine detaillierte Beschreibung eines Dichtungselements für eine Kugelgewindespindelvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung gegeben.
1 ist eine Veranschaulichung eines Beispiels der Kugelgewindespindelvorrichtung, an der das Dichtungselement nach der vorliegenden Erfindung montiert ist.
Diese Kugelgewindespindelvorrichtung 1 beinhaltet eine Gewindespindel 2 und ein zylindrisches Mutternelement 3. Die Gewindespindel 2 weist an ihrer äußeren Umfangsfläche eine Rollnut 20 für Kugeln, wobei die Rollnut spiralförmig geformt ist mit einer vorgegebenen Steigung auf. Das Mutternelement 3 ist mit einem Umfang der Gewindespindel 2 durch Zwischenschaltung einer Vielzahl von Kugeln mit einem Gewinde in Eingriff gebracht. Durch Drehen der Gewindespindel 2 in Bezug auf das Mutternteil 3 bewegt sich beispielsweise das Mutternteil 3 in axialer Richtung der Gewindespindel 2. Alternativ bewegt sich die Gewindespindel 2 durch Drehen des Mutternteils 3 in Bezug auf die Gewindespindel 2 in axialer Richtung des Mutternteils 3. Die Gewindespindel 2 kann eine sogenannte Mehrgewindeschraube mit einer Vielzahl von Rollnuten 20 sein.
Darüber hinaus ist ein Dichtungselement 5, das konfiguriert ist, um einen zwischen dem Mutternelement 3 und der Gewindespindel 2 definierten Spalt abzudichten, an einer Endfläche des Mutternelements 3 in axialer Richtung montiert. In 1 ist das Dichtungselement 5 nur auf einer Endfläche des Mutternelements 3 dargestellt. Das Dichtungselement 5 wird jedoch in der Regel auch an einer anderen Stirnfläche des Mutternelements 3 montiert.
2 ist eine Darstellung eines Dichtungselements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und eine perspektivische Explosionsansicht zur Veranschaulichung eines Zustands, in dem das Dichtungselement 5 aus dem Mutternelement 3 entfernt ist. Das Mutternelement 3 ist zu einer zylindrischen Form mit einem Durchgangsloch geformt, um das Einführen der Gewindespindel 2 durch dieses zu ermöglichen, und eine spiralförmige Lastspur 30 gegenüber der in der Gewindespindel 2 gebildeten Rollnut 20 ist auf einer inneren Umfangsfläche des Durchgangslochs vorgesehen. Die Kugeln 4 sind auf der Lastspur 30 angeordnet und rollen auf der Lastspur 30, während sie eine Last zwischen dem Mutternelement 3 und der Gewindespindel 2 tragen.
Das Mutternelement 3 hat einen endlosen Umlaufweg für die Kugeln 4. In dem in 2 dargestellten Mutternelement 3 ist ein Rücklaufweg für die Kugeln 4 entlang der axialen Richtung des Mutternelementes 3 vorgesehen, und ein Zirkulationsunterstützungselement 31 ist an einer axialen Stirnfläche des Mutternelementes 3 montiert. Das Zirkulationsunterstützungselement 31 führt die Kugeln 4 zwischen der Lastspur 30 und dem Rücklaufweg und baut einen endlosen Umlaufweg für die Kugeln mit mehreren Windungen der Spirallastspur als ein Kreislauf auf. Als Verfahren zum Konstruieren des endlosen Umlaufweges für die Kugeln im Mutternelement kann jede geeignete Struktur, wie z.B. der so genannte Deflektortyp mit einer Umdrehung der Lastspur als ein Kreis oder der so genannte Rücklaufrohrtyp, bei dem ein Rohrelement, das mehrere Umdrehungen der Lastspur verbindet, am Mutternelement montiert wird, verwendet werden.
Das Dichtungselement 5 beinhaltet eine Dichtungsplatte 50, zwei Basisplatten 51 und Distanzplatten 52. Die Dichtungsplatte 50 wird in Gleitkontakt mit der Gewindespindel 2 gehalten. Die beiden Basisplatten 51 befinden sich auf beiden Seiten der Dichtungsplatte 50. Die Distanzplatten 52 sind zwischen den beiden Basisplatten 51 eingeklemmt.
