DE19803250A1

DE19803250A1 - Kugel-Umlaufmechanismus

Info

Publication number: DE19803250A1
Application number: DE19803250A
Authority: DE
Inventors: Michihiro Kuramochi; Nobumitsu Takahashi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1997-01-29
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 1998-10-15
Anticipated expiration: 2018-01-29
Also published as: DE19803250B4; US6282972B2; JP3726460B2; JPH10274309A; US20010002555A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugel-Umlaufmechanismus, der eine Schraubenwelle und ein Muttern-Bauteil umfaßt.

Ein als Kugel-Umlaufmechanismus bekannter Mechanismus wandelt eine rotatorische Bewegung in eine lineare Bewegung um. Als Beispiel für einen solchen Kugel-Umlauf mechanismus wird der gesamte Aufbau eines rücklaufkanalartigen Kugel-Umlauf mechanismus unter Bezug auf Fig. 1 beschrieben. Fig. 1 ist ein axialer Querschnitt ei nes Kugel-Umlaufmechanismus. In dieser Figur ist eine teilweise gezeigte Schrauben welle 1 ein Wellenbauteil, das im Außendurchmesser eine Spiralnut (Gewindenut) 1a mit einer einem gotischen Bogen ähnlichen Querschnittsform, die später beschrieben wird, besitzt. Ein als Muttern-Bauteil dienende Mutter 2 ist ein zylindrisches Bauteil mit einer Spiralnut (Gewindenut) 2a im Innenumfang 2e, die der Spiralnut (Gewindenut) 1a der Schraubenwelle 1 entspricht, und mit einem Spiralsteg 2d, der zwischen den angren zenden Spiralnuten 2a definiert wird. Obwohl nicht dargestellt, erstrecken sich zwei Durchgangslöcher von der Oberseite 2c der Mutter 2 zur Spiralnut (Gewindenut) 2a. Enden eines U-förmigen Kugel-Rücklaufkanals 4 werden durch eine Strichlinie angege ben, paßgerecht in die jeweiligen Durchgangslöcher eingesetzt.

Die Schraubenwelle 1 wird durch das Innere des Innenumfangs 2e der Mutter 2 so ge führt, daß die Spiralnut (Gewindenut) 1a der Spiralnut (Gewindenut) 2a der Mutter ge genüberliegt. Eine Anzahl von Kugeln 3 wird in einer durch die beiden gegenüberlie genden Gewindenuten definierten Laufbahn rotierbar eingeschlossen.

Wenn die Mutter 2 und die Schraubenwelle 1 eine relative Spiralbewegung ausführen, wiederholen die Kugeln 3 den Rücklauf, indem sie sich rotierend entlang der zwischen den Spiralnuten (Gewindenuten) 1a und 2a ausgebildeten Laufbahn bewegen, von der Laufbahn aufgeschöpft und gleichzeitig mit Hilfe eines Zungenbereiches (nicht gezeigt) geführt werden, der an einem Ende des Kugel-Rücklaufkanals 4 ausgebildet ist, so daß die Kugeln in den Kugel-Rücklaufkanal 4 geleitet werden, durch den Kanal laufen, und schließlich zur Laufbahn über das andere Ende der Mutter zurückkehren.

Zusätzlich zeigt Fig. 6 ein Beispiel einer endverschlußartigen Kugel-Umlaufvorrichtung des Standes der Technik. In diesem herkömmlichen Beispiel steht eine Schraubenwelle 1, die eine Spiralnut (Gewindenut) 1a in der äußeren Umfangsfläche aufweist, über ein Gewinde im Eingriff mit einer zylindrischen Kugel-Umlaufmutter 10, die eine Spiralnut (Gewindenut) 2a in dem inneren Umfangsfläche aufweist, welche gegenüber der Spiral nut (Gewindenut) 1a der Schraubenwelle liegt, wobei der Eingriff über Kugeln 3 erfolgt, die sich rotierend in den beidseitig gegenüberliegenden Spiralnuten (Gewindenuten) 1a und 2a bewegen. Die Kugel-Umlaufmutter 10 umfaßt zwei Arten von Bauteilen, d. h., ein Muttern-Bauteil 402 und scheibenartige Kugel-Rücklaufbauteile (sogenannte Endver schlüsse) 11, die abnehmbar mit den Endflächen des Muttern-Bauteils 402 verbunden sind. Ein Kugel-Rücklaufdurchgang 12, der aus einem Durchgangsloch besteht, das sich in axialer Richtung erstreckt, ist in einem materialstarken Bereich des Muttern-Bau teils 402 angeordnet. In jedem dieser Endflächen des Kugel-Rücklaufbauteils 11 ist dort, wo das Bauteil mit dem Muttern-Bauteil 402 verbunden ist, eine gekrümmte Bahn 13 angeordnet, über die die Spiralnuten (Gewindenuten) 1a und 2a mit dem Kugel-Rück laufdurchgang 12 kommunizieren.

