DE19526727A1 - Kugelschraubvorrichtung mit externem Umlauf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Kugelschraubvorrichtungen und mehr im einzelnen eine Verbesserung der Befestigungskonstruktion eines Kugelumlaufrohres in einer Kugelschraubvorrichtung mit externem Umlauf.

Es ist eine Kugelschraubvorrichtung mit externem Umlauf er­ hältlich, bei welcher, wie in Fig. 8 gezeigt, eine Kugelum­ laufmutter 2 über eine Anzahl von Kugeln (nicht gezeigt) in Eingriff steht mit einer Schraubwelle 1, und ein Kugelumlauf­ rohr 4 an der Außenfläche der Kugelumlaufmutter 2 vorgesehen ist, so daß die Kugeln zirkuliert werden, während sie außer­ halb der Kugelumlaufmutter 2 geführt werden. In der Kugel­ schraubvorrichtung ist das Kugelumlaufrohr 4 fest an der Außenfläche der Kugelumlaufmutter 2 angebracht mit einem Rohrhalteteil 5. Das Rohrhalteteil 5 ist folgendermaßen aus­ gebildet: Wie in den Fig. 10 und 11 gezeigt, wird ein Me­ tallblock, dessen Dicke größer ist als der Außendurchmesser des Kugelumlaufrohres 4, durch Fräsen zu einem rechteckigen Parallelepiped geformt. Eine Rohreingriffsnute 6 wird in dem rechteckigen Parallelepiped durch Fingerfräsen derart ge­ formt, daß sie schräg in dem Boden verläuft. Danach wird eine Mehrzahl von flachen Senkkopfschraubenlöchern 7 (zwei Löcher in dem Fall von Fig. 10) in dem rechteckigen Parallelepiped auf beiden Seiten der Rohreingriffsnute 6 durch Bohren ausge­ bildet. Auf diese Weise wird das Rohrhalteteil 5 erzeugt.

Andererseits weist die Außenfläche der Kugelumlaufmutter 2, wie in Fig. 9 gezeigt, eine ebene Fläche 8 auf, welche durch Fräsen gebildet wird, um das Kugelumlaufrohr 4 und das Rohr­ halteteil 5 darauf zu montieren. Löcher 9 zum Anbringen des Kugelumlaufrohres 4 sind in der ebenen Fläche 8 ausgebildet, und außerdem sind Gewindelöcher 10 zum Anbringen des Rohrhal­ teteiles 5 in der ebenen Fläche 8 durch Gewindebohren ausge­ bildet.

Die oben beschriebene Kugelschraubvorrichtung mit externem Umlauf ist jedoch mit folgenden Problemen behaftet:
Wie oben beschrieben, wird in der herkömmlichen Vorrichtung das Rohrhalteteil 5 geformt durch eine Anzahl von Fertigungs­ schritten einschließlich Fräsen, Fingerfräsen und Bohren, und um die ebene Fläche 8 an der Kugelumlaufmutter 2 zu bilden, wird ein relativ großer Teil der Mutter durch Fräsen ent­ fernt, und die Gewindelöcher zum Anbringen des Rohrhaltetei­ les 5 werden durch Gewindebohren gebildet. Das heißt, die Bildung einer Kugelumlaufrohr-Anbringungskonstruktion erfor­ dert viel Zeit und Arbeit.

Andererseits wird das Kugelumlaufrohr 4 folgendermaßen an der Kugelumlaufmutter angebracht: Beide Endabschnitte des Kugel­ umlaufrohres 4 werden in die in der Kugelumlaufmutter 2 aus­ gebildeten Montagelöcher 9 bzw. 9 eingefügt, und das Kugelum­ laufrohr 4 wird mit dem Rohrhalteteil 5 gehalten, und kleine Senkkopfschrauben B₁ werden mit den Gewindelöchern 10 in Ein­ griff gebracht und angezogen. Um das Spiel des Kugelumlauf­ rohres zu beseitigen, welches von dem Spalt C (Fig. 11 und 12) zwischen dem Kugelumlaufrohr 4 und der in dem Rohrhalte­ teil 5 ausgebildeten Rohreingriffsnute 6 herrührt, muß danach das Rohrhalteteil folgendermaßen eingestellt werden: Bei ge­ lösten Schrauben B₁ wird das Rohrhalteteil 5 aus der Kugelum­ laufmutter 2 entfernt. Und der Boden des Rohrhalteteiles 5 wird geschliffen, bis der Spalt C im wesentlichen null ist.