Die Basisplatte 51 ist zu einer Ringform geformt, die ein Durchgangsloch mit einem Innendurchmesser aufweist, der geringfügig größer ist als ein Außendurchmesser der Gewindespindel 2. Eine Vielzahl von Befestigungslöchern 51a, die es ermöglichen, dass Befestigungsschrauben 53, die Verbindungselemente sind, durch sie hindurchgehen, sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet. Die Befestigungsschrauben 53 durchdringen die Basisplatten 51 zur Befestigung am Mutternelement 3.
Die Distanzplatte 52 ist zu einer Ringform geformt, die ein Dichtungsaufnahmeloch 52b mit einem Innendurchmesser größer als ein Innendurchmesser des Durchgangslochs der Basisplatte 51 aufweist, und Ausschnittabschnitte 52a, die so ausgebildet sind, dass sie die Befestigungsschrauben 53 durchlassen, sind in gleichen Abständen in Umfangsrichtung ausgebildet. Wenn die beiden Basisplatten 51 an dem Mutternelement 3 befestigt werden sollen, sind die Distanzplatten 52 zwischen den Basisplatten 51 zur Integration in die Basisplatten eingeklemmt. Wenn außerdem die Befestigungsschrauben 53 zu befestigen sind, sind die Distanzplatten 52 durch das Montieren der Ausschnittabschnitte 52a auf die Befestigungsschrauben 53 korrekt zwischen den beiden Basisplatten 51 positioniert. In 2 sind zwischen zwei Basisplatten 51 zwei Distanzplatten 52 angeordnet. Die Anzahl der Distanzplatten 52, die zwischen den beiden Basisplatten 51 und der Plattendicke jeder Distanzplatte 52 eingeklemmt werden sollen, kann jedoch entsprechend einem Material oder einer Plattendicke der Dichtungsplatte 50 geeignet bestimmt werden.
Die Dichtungsplatte 50 ist zu einer Ringform geformt, die ein Schaftpassloch 50a aufweist, die einer Querschnittsform senkrecht zur Axialrichtung der Gewindespindel 2 entspricht. Daher wird beim Einsetzen der Gewindespindel 2 durch das Schaftpassloch 50a eine innere Umfangskante der Dichtungsplatte 50, d.h. eine innere Umfangsfläche des Schaftpasslochs 50a, an einem Umfang der Gewindespindel 2 angebracht. Ein Außendurchmesser der Dichtungsplatte 50 ist größer als ein Innendurchmesser des Durchgangslochs der Basisplatte 51 und kleiner als ein Innendurchmesser des Dichtungsaufnahmelochs 52b der Distanzplatte 52 eingestellt. Der Außendurchmesser der Dichtungsplatte 50 ist kleiner als der Innendurchmesser des Dichtungsaufnahmelochs 52b der Distanzplatte 52. Somit befinden sich die Befestigungsschrauben 53, die durch die Basisplatten 51 und die Distanzplatten 52 hindurchgehen, auf einer radial äußeren Seite in Bezug auf die Dichtungsplatte 50, und die Befestigungsschrauben 53 gehen nicht durch die Dichtungsplatte 50.
Wenn also die Distanzplatten 52 und die Dichtungsplatte 50 zwischen den beiden Basisplatten 51 eingeklemmt sind und die Befestigungsschrauben 53 am Mutternelement 3 befestigt sind, befindet sich die Dichtungsplatte 50 innerhalb des Dichtungsaufnahmelochs 52b der Distanzplatten 52b, und die Bewegung der Dichtungsplatte 50 in axialer Richtung der Gewindespindel 2 wird durch die Basisplatten 51 begrenzt. Dementsprechend wird die Dichtungsplatte 50 unlösbar in den Aufnahmelöchern 52b der Dichtung gehalten. Dabei wird zwischen den beiden Basisplatten 51 ein der Dicke der Distanzplatten 52 entsprechender Raum definiert. In diesem Raum ist die Dichtungsplatte 50 untergebracht, die zwischen den beiden Basisplatten 51 gehalten wird.
Ein Werkstoff der Dichtungsplatte 50 kann entsprechend einer Einsatzumgebung der Kugelgewindespindelvorrichtung 1, an der das Dichtungselement 5 montiert ist, ausgewählt werden. So kann beispielsweise ein Material verwendet werden, das aus einem Kunstharzfilm gebildet ist oder einem Material, das aus einer Faserplatte mit darin imprägniertem Gummi oder Kunstharz gebildet ist.