Wenn die Schraubenwelle 1 und die Kugel-Umlaufmutter 10 relativ zueinander bewegt werden, bewegen sich die Kugeln 3 rotierend in den zwei sich gegenüberliegenden Schraubennuten 1a und 2a der Schraubenwelle 1 und der Kugel-Umlaufmutter 10, um den Rücklauf zu wiederholen, bei dem die Kugeln durch die gekrümmten Bahnen 13, die an den Enden der Kugel-Rücklaufbauteilen angeordnet sind, und durch den im Muttern-Bauteil 402 angeordneten Kugel-Rücklaufdurchgang 12 laufen, um zur ur sprünglichen Lage zurückzukehren.

Da die Kugeln, die entsprechend der Drehung der Schraubenwelle rotieren, sich entlang der Laufbahn bewegen, bewirkt die andauernde relative Spiralbewegung der Mutter (oder des Muttern-Bauteils) und der Schraubenwelle, daß die Kugeln aus der Mutter in entsprechender Zeit entfernt werden. Wenn die Mutter (oder das Muttern-Bauteil) über eine beträchtlich lange Strecke bewegt werden soll, muß deshalb jeder Kugel-Umlauf mechanismus mit einer Rücklaufeinheit ausgestattet sein, wie z. B. einem Kugel-Rück laufkanal, der die Kugeln, die aus einem Ende der Mutter (oder des Muttern-Bauteils) entfernt werden, zum anderen Ende der Mutter zurückbringt. Eine solche vorgesehene Rücklaufeinheit schafft jedoch ein für einen Kugel-Umlaufmechanismus eigentümliches Problem.

Bevor dieses Problem erörtert wird, wird zunächst die Beziehung zwischen den Kugeln und den Gewindenuten beschrieben. Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt, der die Umgebung einer Gewindenut eines Kugel-Umlaufmechanismus aus Fig. 1 rechtwinklig zur Gewindenut zeigt. In dieser Figur ist eine Kugel 3 zwischen der Gewindenut 1a der Schraubenwelle 1 und der Gewindenut 2a der Mutter 2 angeordnet.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Abschnitte der Gewindenuten 1a und 2a nicht Teile eines perfekten Kreises, weisen eine sogenannte gothische Bogenform auf und sind je weils aus zwei miteinander kombinierten Bögen (sogenannten Flanken) aufgebaut. Ins besondere bilden die Abschnitte der Gewindenuten 1a und 2a eine Gestalt, bei der Bö gen mit einem Krümmungsradius Rc auf seitlich symmetrischer Weise angeordnet sind. Wenn der Radius der Kugel 3 mit R bezeichnet wird, gilt die Beziehung Rc < R.

Angesichts der obengenannten Beziehung zwischen dem Radius R der Kugel 3 und dem Krümmungsradius Rc, berühren sich die Gewindenuten 1a und 2a und die Kugel 3 an vier Punkten, d. h. an den Punkten N1, N2, S1 und S2 in Fig. 2. Aufgrund dieser An ordnung können die Kugeln mit einer kontrollierten Vorspannung einfach beaufschlagt werden, so daß Spiel ausgeschlossen werden kann. Wenn die Vorspannung beauf schlagt wird, stehen die an den vier Punkten hervorgerufenen Reaktionskräfte miteinan der im Gleichgewicht.

Im folgenden wird das einem Kugel-Umlaufmechanismus eigentümliche Problem unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines End bereiches der Mutter 2 eines endverschlußartigen Kugel-Umlaufmechanismus in axialer Richtung, und Fig. 4 ist eine Ansicht der Mutter aus Fig. 3 in Pfeilrichtung IV. Wie aus dem Vergleich der Fig. 2 mit den Fig. 3 und 4 ersichtlich, besitzt die Gewindenut 2a eine sich öffnende Gestalt, die sich in Umfangsrichtung erstreckt, da die Gewindenut 2a ei nen Führungswinkel θ besitzt und durch die Endfläche 2b der Mutter 2, die im rechten Winkel zur Achse steht, geschnitten wird.