Das heißt, das Montieren der Vorrichtung erfordert viel Zeit und Arbeit.

In Anbetracht des Obigen ist das Ziel der Erfindung die Schaffung einer Kugelschraubvorrichtung mit einfachem Aufbau und hoher Produktivität, bei deren Herstellung die zum Anbringen des Kugelumlaufrohres erforderlichen Bearbeitungs­ gänge, beispielsweise die Operation des Fräsens der Kugelum­ laufmutter zum Formen der ebenen Montagefläche an dieser, die Operation des Gewindebohrens der ebenen Montagefläche und die Operation des genauen Schleifens des Rohrhalteteiles, weitge­ hend eliminiert werden und keine mühsame Einstellung bei ihrer Montage benötigt wird.

Das vorgenannte Ziel und weitere Ziele der Erfindung werden erreicht durch die Schaffung einer Kugelschraubvorrichtung mit externem Umlauf, umfassend eine Schraubwelle mit einer Kugellaufrille in ihrer Außenfläche, eine Kugelumlaufmutter mit einer Kugellaufrille in ihrer Innenfläche, die der Kugel­ laufrille der Schraubwelle gegenüberliegt, eine Anzahl von Kugeln, die zwischen die Kugellaufrille der Schraubwelle und die Kugellaufrille der Kugelumlaufmutter eingesetzt sind, wo­ bei die Kugeln zirkuliert werden, während sie in einem Kugel­ umlaufrohr geführt werden, das an der Außenfläche der Kugel­ umlaufmutter befestigt ist mit einem Rohrhalteteil, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelumlaufmutter in der Außenfläche eine Rohrlagernute aufweist, die entlang dem Kugelumlaufrohr ausgebildet ist, welches geneigt bezüglich der Achse der Schraubwelle angeordnet ist, um den Boden des Kugelumlaufroh­ res zu stützen, und eine Ringnute, die quer über die Rohrla­ gernute ausgebildet ist, und daß das Rohrhalteteil aus einer elastischen dünnen Metallplatte in der Weise hergestellt ist, daß das Rohrhalteteil im wesentlichen C-förmig im Querschnitt ist, so daß es in die Ringnute einzusetzen ist, und eine Ein­ griffrinne aufweist, die mit dem Kugelumlaufrohr in Eingriff steht.

In der Kugelschraubvorrichtung der Erfindung kann das Rohr­ halteteil geformt werden durch Pressen einer Metallplatte oder durch Formpressen von Kunststoffmaterial; das heißt, die Herstellung des Rohrhalteteiles benötigt im Unterschied zu der Herstellung des herkömmlichen Teiles keinen komplizierten Bearbeitungsvorgang.

In der Kugelumlaufmutter wird die Ringnute, mit der das Rohr­ halteteil in Eingriff steht, einfach durch Drehen auf der Drehbank gebildet. Ferner wird nur die Rohrlagernute für das Kugelumlaufrohr quer über die Ringnute durch Fingerfräsen ge­ bildet.

Das Kugelumlaufrohr wird folgendermaßen an der Kugelumlauf­ mutter befestigt: Beide Endabschnitte des Kugelumlaufrohres werden in Rohreinsetzlöcher eingesetzt, die in der Kugelum­ laufmutter in der Weise ausgebildet sind, daß die Rohrlager­ nute den Boden des Kugelumlaufrohres lagert. In diesem Zu­ stand wird das Rohrhalteteil in die Ringnute der Kugelumlauf­ mutter eingepaßt mit der Hilfe seiner Elastizität, so daß seine Eingriffrinne mit dem Kugelumlaufrohr in Eingriff kommt. Das Rohrhalteteil wird auf diese Weise durch Einrasten fest an der Kugelumlaufmutter angebracht. Bei dem Montieren des Kugelumlaufrohres an der Kugelumlaufmutter werden keine Schrauben verwendet, das heißt, die Elastizität des Rohrhal­ teteiles wird verwendet. Daher erfordert die Herstellung der Vorrichtung keine Operation des Gewindebohrens der Kugelum­ laufmutter.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht eines Beispiels einer Kugelschraub­ vorrichtung mit externem Umlauf, die eine erste Ausführungsform der Erfindung bildet;