3 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines Beispiels für einen Zustand, in dem die Dichtungsplatte 50 am Dichtungselement 5 montiert ist.
In dem in 3 dargestellten Beispiel wird eine aus einem Kunstharzfilm gebildete Dünnfilm-Dichtung 50A als Siegelplatte 50 verwendet, und eine Distanzplatte 52 ist zwischen den beiden Basisplatten 51 eingeklemmt. Die Dünnfilm-Dichtung 50A wird hauptsächlich verwendet, um ein Austreten des Schmierstoffs von der Innenseite des Mutternelementes 3 nach außen zu verhindern, dient aber auch dazu, einen Fremdkörper zu entfernen, der an der Gewindespindel 2 haftet. Die Innenumfangsfläche des Schaftpasslochs 50a in der Dünnfilm-Dichtung 50A steht der Außenumfangsfläche der Gewindespindel 2 durch einen winzigen Spalt gegenüber, der etwas größer als eine Ölschichtdicke ist. Wenn die Dünnfilm-Dichtung 50A zu stark mit der Gewindespindel 2 in Gleitkontakt gebracht wird, wird die Dünnfilm-Dichtung 50A gebogen, so dass die Gefahr besteht, dass der Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche des Schaftpasslochs 50a und der Gewindespindel 2 vergrößert wird. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass sich die Gewindespindel 2 durch die Erzeugung einer Reibungswärme ausdehnt. Wenn die Dünnfilm-Dichtung 50A am Mutternelement montiert werden soll, ist es daher wichtig zu verhindern, dass die Dünnfilm-Dichtung 50A übermäßig gegen die Gewindespindel 2 gedrückt wird und die Dünnfilm-Dichtung nicht gebogen wird.
Wenn also eine solche Dünnfilm-Dichtung 50A verwendet werden soll, wird ein Spalt t1, der zwischen den beiden Basisplatten 51 durch die Distanzplatten 52 definiert ist, größer eingestellt als eine axiale Dicke der Dünnfilm-Dichtung 50A. Dabei wird die Dünnfilm-Dichtung 50A zwischen den beiden Basisplatten 51 durch einen leichten Spalt ungesandwichted gehalten und ist in radialer Richtung der Gewindespindel 2 frei verschiebbar. Dadurch wird die Dünnfilm-Dichtung 50A immer an einer optimalen Position zur Gewindespindel 2 und damit zur inneren Umfangskante der Dünnfilm-Dichtung 50A gehalten, d.h. die innere Umfangsfläche des Schaftpasslochs 50a kann verhindert werden, dass sie zu stark gegen die Gewindespindel 2 gedrückt wird. Darüber hinaus sind die beiden Basisplatten 51 auf beiden Seiten der Dünnfilm-Dichtung 50A durch einen winzigen Spalt vorgesehen. Selbst wenn die innere Umfangskante der Dünnfilm-Dichtung 50A mit der Gewindespindel in Kontakt steht, kann somit ein Verbiegen der Dünnfilm-Dichtung 50A verhindert werden. Damit kann die oben beschriebene Funktion der Dünnfilm-Dichtung 50A maximal ausgeübt werden.
Zur klaren Veranschaulichung des Vorhandenseins des zwischen der Dünnfilm-Dichtung 50A und den Basisplatten 51 definierten Spaltes ist der Spalt in 3 mit Betonung dargestellt. Eine tatsächliche Größe des Spaltes ist jedoch kleiner als eine Plattendicke der Dünnfilm-Dichtung 50A.
4 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung eines weiteren Beispiels für einen Zustand, in dem die Dichtungsplatte 50 am Dichtungselement 5 montiert ist.
In dem in 4 dargestellten Beispiel wird eine Oberflächenkontaktdichtung 50B als Dichtungsplatte 50 verwendet. Die Oberflächenkontaktdichtung 50B wird ähnlich wie die Dünnfilm-Dichtung 50A bei geringem Anpressdruck gleichmäßig mit der Gewindespindel 2 in Kontakt gehalten, sichert aber die Performance der Entfernung von Fremdkörpern mit einer Kontaktfläche, die größer als die der Dünnfilm-Dichtung 50A ist. Daher ist eine axiale Dicke der Oberflächenkontaktdichtung 50B größer als die der Dünnfilm-Dichtung 50A, und zwei Distanzplatten 52 sind zwischen den beiden Basisplatten 51 eingeklemmt.