In Fig. 3 und 4 wird die Kugel 3, die in der Gewindenut 2a rotiert, durch Strichlinien an gezeigt. Die relative Spiralbewegung der Mutter und der Schraubenwelle (nicht gezeigt) bewirkt, daß die Kugel 3 so rotiert, daß der Mittelpunkt der Kugel 3 sich nacheinander in die Positionen C, B und A bewegt und schließlich aus der Mutter 2 entfernt wird. Die Ge rade N1_TR bezeichnet die Ortskurve des Berührungspunktes N1 zwischen der Kugel 3 und der Gewindenut 2a und die Gerade N2_TR bezeichnet die Ortskurve des Berührungs punktes N2 zwischen der Kugel 3 und der Gewindenut 2a.

Bis der Mittelpunkt der Kugel 3 die Position C erreicht, berührt die Kugel die Gewindenut 2a der Mutter 2 an zwei Punkten und berührt ferner die Gewindenut der Schraubenwelle (nicht gezeigt) an zwei Punkten. Mit anderen Worten ist das Berührungsverhältnis zwi schen der Kugel und den Gewindenuten der in Fig. 2 gezeigte Normalzustand.

Zu dem Zeitpunkt, wenn der Mittelpunkt der Kugel 3 die Position C passiert, wird jedoch die Gerade N2_TR an dem Punkt N2-C, wie in Fig. 4 gezeigt, unterbrochen. Im Gegensatz dazu erstreckt sich die Gerade N1_TR weiter bis zum Punkt N1-A.

Fig. 5 ist ein Querschnitt, ähnlich wie der aus Fig. 2, und zeigt den Zustand, in dem der Mittelpunkt der Kugel 3 sich in der Position B in Fig. 4 befindet. Wie aus Fig. 5 ersicht lich, ist der Flanken(Bogen)bereich der Gewindenut 2a, der sich im oberen rechten Be reich der Figur befindet, nicht vorhanden. Die Flanke, die im normalen Zustand vorhan den ist, ist durch eine Strichlinie gezeigt. Mit anderen Worten berührt, solange der Mit telpunkt der Kugel sich von der Position C zur Position A bewegt, die Kugel die Gewin denuten 1a und 2a an drei Punkten.

In einem solchen Fall liegt die Reaktionskraft Fn1, die zwischen der Kugel 3 und der Gewindenut 2a der Mutter 2 am Punkt N1 ausgeübt wird, gegenüber der Reaktionskraft Fs2, die zwischen der Kugel 3 und der Gewindenut 1a der Schraubenwelle 1 am Punkt S2 ausgeübt wird, und steht im Gleichgewicht mit dieser. Aufgrund des obenerwähnten Fehlens der Flanke, wird keine Reaktionskraft, die gegenüber der Reaktionskraft Fs1 liegt, die zwischen der Kugel 3 und der Gewindenut 1a der Schraubenwelle 1 am Punkt S1 ausgeübt wird, erzeugt. Folglich nimmt die Kugel 3 eine Kraft FC (die Kraft, die erhal ten wird durch Subtrahieren der Reibungskraft zwischen der Kugel und der Gewindenut von der Reaktionskraft Fs1) in Richtung von Fs1 am Punkt S1 auf.

Um Spiel auszuschalten, wird eine Vorspannung zwischen den Kugeln und den Gewin denuten aufgebracht, so daß die Kraft FC die Kugel 3 in Richtung dieser Kraft drückt, wodurch die Kugel 3 die Nuten in der Richtung angreift, in der keine Flanke vorhanden ist. Selbst für den Fall, daß keine Vorspannung beaufschlagt wird, wird eine kraft ähnlich der Kraft FC erzeugt, wenn eine Last von außen aufgebracht wird, was bewirkt, daß die Kugel 3 die Nuten angreift.

Während der Zeitdauer, wenn der Mittelpunkt der Kugel 3 sich von der Position C zur Position A in Fig. 4 bewegt, herrscht ein Zustand, in dem die Kugel 3 leicht von den Gewindenuten 1a und 2a angegriffen wird, sowie das Problem, daß Fehlfunktion, wie z. B. Drehmomentschwankungen, ruckartige Bewegung oder Blockieren leicht beim Be trieb des Kugel-Umlaufmechanismus auftritt.

Kurzangabe der Erfindung

Angesichts dieses Problems ist es eine Aufgabe der Erfindung einen Kugel-Umlauf mechanismus zu schaffen, bei dem die Zuverlässigkeit erhöht wird, obwohl der Aufbau vereinfacht wird.