Fig. 2 eine Draufsicht einer Kugelumlaufmutter in einer Kugelschraubvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Rohrhalteteiles in der Ku­ gelschraubvorrichtung von Fig. 1;

Fig. 4 eine Draufsicht des Rohrhalteteiles von Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V in Fig. 1 zur Beschreibung der Arbeitsweise der Kugel­ schraubvorrichtung der Erfindung;

Fig. 6 und 7 eine Vorderansicht bzw. eine Draufsicht eines Rohrhalteteiles in einem anderen Beispiel der Kugelschraubvorrichtung, welche eine zweite Ausfüh­ rungsform der Erfindung bildet;

Fig. 8 eine Draufsicht einer herkömmlichen Kugelschraub­ vorrichtung mit externem Umlauf;

Fig. 9 eine Draufsicht einer Kugelumlaufmutter in der her­ kömmlichen Kugelschraubvorrichtung;

Fig. 10 eine Draufsicht eines Rohrhalteteiles in der in Fig. 8 gezeigten herkömmlichen Vorrichtung;

Fig. 11 eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI in Fig. 10; und

Fig. 12 eine Ansicht mit weggeschnittenen Teilen in der Richtung des Pfeiles XII in Fig. 8.

Anhand der Fig. 1 bis 5 wird eine Kugelschraubvorrichtung mit externem Umlauf beschrieben, welche eine erste Ausfüh­ rungsform der Erfindung bildet, in der Teile, welche funktio­ nell den anhand der herkömmlichen Kugelschraubvorrichtung be­ schriebenen entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen be­ zeichnet sind.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, umfaßt die Kugelschraub­ vorrichtung eine Schraubwelle 1 und eine Kugelumlaufmutter 2. Die Schraubwelle 1 weist in der Außenfläche eine Kugellauf­ rille 1a auf. Die Kugellaufrille 1a ist im Schnitt bogenför­ mig. Die Kugelumlaufmutter 2 weist im wesentlichen die Form eine Zylinders auf mit einer Kugellaufrille 2a in der Innen­ fläche, die der Kugellaufrille 1a der Schraubwelle 1 ent­ spricht. Ein Montageflansch 11 ist an der äußeren Zylinder­ fläche eines Endabschnitts der Kugelumlaufmutter 2 ausgebil­ det. Die Kugelumlaufmutter 2 weist eine relativ flache Ring­ nute 12 in dem Mittelabschnitt der zylindrischen Außenfläche der Kugelumlaufmutter 2 auf, in der Achsrichtung betrachtet. Die Ringnute 12 wird durch Drehen auf der Drehbank gebildet, womit zwei zylindrische Endabschnitte an ihren beiden Seiten vorgesehen werden. Zwei Rohreinsetzlöcher 9 und 9 sind je­ weils in den zylindrischen Endabschnitten der Kugelumlaufmut­ ter 2 ausgebildet in der Weise, daß sie in Verbindung stehen mit der Kugellaufrille 2a, die in der Innenfläche der Kugel­ umlaufmutter 2 vorgesehen ist, so daß beide Endabschnitte eines im wesentlichen U-förmigen Kugelumlaufrohres 4 in die jeweiligen Rohreinsetzlöcher 9 eingefügt werden. Die äußeren Öffnungen der Rohreinsetzlöcher 9 stehen miteinander in Ver­ bindung durch eine Rohrlagernute 13, die durch Fingerfräsen derart gebildet wird, daß sie bezüglich der Achse der Kugel­ umlaufmutter geneigt ist. Die Breite der Rohrlagernute 13 ist im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Kugelumlauf­ rohres 4.