Die Oberflächenkontaktdichtung 50B kann mit einem elastischen Element wie Gummi oder Elastomer durch Matrizenformung mit der Gewindespindel 2 als Kern hergestellt werden. So wird beispielsweise die Oberflächenkontaktdichtung 50B wie folgt erhalten, wie es in der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 2014-156888 offenbart ist. Insbesondere Gewebe, in dem beispielsweise Gummi oder Elastomer imprägniert ist, wird als Kern um eine äußere Umfangsfläche der Gewindespindel 2 gewickelt. Danach wird eine Skelettschicht aus Kunstharz, durch Matritzenumformung unter entsprechendem Druck um das Gewebe herum gebildet, wodurch ein Dichtungsgrundkörper mit einem Durchgangsloch gebildet werden kann, das mit einer Form der äußeren Umfangsfläche des Gewindespindels 2 übereinstimmt. Nachdem die Gewindespindel 2 als Kern aus dem Dichtungsbasiselement herausgenommen wurde, wird das Dichtungsbasiselement in eine Donutform mit einer geeigneten Dicke geschnitten. Dementsprechend wird die Oberflächenkontaktdichtung 50B erhalten. In der so hergestellten Oberflächenkontaktdichtung g 50B wird die Form der äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel 2 auf die innere Umfangsfläche des Schaftpasslochs 50a übertragen. Somit bildet sich in der inneren Umfangsfläche des Schaftpasslochs ein mit der Rollnut 20 der Gewindespindel abgestimmter Spiralvorsprung. Wenn die Oberflächenkontaktdichtung 50B auf der Gewindespindel 2 montiert ist, werden die Oberflächenkontaktdichtung 50B und die Gewindespindel 2 gleichmäßig und spaltfrei bei geringem Flächendruck miteinander in Kontakt gebracht.
Um den gleichmäßigen Kontakt zwischen der Oberflächenkontaktdichtung 50B und der Gewindespindel 2 zu gewährleisten, wird, wenn die Oberflächenkontaktdichtung 50B zwischen den beiden Basisplatten 51 befestigt werden soll, zunächst die Oberflächenkontaktdichtung 50B auf der Gewindespindel 2 montiert. Nachdem die Oberflächenkontaktdichtung 50B durch die Gewindespindel 2 positioniert ist, werden die Befestigungsschrauben 53 so befestigt, dass die Oberflächenkontaktdichtung 50B zwischen den beiden Basisplatten 51 eingelegt ist.
Darüber hinaus ist die aus dem elastischen Element wie Gummi oder Elastomer gebildete Flächenkontaktdichtung 50B bei leichter Quetschung in Dickenrichtung (Axialrichtung) in der Lage, den engen Kontakt zwischen der inneren Umfangsfläche des Schaftpasslochs 50a und der Gewindespindel zu verbessern. Insbesondere ist ein zwischen den beiden Basisplatten 51 durch die Distanzplatten 52 definierter Spalt t2 etwas kleiner als eine axiale Dicke der Oberflächenkontaktdichtung 50B eingestellt, so dass die Oberflächenkontaktdichtung 50B in einem Zustand des Zusammendrückens zwischen den beiden aneinandergrenzenden Basisplatten 51 fixiert ist. Eine innere Umfangsfläche des Schaftpasslochs 50a der gequetschten Oberflächenkontaktdichtung 50B dehnt sich leicht zur radial äußeren Oberfläche der Gewindespindel 2 aus. Dadurch kann die innere Umfangsfläche des Schaftpasslochs 50a in Bezug auf den Umfang der Gewindespindel 2 zuverlässig in engen Kontakt gebracht werden. 4 ist eine Veranschaulichung eines solchen Falles, bei dem der Zustand, in dem die innere Umfangskante der Oberflächenkontaktdichtung 50B gegen die Gewindespindel 2 gedrückt wird, leicht aufgeweitet wird.
Als nächstes ist eine entsprechende axiale Dicke der Oberflächenkontaktdichtung 50B zu diskutieren.