Um diese Aufgabe zu lösen, umfaßt der erfindungsgemäße Kugel-Umlaufmechanismus:
eine Schraubenwelle mit einer Gewindenut, die an deren äußeren Umfangsfläche aus gebildet ist;
ein relativ zur Schraubenwelle in axialer Richtung bewegbares Muttern-Bauteil mit einer Gewindenut, die an dessen innerer Umfangsfläche ausgebildet ist und gegenüber der Gewindenut der Schraubenwelle liegt;
eine Anzahl von Kugeln, die rotierend entlang einer Laufbahn bewegbar sind, die mit Hilfe der sich gegenüberliegenden Gewindenuten der Schraubenwelle und des Muttern- Bauteils ausgebildet ist;
ein Kugel-Rückführbauteil zum Rückführen der Kugeln, die aus einer Auslaßöffnung der Laufbahn in eine Einlaßöffnung der Laufbahn entfernt werden, so daß ein Kugel-Rück laufdurchgang mit der Laufbahn ausgebildet wird, in der die Kugeln jeweils an zwei Punkten mit den Gewindenuten in Berührung stehen, wenn die Kugeln in der Laufbahn bewegt werden; und
eine Vertiefung, die um die Gewindenut des Muttern-Bauteils in der Umgebung der Auslaßöffnung ausgebildet ist, um zu verhindern, daß die Kugeln die Gewindenuten an drei Punkten berühren, wenn die Kugeln aus der Laufbahn entsprechend der relativen axialen Bewegung zwischen dem Muttern-Bauteil und der Schraubenwelle entfernt wer den.

Darüber hinaus umfaßt der erfindungsgemäße endverschlußartige Kugel-Umlauf mechanismus: eine Schraubenwelle, in der eine Gewindenut in einer äußeren Umfangs fläche ausgebildet ist; ein Muttern-Bauteil, das in einer inneren Umfangsfläche eine Gewindenut aufweist, die der Gewindenut der Schraubenwelle gegenüberliegt, und, in einem materialstarken Bereich, einen Kugel-Rückführdurchgang, der aus einem axialen Durchgangsloch besteht; ein Kugel-Rücklaufbauteil mit einer gekrümmten Bahn, durch die die Gewindenuten mit dem Kugel-Rückführdurchgang in Verbindung stehen, wobei das Kugel-Rücklaufbauteil mit den Endflächen des Muttern-Bauteils verbunden ist; und einer Anzahl von Kugeln, die rotierend in den sich gegenüberliegenden Gewindenuten rücklaufen können, wobei der Kugel-Rückführdurchgang, die gekrümmte Bahn und die Kugeln jeweils an zwei Punkten mit den Gewindenuten in Berührung stehen, die Kugeln mit einer Vorspannung beaufschlagt werden, und
eine Vertiefung um die Gewindenut in der Umgebung einer Auslaßöffnung für die Ku geln im Muttern-Bauteil ausgebildet ist, um unmittelbar die Vorspannung zurückzuneh men.

In dem obenerwähnten Kugel-Umlaufmechanismus besitzt die Vertiefung vorzugsweise eine Krümmung, die größer als der Kugelradius ist.

Im obengenannten Kugel-Umlaufmechanismus kann das Kugel-Rückführbauteil umfas sen:
ein Durchgangsloch, das sich in axialer Richtung des Muttern-Bauteils erstreckt; und
Endverschlüsse, die an beiden Endflächen des Muttern-Bauteils angebracht sind und jeweils eine gekrümmte Bahn aufweisen, über die das Durchgangsloch mit der Lauf bahn in Verbindung steht.

Zusätzlich kann im obengenannten Kugel-Umlaufmechanismus das Muttern-Bauteils ferner umfassen:
einen Schrittbereich, der in der Umgebung der Auslaßöffnung ausgebildet und lagemä ßig gegenüber der Vertiefung bezüglich der Kugel angeordnet ist.

Ferner ist es noch vorteilhafter, den obengenannten Kugel-Umlaufmechanismus so zu verändern, daß die Kugel einer Vorspannung zwischen den sich gegenüberliegenden Gewindenuten der Schraubenwelle und des Muttern-Bauteils unterworfen wird und die Vorspannung aufgehoben wird, wenn die Kugeln die Vertiefung passieren.