Die Kugelschraubvorrichtung umfaßt ferner ein Rohrhalteteil 15, das in die Ringnute 12 der Kugelumlaufmutter 2 eingefügt wird. Das Rohrhalteteil 15, wie in den Fig. 3 und 4 ge­ zeigt, ist im Schnitt im wesentlichen C-förmig mit einer Breite und einem Durchmesser, die denen der Ringnute 12 der Kugelumlaufmutter 2 entsprechen. Der Mittelabschnitt des Rohrhalteteiles 15 ist zu einer Eingriffrinne 16 gekrümmt, die mit dem Kugelumlaufrohr 4 in Eingriff steht. Das Rohrhal­ teteil 15 wird gebildet durch Pressen einer dünnen Metall­ platte und ist daher elastisch.

Das Kugelumlaufrohr 4 wird folgendermaßen an der Kugelumlauf­ mutter 2 angebracht:
Beide Endabschnitte des U-förmigen Kugelumlaufrohres 4 werden in die Montagelöcher 9 bzw. 9 der Kugelumlaufmutter 2 in der Weise eingefügt, daß die untere Fläche des Kugelumlaufrohres 4 mit dem Boden der in der Kugelumlaufmutter 2 ausgebildeten Rohrlagernute 13 in Kontakt steht.

Danach wird das Rohrhalteteil 15, während es ein wenig geöff­ net wird, in die Ringnute 12 der Kugelumlaufmutter 2 einge­ setzt, wobei die Eingriffrinne 16 mit dem Kugelumlaufrohr 4 in Eingriff gebracht wird. In diesem Vorgang klemmt das Rohr­ halteteil 15 die Kugelumlaufmutter 2 mit seiner elastischen Kraft fest und befestigt das Kugelumlaufrohr 4 sicher durch Drücken des Kugelumlaufrohres 4 gegen die Rohrlagernute 13.

In dieser Ausführungsform kann das Kugelumlaufrohr 4 fast in einem Prozeß ohne Montageschrauben sicher an der Kugelumlauf­ mutter 2 befestigt werden. Abmessungsfehler zwischen dem Ku­ gelumlaufrohr 4 und dem Rohrhalteteil 15 werden, falls über­ haupt, aufgenommen durch die Elastizität des Rohrhalteteiles 15. Dieses Merkmal beseitigt die Schwierigkeit, mit der die herkömmliche Kugelschraubvorrichtung verbunden ist, daß der Spalt zwischen dem Kugelumlaufrohr 4 und dem Rohrhalteteil 15 gebildet wird. Dementsprechend ist die Kugelschraubvorrich­ tung der Erfindung vollständig frei von der mühsamen Arbeit, bei der das Rohrhalteteil 15 zur Einstellung der Kugel­ schraubvorrichtung, die zusammengesetzt worden ist, von ihr entfernt und wiederum bearbeitet wird.

Das Rohrhalteteil 15 kann durch Pressen einer Metallplatte direkt geformt werden, und dementsprechend kann es leicht in Massenfertigung hergestellt werden. In der Kugelschraubvor­ richtung der Erfindung kann die Operation der Bearbeitung der Kugelumlaufmutter 2 zum Anbringen des Kugelumlaufrohres an ihr viel sicherer erzielt werden als in dem Fall der herkömm­ lichen Kugelschraubvorrichtung; das heißt, die Kugelschraub­ vorrichtung der Erfindung ist in Fertigungszeit und -kosten stark reduziert gegenüber der herkömmlichen Vorrichtung.

Die Kugelschraubvorrichtung mit externem Umlauf wird mit dem Zirkulieren oder Umlaufen der Kugeln durch das so angebrachte Kugelumlaufrohr 4 betrieben.

Fig. 5 zeigt, wie die Kugeln in dem Betrieb der Kugel­ schraubvorrichtung umlaufen.