Wie vorstehend beschrieben, wird bei der Oberflächenkontaktdichtung 50B eine breite Kontaktfläche eingestellt, während die Oberflächenkontaktdichtung 50B bei geringem Flächendruck mit der Gewindespindel 2 in Kontakt gehalten wird, wodurch die Performance der Entfernung von an der Gewindespindel 2 haftenden Fremdkörpern sichergestellt wird. Daher erhöht sich im Hinblick auf die Verbesserung der Performance beim Entfernen der Fremdkörper, wenn die axiale Dicke der Oberflächenkontaktdichtung 50B größer eingestellt ist, die Kontaktfläche in Bezug auf die Gewindespindel 2, und die Performance beim Entfernen von Fremdkörpern der Oberflächenkontaktdichtung 50B wird verbessert.
Die Oberflächenkontaktdichtung 50B, die mit einem Material wie Gummi oder Elastomer durch Matrizenumformung hergestellt wird, kann jedoch eine Kontraktion nach dem Umformen verursachen. Wenn die axiale Dicke der Oberflächenkontaktdichtung 50B groß ist, verursacht der auf der inneren Umfangsfläche des Schaftpasslochs 50a oder in der Oberflächenkontaktdichtung 50B gebildete Spiralvorsprung eine übermäßige Beeinflussung der Rollnut 20 der Gewindespindel 2, was zur Bildung eines Spaltes zwischen der inneren Umfangsfläche des Schaftpasslochs 50a und der Gewindespindel 2 führen kann. Wenn der Anpressdruck zwischen der Innenumfangsfläche des Schaftpasslochs 50a und der Gewindespindel 2 stärker wird, kann die Erzeugung einer Reibungswärme eine Ausdehnung der Gewindespindel 2 oder einen Anstieg des für den Drehantrieb der Gewindespindel erforderlichen Drehmoments verursachen. Wenn der Spalt zwischen der inneren Umfangsfläche des Schaftpasslochs 50a und der Gewindespindel 2 gebildet wird, ist außerdem die Dichtfähigkeit dazwischen beeinträchtigt, so dass Fremdkörper eher von außen in das Mutternteil 3 eindringen können.
5 und 6 sind erläuternde Ansichten zur Veranschaulichung der Interferenz zwischen dem Vorsprung der Oberflächenkontaktdichtung 50B und der Rollnut 20 der Gewindespindel 2. In 5 wird die äußere Umfangsfläche der Gewindespindel 2 entwickelt, auf der die Oberflächenkontaktdichtung 50B überlappt. Die Rollnut 20 für die Kugeln 4 ist mit einer vorbestimmten Steigung in der Gewindespindel 2 ausgebildet, und die Rollnut 20 ist unter einem Steigungswinkel θ in Bezug auf eine Ebene orthogonal zur Axialrichtung der Gewindespindel 2 geneigt. Die Steigung entspricht einer Länge, um die die Rollnut in axialer Richtung der Gewindespindel verläuft, wenn sie um die Gewindespindel um eine Umdrehung gedreht wird. Wenn die Steigung durch L dargestellt wird und eine Umfangslänge der Gewindespindel 2 durch Dn dargestellt wird, kann der Steigungswinkel θ durch θ=tan^-1(L/Dn) ausgedrückt werden.
Auf der inneren Umfangsfläche der Oberflächenkontaktdichtung 50B, die durch Matrizenumformung unter Verwendung der Gewindespindel 2 als Kern gebildet wird, ist der Spiralvorsprung 54 passend zur Rollnut 20 ausgebildet. Der Vorsprung 54 ist ursprünglich so ausgebildet, dass er die gleiche Steigung und Steigungswinkel mit der Rollnut 20 aufweist. Wenn sich die Kontaktflächendichtung 50B jedoch nach Abschluss der Umformung zusammenzieht, wie in 5 durch zwei Punktkettenlinien angegeben, kann der Steigungswinkel des Vorsprungs 54 kleiner werden als der Steigungswinkel θ der Rollnut 20. Daher gibt es bei der Montage der Oberflächenkontaktdichtung 50B am Mutternelement 3 und an der Gewindespindel 2, wie in 5 dargestellt, gebildete Bereiche X, in denen sich der Vorsprung 54 und die Rollnut 20 mit unterschiedlichen Steigungswinkeln gegenseitig stören.