Darüber hinaus kann im obengenannten Kugel-Umlaufmechanismus
das Muttern-Bauteil ein zylindrisches Bauteil mit einem flachen Bereich und zwei Lö chern sein, die im flachen Bereich so ausgebildet sind, daß sie zu den Teilen der Ge windenut des Muttern-Bauteils hin sich öffnen und mit diesen in Verbindung stehen;
das Kugel-Rückführbauteil einen Kugel-Rücklaufkanal umfassen, dessen eines Ende mit der Auslaßöffnung und dessen anderes Ende mit der Einlaßöffnung in Verbindung steht; und
der Kugel-Rücklaufkanal mit dem flachen Bereich des Muttern-Bauteils verbunden sein.

Um zu verhindern, daß die Kugeln die Gewindenuten an drei Punkten berühren, wenn die Kugeln aus dem Muttern-Bauteil entsprechend der relativen axialen Bewegung ent fernt werden, wird erfindungsgemäß eine Vertiefung um die Gewindenut des Muttern- Bauteils in Umgebung einer Auslaßöffnung für die Kugeln im Muttern-Bauteil ausgebil det. Wenn die Kugeln die Gewindenuten berühren, wird deshalb stets eine Vierpunktbe rührung beibehalten. Folglich gleichen sich Reaktionskräfte, die von den Gewindenuten auf die Kugeln einwirken, aus, so daß stabiles Halten der Kugeln gewährleistet ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein axialer Querschnitt eines rücklaufkanalartigen Kugel-Umlauf mechanismus des Standes der Technik;

Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt, der die Umgebung einer Gewindenut des Kugel-Umlaufmechanismus aus Fig. 1 im rechten Winkel zur Gewindenut zeigt;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht eines Endbereiches einer Mutter 2 eines endver schlußartigen Kugel-Umlaufmechanismus des Standes der Technik in axialer Richtung;

Fig. 4 ist eine Ansicht der Mutter 2 aus Fig. 3 in Richtung des Pfeils IV;

Fig. 5 ist ein Querschnitt ähnlich wie in Fig. 2, der den Zustand darstellt, in dem der Mittelpunkt einer Kugel 3 sich in der Position B aus Fig. 4 befindet;

Fig. 6 ist ein Längsquerschnitt einer endverschlußartigen Kugel-Umlaufvorrichtung des Standes der Technik;

Fig. 7 ist eine Ansicht, die eine Mutter 102 eines endverschlußartigen Kugel- Umlaufmechanismus als eine erste Ausführungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 8 ist ein Querschnitt einer Mutter 102 aus Fig. 1 entlang der Linie VIII-VIII in Pfeilrichtung;

Fig. 9 ist eine in axialer Richtung vergrößerte Ansicht eines Endbereichs einer Mutter 202 eines endverschlußartigen Kugel-Umlaufmechanismus, als eine zweite Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 ist eine Ansicht der Mutter 202 aus Fig. 9 in Pfeilrichtung X, auf ähnliche Weise wie in Fig. 7;

Fig. 11 ist eine Aufsicht auf einen rücklaufkanalartigen Kugel-Umlaufmechanismus, der eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt;

Fig. 12 ist ein Querschnitt eines Kugel-Umlaufmechanismus aus Fig. 11 entlang der Linie XII-XII in Pfeilrichtung;

Fig. 13 ist eine dreidimensionale, gedachte Ansicht, die die Umgebung einer Gewin denut einer Mutter 2 in einem rücklaufkanalartigen Kugel-Umlaufmechanis mus des Standes der Technik, wie in Fig. 1 gezeigt, darstellt; und

Fig. 14 ist eine dreidimensional gedachte Ansicht, ähnlich wie in Fig. 13, die eine Mutter 302 in einem rücklaufkanalartigen Kugel-Umlaufmechanismus zeigt, welcher eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Im folgenden werden die Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Zeich nungen beschrieben.

Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich wie Fig. 4, die eine Mutter 102 eines endverschlußartigen Kugel-Umlaufmechanismus zeigt, der eine erste Ausführungsform der Erfindung dar stellt und Fig. 8 ist ein Querschnitt der Mutter 102 entlang der Linie VIII-VIII in Pfeilrich tung. Sowohl in Fig. 7 als auch in Fig. 8 wird die Form eines Werkzeuges (mit einer halbkugelförmigen Spitze), also eines Kugelkopffräser (BEM), der als Schneidwerkzeug verwendet wird, durch Strichlinien angezeigt. Fig. 8 zeigt einen Zustand, bei dem die Kugel 3 in einer Gewindenut 102a der Mutter 102 angeordnet ist.