Wie in Fig. 5 gezeigt, ist eine Anzahl Kugeln 3 in einer spiralförmigen Kugelrollbahn vorgesehen, die definiert ist durch die Kugellaufrille 1a der in die Kugelumlaufmutter 2 eingesetzten Schraubwelle 1 und die Kugellaufrille 2a der Ku­ gelumlaufmutter 2, welche der Kugellaufrille 1a gegenüber­ steht, und einer Kugelumlaufbahn, welche in dem an der Kugel­ umlaufmutter 2 angebrachten Kugelumlaufrohr 4 ausgebildet ist. Durch die relative Spiralbewegung der Kugelumlaufmutter 2 und der Schraubwelle 1 werden diese Kugeln 3 entlang der zwischen den Kugellaufrillen 1a und 2a gebildeten spiralför­ migen Kugelrollbahn gerollt und durch ein Ende 4a des Kugel­ umlaufrohres 4 in die in dem Kugelumlaufrohr 4 definierte Ku­ gelumlaufbahn aufgeschaufelt. Die so aufgeschaufelten Kugeln 3 werden entlang der Kugelumlaufbahn in dem Kugelumlaufrohr 4 bewegt; das heißt, sie werden über mehrere Umdrehungen der durch die Kugellaufrillen 1a und 2a definierten Kugelrollbahn bewegt und dann wieder in die Kugelrollbahn eingeführt. Die Kugeln 3 werden wiederholt in der beschriebenen Weise zirku­ liert. Wenn die relative Spiralbewegung der Kugelumlaufmutter 2 und der Schraubwelle 1 in der Richtung gewechselt wird, werden die Kugeln in der entgegengesetzten Richtung zirku­ liert. Auf diese Weise wird mit der Hilfe der Kugeln 3, wel­ che umlaufen, während sie auf die oben beschriebene Weise ge­ rollt werden, die relative Spiralbewegung der Kugelumlaufmut­ ter 2 und der Schraubwelle 1 stoßfrei ausgeführt. Bei diesem Betrieb wird nie zugelassen, daß das Kugelumlaufrohr spielt.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, werden bei der Herstellung der Kugelschraubvorrichtung dieser Ausführungs­ form der Erfindung die zum Anbringen des Kugelumlaufrohres in der herkömmlichen Vorrichtung erforderlichen Bearbeitungsvor­ gänge, beispielsweise die Operation des Fräsens der Kugelum­ laufmutter zum Formen der ebenen Montagefläche an dieser, die Operation des Gewindebohrens der ebenen Montagefläche und die Operation des genauen Schleifens des Rohrhalteteiles, weitge­ hend eliminiert, und es wird keine mühsame Einstellung bei ihrer Montage benötigt. Die Kugelschraubvorrichtung gemäß der Erfindung ist einfach im Aufbau und hoch in der Produktivi­ tät.

Ein anderes Beispiel der Kugelschraubvorrichtung der Erfin­ dung wird anhand der Fig. 6 und 7 beschrieben.

Die zweite Ausführungsform der Erfindung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, daß das Rohrhalteteil 15 eine Verstärkungsrinne 17 aufweist, welche sich über der Eingriffrinne 16 erstreckt, wobei sie radial nach außen vor­ ragt. Die Verstärkungsrinne 17 erhöht die Steifigkeit in der Radialrichtung des Rohrhalteteiles 15, so daß das Rohrhalte­ teil 15 imstande ist, das Kugelumlaufrohr 4 sicherer zu hal­ ten.

Die anderen Anordnungen und Wirkungen der zweiten Ausfüh­ rungsform sind die gleichen wie die der ersten Ausführungs­ form.

In den oben beschriebenen Ausführungsformen besteht das Rohr­ halteteil 15 aus einer elastischen Metallplatte. Die Erfin­ dung ist jedoch nicht darauf oder dadurch beschränkt. Das heißt, es kann zum Beispiel aus einer elastischen Kunststoff­ platte bestehen.