6 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung der Gewindespindel 2 und der Oberflächenkontaktdichtung 50B entlang einer A-Richtung (siehe 5), die um den Steigungswinkel θ in Bezug auf die Axialrichtung O der Gewindespindel 2 geneigt ist, und ist eine Darstellung eines Kontaktzustands zwischen der Gewindespindel 2 und der Oberflächenkontaktdichtung 50B. Wie in 6 dargestellt, wirkt bei der Erzeugung der vorstehend beschriebenen Interferenzbereiche X in einer Ebene, die sich entlang der A-Richtung erstreckt, um auf beiden Seiten des Gewindegrads 21 der Gewindespindel 2 angeordnet zu sein, eine Kraft F auf die Oberflächenkontaktdichtung 50B in Richtung des Hochdrückens der Oberflächenkontaktdichtung 50B von der äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel 2. Dadurch schwimmt die Oberflächenkontaktdichtung 50B, wie in 6 dargestellt, von der äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel 2 nach oben, so dass ein Spalt zwischen dem Vorsprung 54 der Oberflächenkontaktdichtung 50B und der Rollnut 20 der Gewindespindel 2 entstehen kann.
Um ein solches Aufschwimmen der Oberflächenkontaktdichtung 50B zu verhindern und den engen Kontakt zwischen der Oberflächenkontaktdichtung 50B und der Gewindespindel 2 zu verbessern, ist es sinnvoll, die axiale Dicke T der Oberflächenkontaktdichtung 50B auf einen vorgegebenen Wert oder weniger einzustellen, um die Bildung der Interferenzbereiche X auf beiden Seiten des Gewindegrads 21 der Gewindespindel 2 zu verhindern. 7 ist eine Ansicht, die der vorstehend beschriebenen 5 entspricht, und ist eine Veranschaulichung eines Falls, in dem die axiale Dicke T der Oberflächenkontaktdichtung 50B kleiner ist als die in 5 angegebene. Wie in 7 dargestellt, werden, wenn die axiale Dicke T der Oberflächenkontaktdichtung 50B innerhalb einer Breite des Gewindegrads 21 der Gewindespindel 2 liegt, die durch ein Liniensegment Y angezeigt wird, in der A-Richtung, die durch den Steigungswinkel θ in Bezug auf die axiale Richtung O geneigt ist, die Interferenzbereiche X nicht auf beiden Seiten des Gewindegrads 21 der Gewindespindel 2 an einer beliebigen Stelle in Umfangsrichtung der Flächenkontaktdichtung 50B erzeugt. Dementsprechend kann die Erzeugung der Kraft F zum Hochschieben der Oberflächenkontaktdichtung 50B aus der äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel 2 unterdrückt werden. Hier ist das Liniensegment Y in 7 ein Liniensegment, das sich entlang der A-Richtung und über den Gewindegrad 21 in kürzester Entfernung erstreckt.
Das heißt, in einem Fall, in dem die Gewindespindel 2 und die Oberflächenkontaktdichtung 50B in jeweiligen Axialrichtungen aufeinander abgestimmt und miteinander verbunden sind, wenn die axiale Dicke T der Flächenkontaktdichtung 50B in kürzester Entfernung in den Bereich des sich über den Gewindegrad 21 erstreckenden Leitungssegments Y fällt, ist ein Spalt zwischen dem Vorsprung 54 der Oberflächenkontaktdichtung 50B und der Rollnut 20 der Gewindespindel 2 weniger anfällig, wodurch der enge Kontakt zwischen der Oberflächenkontaktdichtung 50B und der Gewindespindel 2 verbessert werden kann.