Die Mutter 102 dieser Ausführungsform unterscheidet sich nur in der Form eines Ge windenutendes von der Mutter des Standes der Technik. Insbesondere wurde Schneid arbeit an der Mutter 102 (Fig. 3) durchgeführt, indem der Kugelkopffräser (BEM) entlang der Mittellinie (einer Spiralkurve) der Gewindenut 102a bewegt wurde (d. h. in einer unter dem Führungswinkel θ geneigten Richtung), bis der Krümmungsmittelpunkt der Spitze des Kugelkopffräsers ausgehend von der Position A die Position C, wie in Fig. 7 gezeigt, erreicht. Als Ergebnis der Schneidarbeit ist eine als eine Vertiefung dienende Senkung in der Umgebung des Gewindenutendes der Mutter 102 ausgebildet. Der Außendurch messer der Schneidkante des Kugelkopffräsers (BEM) ist größer als der Außendurch messer der Kugel 3. Mit anderen Worten wird der Radius der Senkung 102c größer als der Radius der Kugel gefertigt.

Unter dem Gesichtspunkt der Bearbeitung ist es vorteilhaft, die Richtung, in der die Achse des Kugelkopffräsers (BEM) verläuft, im rechten Winkel zur Gewindenut 102a einzustellen. Die Gewindenut 102a ist jedoch im Innenumfang der zylindrischen Mutter 102 ausgebildet, so daß diese Mutter 102 die sich in diese Richtung bewegende Schneidkante behindert, wodurch die Bearbeitung unmöglich wird. Dementsprechend wird die Spitze des Kugelkopffräsers (BEM) schräg von beiden Seiten der Mutter 102 entlang der Achse der Gewindenut 102a eingeführt, woraus folgt daß die Bearbeitung der Senkung durchgeführt werden kann, ohne einen weiteren Bereich zu fräsen. Der Kugelkopffräser (BEM), der wie oben beschrieben eingeführt wird, wird durch eine Strichlinie in Fig. 8 dargestellt.

Wie aus Fig. 7 und 8 ersichtlich, enden die Linien N2_TR und N1_TR, die die Ortskurven der Berührungspunkte zwischen der Kugel 3 und der Mutter 102 darstellen, jeweils an den Punkten N2-C' und N1-C'. Deshalb wird die Trennung der Kugel 3 von der Mutter 102 an diesen Punkten gleichzeitig durchgeführt, so daß eine Dreipunktberührung der Kugel 3 und der Gewindenuten vermieden wird. Mit anderen Worten wird die Vorspannung sofort aufgehoben, so daß ein Versagen der Kugelrotation aufgrund unausgeglichener Reaktionskräfte verhindert werden kann.

In der obenbeschriebenen Ausführungsform wird die Bearbeitung der Senkung unter Verwendung des Kugelkopffräsers so durchgeführt, daß ein Dreipunktekontakt der Ku gel und der Gewindenuten vermieden wird, wodurch bewirkt wird, daß die Vorspannung sofort aufgehoben ist. Die Bearbeitung der Senkung muß über eine relativ lange Strecke durchgeführt werden. Eine zweite unten beschriebene Ausführungsform kann dieses Problem lösen.

Fig. 9 ist eine in axialer Richtung vergrößerte Ansicht eines Endbereiches einer Mutter 202 eines endverschlußartigen Kugel-Umlaufmechanismus, der eine zweite Ausfüh rungsform der Erfindung darstellt, und Fig. 10 ist eine Ansicht der Mutter 202 aus Fig. 9 in Pfeilrichtung X in ähnlicher Weise wie in Fig. 7. Sowohl in Fig. 9 als auch in Fig. 10 wird die Gestalt eines Werkzeuges (mit einer halbkugelförmigen Spitze), also eines Ku gelkopffräsers (BEM), der als ein Schneidwerkzeug verwendet wird, durch Strichlinien angezeigt. Fig. 9 zeigt ferner einen Zustand, in dem die Kugel 3 in einer Gewindenut 202a der Mutter 202 angeordnet ist.

Die Mutter 202 unterscheidet sich in dieser Ausführungsform nur in der Gestalt eines Endbereiches von der Mutter der oben beschriebenen Ausführungsform. Insbesondere, wie in Fig. 10 ersichtlich, ist ein Schrittbereich 202d in der Umgebung eines Endberei ches der Gewindenut 202a der Mutter 202 ausgebildet. Angenommen, daß die Endflä che des Schrittbereiches 202d der Mutter 202 sich über den gesamten Umfang der Mutter erstreckt, wird die Linie N2_TR am Punkt N2-C' auf dieselbe Weise wie beim Me chanismus des Standes der Technik zu dem Zeitpunkt unterbrochen, wenn der Mittel punkt der Kugel 3 die Position C passiert. Im Gegensatz dazu erstreckt sich die Linie N1_TR weiter als die Linie N2_TR, um sich bis zum Punkt N1-A fortzusetzen.