Wie oben beschrieben, ist in der Kugelschraubvorrichtung mit externem Umlauf der Erfindung das Rohrhalteteil zum Befesti­ gen des Kugelumlaufrohres aus einer elastischen dünnen Platte in der Weise hergestellt, daß es im Schnitt im wesentlichen C-förmig ist und die Eingriffrinne in seinem Mittelbereich aufweist, die mit dem Kugelumlaufrohr in Eingriff steht; und die Kugelumlaufmutter weist die Rohrlagernute auf, welche den Boden des Kugelumlaufrohres stützt, und die Ringnute, welche quer durch die Rohrlagernute ausgebildet ist. Das Rohrhalte­ teil wird in die Ringnute eingesetzt mit der Hilfe seiner Elastizität in der Weise, daß die Eingriffrinne mit dem Ku­ gelumlaufrohr in Eingriff gebracht wird, um dieses zu befe­ stigen. Daher kann das Rohrhalteteil leicht geformt werden durch Pressen einer Metallplatte oder durch Formpressen von Kunststoffmaterial; das heißt, die Herstellung des Rohrhalte­ teiles erfordert im Unterschied zu dem herkömmlichen keine komplizierte Bearbeitungsoperation.

Andererseits kann die Kugelumlaufmutter mit Leichtigkeit ge­ bildet werden. Das heißt, die Ringnute wird einfach durch Drehen auf der Drehbank geformt. Das heißt, die Herstellung der Kugelumlaufmutter ist im Unterschied zu der Herstellung der herkömmlichen frei von der Operation der Bildung der ebe­ nen Fläche zur Montage des Rohres durch Fräsen und der Opera­ tion des Gewindebohrens der Kugelumlaufmutter. Also kann die Kugelschraubvorrichtung mit externem Umlauf der Erfindung leicht montiert werden und weist eine hohe Produktivität und niedrige Herstellkosten auf.

Obzwar die Erfindung in Verbindung mit bevorzugten Ausfüh­ rungsformen beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann offensichtlich, daß verschiedene Änderungen und Modifikatio­ nen daran vorgenommen werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, und es ist daher darauf abgezielt, in den An­ sprüchen alle derartigen Änderungen und Abwandlungen abzudek­ ken, die im Gedanken und Rahmen der Erfindung liegen.

Claims (3)

1. Kugelschraubvorrichtung mit externem Umlauf, umfassend eine Schraubwelle mit einer Kugellaufrille in ihrer Außen­ fläche,
eine Kugelumlaufmutter mit einer Kugellaufrille in ihrer Innenfläche, die der Kugellaufrille der Schraubwelle gegen­ überliegt,
eine Anzahl von Kugeln, die zwischen die Kugellaufrille der Schraubwelle und die Kugellaufrille der Kugelumlaufmutter eingesetzt sind,
ein Kugelumlaufrohr, in welchem die Kugeln zum Umlaufen geführt werden,
ein Rohrhalteteil zum Befestigen des Kugelumlaufrohres an einer Außenfläche der Kugelumlaufmutter,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kugelumlaufmutter (2) in ihrer Außenfläche eine Rohrlagernute (13) aufweist, die entlang dem Kugelumlaufrohr (4) ausgebildet ist, welches geneigt bezüglich der Achse der Schraubwelle (1) angeordnet ist, um den Boden des Kugelum­ laufrohres (4) zu stützen, und eine Ringnute (12), die quer über die Rohrlagernute (13) ausgebildet ist,
und daß das Rohrhalteteil (15) aus einer elastischen dün­ nen Platte in der Weise hergestellt ist, daß das Rohrhalte­ teil (15) im wesentlichen C-förmig im Querschnitt ist, so daß es in die Ringnute (12) einzupassen ist, und das Rohrhalte­ teil (15) eine Eingriffrinne (16) aufweist, die mit dem Kugelumlaufrohr (4) in Eingriff steht.

2. Kugelschraubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Eingriffrinne (16) bei einem Mittelab­ schnitt des Rohrhalteteiles (15) ausgebildet ist.

3. Kugelschraubvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rohrhalteteil (15) eine Verstärkungsrinne (17) aufweist, welche sich über die Eingriffrinne (16) er­ streckt, während sie radial nach außen vorragt.