8 ist eine erklärende Ansicht zur Veranschaulichung eines Zusammenhangs zwischen einer Länge des Liniensegments Y und der axialen Dicke T der Oberflächenkontaktdichtung 50B. Ein Liniensegment P, das durch eine Einpunkt-Kettenlinie in 8 bezeichnet ist, stellt einen axialen Pitch der Rollnut 20 in der äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel dar. Wenn eine einzige Rollnut in der Gewindespindel gebildet wird, ist der Pitch P gleich der Steigung L. Wenn zwei Rollnuten in der Gewindespindel gebildet werden, entspricht der Pitch P L/2. Somit wird ein Pitch P_A der Rollnut in A-Richtung durch Pcosθ ausgedrückt. Wenn also die Nutbreite der Rollnut 20 durch W₁ dargestellt wird, wird eine Breite W₂ des Gewindegrads in A-Richtung durch Pcosθ-W₁ ausgedrückt. Die Breite W₂ entspricht der Länge des in 7 dargestellten Linienabschnitts Y. Die Nutbreite W₁ der Rollnut 20 ist, wie in 9 dargestellt, ein Schnittpunkt zwischen der äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel 2 und einer sphärischen Fläche der auf der Rollnut 20 rollenden Kugeln 4 und unterscheidet sich von einer Breite der in der Gewindespindel 2 gebildeten Rollnut 20.
Wenn eine Länge, die durch Projizieren der Breite W₂ des Gewindegrades in A-Richtung in axialer Richtung O der Gewindespindel erhalten wird, durch W₀ dargestellt wird, ergibt sich W₀=Pcos²θ-W₁cosθ. Wenn die axiale Dicke T der Oberflächenkontaktdichtung 50B gleich oder kleiner als die vorstehend beschriebene Breite W₀ ist, werden die Interferenzbereiche X nicht auf beiden Seiten des Gewindegrads 21 der Gewindespindel 2 an einer beliebigen Stelle in Umfangsrichtung der Flächenkontaktdichtung 50B erzeugt. Dementsprechend kann der enge Kontakt zwischen der Oberflächenkontaktdichtung 50B und der äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel 2 verbessert werden. Das heißt, wenn die axiale Dicke T der Oberflächenkontaktdichtung 50B so eingestellt ist, dass die folgenden Bedingungen gegeben sind, wird die Oberflächenkontaktdichtung 50B gleichmäßig mit der äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel in Kontakt gebracht, so dass die Dichtungsperformance zuverlässig gegeben ist. $T \leq {Pcos}^{2} θ - W_{1} cos θ$

T: axiale Dicke der Oberflächenkontaktdichtung 50B
P: Pitch der Rollnut 20 in der äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel 2
θ: Steigungswinkel der Rollnut 20
W₁: Nutbreite der Rollnut 20

Wie vorstehend beschrieben, ist das Dichtelement 5, auf das die vorliegende Erfindung angewendet wird, durch Änderungen der Plattendicke oder der Anzahl der Distanzplatten an die Plattendicken verschiedener Dichtungsplatten 50 anpassbar, und die Dichtungsplatte 50 kann in optimaler Befestigungsmethode gemäß einem Material der Dichtungsplatte 50 an dem Mutternelement 3 befestigt werden. Somit kann sich das Dichtungselement 5 gemäß dem Dichtungselement 5 der vorliegenden Erfindung flexibel an Material- und Plattendickenänderungen der Dichtungsplatte 50 entsprechend einer Einsatzumgebung der Kugelgewindespindelvorrichtung 1 anpassen. Darüber hinaus kann auch bei einer Änderung des Materials oder der Plattendicke der Dichtungsplatte 50 eine Standardisierung ohne Änderung der Grundplatten 51 und der Distanzplatten 52 erreicht werden, wodurch die Produktionskosten oder die Verwaltungskosten für Komponenten reduziert werden können.
10 ist eine perspektivische Explosionsansicht zur Veranschaulichung eines Dichtungselements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der ersten Ausführungsform, die mit Bezug auf 2 beschrieben wurde, ist eine Dichtungsplatte 50 zwischen zwei Basisplatten 51 angeordnet. In der zweiten Ausführungsform werden jedoch drei Basisplatten 51 und zwei Dichtungsplatten 50 abwechselnd zu einem sogenannten doppeldichten Dichtungselement gestapelt.
Die Distanzplatten 52 sind jeweils zwischen den Basisplatten 51 ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform sandwichartig angeordnet, und die Distanzplatten 52 definieren einen Aufnahmebereich für die Dichtplatte 50. In 10 sind zwischen zwei nebeneinanderliegenden Basisplatten 51 zwei Distanzplatten 52 angeordnet. Die Anzahl der Distanzplatten 52 kann jedoch entsprechend einer Plattendicke der Dichtungsplatte 50 entsprechend erhöht oder verringert werden.