Deshalb ist der Schrittbereich 202d in der Umgebung des Außenendes (der Bereich, wo keine Flanke in einer Seite ausgebildet ist) eines Endbereiches der Gewindenut 202a der Mutter 202 angeordnet, wodurch die Linie N2_TR verlängert wird (oder die Linie N1_TR relativ verkürzt). Darüber hinaus ist die mit Hilfe eines Kugelkopffräsers (BEM) ausgebil dete Senkung (Vertiefung) 202c von der Position B bis zur Position C angeordnet. Diese Anordnung kann bewirken, daß die Linien N2_TR und N1_TR, die die Ortskurven der Berüh rungspunkte zwischen der Kugel 3 und der Gewindenut 202a der Mutter 202 sind, an den Punkten N2-C' und N1-C' jeweils enden können und daß es für die mit Hilfe des Kugelfräsers (BEM) ausgebildete Senkung ausreichend ist, über eine relativ kurze Strecke angeordnet zu werden.

Wenn die Strecke zwischen dem Nutgrund der Mutter 202 und den Berührungspunkten N1 und N2 mit E und der Führungswinkel der Gewindenut 202a mit θ bezeichnet wird, wird die Höhe S des Schrittbereiches 202d von der Endfläche der Mutter 202 so einge stellt, daß sie der Beziehung S ≧ Ecosθ genügt.

Als nächstes wird ein rücklaufkanalartiger Kugel-Umlaufmechanismus, der eine dritte Ausführungsform der Erfindung darstellt, unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Fig. 11 ist eine Aufsicht auf den rücklaufkanalartigen Kugel-Umlaufmechanismus und Fig. 12 ist ein Querschnitt des Kugel-Umlaufmechanismus aus Fig. 11 entlang der Linie XII-XII in Richtung der Pfeile.

Zunächst wird die Anordnung der Umgebung eines Rücklaufkanals eines rücklaufkanal artigen Kugel-Umlaufmechanismus unter Bezug auf die Fig. 11 und 12 beschrieben. In diesen Figuren ist eine Schraubenwelle 1 ein Wellen-Bauteil, das in der Außenfläche ei ne Spiralnut 1a mit einer Querschnittsgestalt, wie ein gothischer Bogen, aufweist. Eine Mutter 302 ist ein zylindrisches Bauteil, das in der Innenfläche eine Gewindenut 302a entsprechend der Spiralnut 1a der Schraubenwelle besitzt. Ein flacher Bereich 302e ist in einem Teil des Außenumfanges und zwei Löcher 302p sind im flachen Bereich 302 ausgebildet, um sich zu den Teilen der Gewindenut 302a hin zu öffnen und mit diesen in Verbindung zu stehen. Enden eines U-förmigen Kugel-Rücklaufkanals 4 sind paßge recht in die Löcher der Mutter 302 jeweils eingesetzt. Der Kugel-Rücklaufkanal 4 wird mit dem flachen Bereich 302e der Mutter 302 mit Hilfe von Einstellschrauben 5 über ei ne Befestigungsplatte 6 befestigt.

Die Schraubenwelle 1 wird durch das Loch der Mutter 302 so geführt, daß die Gewinde nut 1a der Welle gegenüber den Spiralnuten 302a der Mutter 302 liegt. Eine Anzahl von Kugeln sind rotierbar in einer Kugel-Rücklaufbahn angeordnet, die durch den Kugel- Rücklaufkanal 4 ausgebildet ist und ebenso in den Gewindenuten zwischen den Enden der Kugel-Rücklaufbahn. Die Kugeln 3 sind fest in die Gewindenut 302a der Mutter 302 und die Spiralnut 1a der Schraubenwelle 1 eingepaßt. Die Mutter 302 und die Schrau benwelle 1 können eine relative, spiralförmige Bewegung in axialer Richtung durch Ro tation der Kugeln 3 ausführen. Die relative Spiralbewegung der Mutter 302 und der Schraubenwelle 1 bewirkt, daß die Kugeln 3 den Rücklauf wiederholen, bei dem die Ku geln sich rotierend entlang der Spiralnuten 1a und 302a bewegen, aus den Spiralnuten 1a und 302a aufgeschöpft werden, während sie mit Hilfe eines Zungenbereiches 4a geführt werden, der an einem Endbereich des Kugel-Rücklaufkanals 4 ausgebildet ist, um in den Kugel-Rücklaufkanal 4 geleitet zu werden, durch den Kanal zu laufen und schließlich den Spiralnuten 1a und 302a über das andere Ende des Kanals wieder zu geführt zu werden.