Das Dichtungselement gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in der zweiten Ausführungsform veranschaulicht, kann nicht nur in der Material- oder Plattendicke der Dichtungsplatte 50, sondern auch in der Nummer der Dichtungsplatte 50 entsprechend geändert werden, wodurch eine Leistung entsprechend der Einsatzumgebung der Kugelgewindetriebseinrichtung 1 entsprechend erreicht werden kann.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform dienen die Befestigungsschrauben 53 als Verbindungselemente, die durch die Basisplatten 51 und die Distanzplatten 52 führen, zur Befestigung der Basisplatten 51 und der Distanzplatten 52 am Mutternelement 3. So können beispielsweise Nieten als Verbindungselemente verwendet werden, um die Basisplatten 51 und die Distanzplatten 52 vorab zu dem Dichtungselement 5 zu integrieren, und das integrierte Dichtungselement 5 kann mit anderen Mitteln, wie beispielsweise einem Stopperring, an dem Mutternelement befestigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5043310 Y2 [0006]
JP 2014156888 [0030]

Claims

Dichtungselement für eine Kugelgewindespindelvorrichtung, das an einer axialen Endfläche eines Mutternelements (3) der Kugelgewindespindelvorrichtung befestigt ist und konfiguriert ist, um einen Spalt zwischen dem Mutternelement und der Gewindespindel (2) abzudichten, wobei das Dichtungselement (5) umfasst: eine Vielzahl von Basisplatten (51), die jeweils ein Durchgangsloch mit einem Innendurchmesser aufweisen, der größer als ein Außendurchmesser der Gewindespindel (2) ist; eine Distanzplatte (52), die zwischen zwei aneinander angrenzenden Basisplatten (51) sandwichartig angeordnet ist und ein Dichtungsaufnahmeloch (52b) mit einem Innendurchmesser aufweist, der größer ist als ein Innendurchmesser eines Durchgangslochs der Basisplatten; und eine Dichtungsplatte, die ein Schaftpassloch (50a) aufweist, die einer Querschnittsform der Gewindespindel (2) in einer Richtung senkrecht zu einer axialen Richtung entspricht, und in dem Dichtungsaufnahmeloch der Distanzplatten angeordnet ist.
Das Dichtungselement für eine Kugelgewindespindelvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Verbindungselement, das konfiguriert ist, um die Basisplatten (51) und die Distanzplatte (52) zu durchdringen, um dadurch die Basisplatten (51) und die Distanzplatte (52) an einer axialen Stirnfläche des Mutternelements (3) zu befestigen, wobei die Dichtungsplatte (50) zwischen den beiden Basisplatten (51) und in einem Dichtungsaufnahmeloch (52b) der Distanzplatte (52) angeordnet ist.
Das Dichtungselement für eine Kugelgewindespindelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein zwischen den beiden aneinandergrenzenden Basisplatten (51) definierter Raum größer eingestellt ist als eine axiale Dicke der Dichtungsplatte (50).
Das Dichtungselement für eine Kugelgewindespindelvorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein zwischen den beiden aneinandergrenzenden Basisplatten (51) definierter Raum kleiner als eine axiale Dicke der Dichtungsplatte (50) eingestellt ist.
Das Dichtungselement für eine Kugelgewindespindelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei in einem Fall, in dem die Gewindespindel (2) und die Dichtungsplatte (50) in entsprechender axialer Richtung aufeinander abgestimmt und aneinander montiert sind, eine axiale Dicke der Dichtungsplatte (50) in einen Bereich eines Liniensegments fällt, das sich in kürzester Entfernung über einen Gewindegrat (21) der Gewindespindel (2) erstreckt.
Das Dichtungselement für eine Kugelgewindespindelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei, wenn eine axiale Dicke der Dichtungsplatte (50) durch T dargestellt wird, ein axialer Pitch der Rollnut (20) für Kugeln in einer äußeren Umfangsfläche der Gewindespindel (2) durch P dargestellt wird und ein Steigungswinkel der Rollnut (20) durch θ dargestellt wird, und eine Nutbreite der Rollnut (20) durch W₁ dargestellt wird, T≤Pcos²θ-W₁cosθ erfüllt ist.