Fig. 13 ist eine dreidimensionale, gedachte Ansicht, die die Umgebung der Gewindenut der Mutter 2 im rücklaufkanalartigen Kugel-Umlaufmechanismus des Standes der Technik, wie in Fig. 1 gezeigt, darstellt. In Fig. 13 bezeichnet ferner Ns1 eine Quer schnittsoberfläche, die durch Schneiden der Mutter 2 entlang einer Ebene, die eine Ge rade im rechten Winkel zur Rotationsachse der Mutter 2 enthält, definiert wird, Ns2 be zeichnet eine Querschnittsoberfläche, die durch Schneiden der Mutter entlang einer vertikalen Ebene definiert wird, Ns3 bezeichnet eine Querschnittsoberfläche, die durch Schneiden der Mutter 2 entlang einer horizontalen Fläche definiert wird, 2h bezeichnet einen Teil des Außenumfangs der Mutter 2, und 2a' bezeichnet einen Teil der angren zenden Gewindenut 2a.

Es ist allerdings zu beachten, daß, um das Verständnis der inneren Gestalt der Mutter zu erleichtern, Fig. 13 und Fig. 14, die später beschrieben werden, die Gewindenut und die anderen Bauteile von außen gesehen zeigen, wobei die anderen Komponenten durchsichtig dargestellt sind, und es ist weiter zu beachten, daß sie nicht die tatsächlich sichtbare Gestalt zeigen.

In der so aufgebauten Mutter sind die Löcher für die Montage des Rücklaufkanals auf die folgende Weise ausgebildet. Zunächst ist ein zylindrisches Loch 2f, das sich von der oberen Fläche 2c zur Gewindenut 2a erstreckt, vertikal durch einen Schneidvorgang unter Verwendung eines Stirnkopffräsers (nicht gezeigt) mit einem zylindrischen Kopf ausgebildet. Anschließend wird ein Montageloch 2g um das zylindrische Loch 2f aus gebildet. Alternativ kann das Montageloch 2g zuerst und dann das zylindrische Loch 2f ausgebildet werden.

Bei einem Kugel-Umlaufmechanismus, welcher die so aufgebaute Mutter des Standes der Technik verwendet, ist die Linie N2_TR am Punkt N2-C unterbrochen, aber die Linie N1_TR erstreckt sich weiter bis zum Punkt N1-A. Bei einem solchen Aufbau entsteht das Problem der Dreipunkteberührung zwischen einer Kugel und den Gewindenuten und Versagen der Kugelrotation kann auftreten.

Fig. 14 ist eine dreidimensional gedachte Ansicht, ähnlich wie Fig. 13, die als eine dritte Ausführungsform der Erfindung die Mutter 302 im rücklaufkanalartigen Kugel-Umlauf mechanismus zeigt. In der so aufgebauten Mutter 302 sind Löcher für die Montage des Rücklaufkanals auf folgende Weise ausgebildet. Zunächst ist ein zylindrisches Loch 302f, das sich von der oberen Fläche bis zur Gewindenut 302a erstreckt und eine halb kugelförmige Vertiefung 302 am unteren Ende aufweist, vertikal mit Hilfe eines Schneid vorganges ausgebildet, bei dem ein Kugelkopffräser (nicht gezeigt) mit einer halbkugel förmigen Spitze verwendet wird, deren Durchmesser größer als der Außendurchmesser der Kugel ist. Anschließend wird ein Montageloch 302g um das zylindrische Loch 302f ausgebildet. Alternativ kann das Montageloch 302g zuerst und dann das zylindrische Loch 302f ausgebildet werden.

Aufgrund der halbkugelförmigen Vertiefung 302h enden die Linien N2_TR und N1_TR, die die Ortskurven der Berührungspunkte zwischen der Kugel (nicht gezeigt) und der Mutter 302 darstellen, jeweils an den Punkten N2-C und N1-C, wie aus Fig. 14 ersichtlich. Des halb wird die Trennung der Kugel von diesen Punkten der Mutter 302 gleichzeitig durch geführt, so daß eine Dreipunkteberührung der Kugel und der Gewindenuten vermieden wird. Deshalb kann Versagen der Kugelrotation aufgrund ausgeglichener Reaktionskräf te vermieden werden.

Obwohl die Erfindung mit Hilfe ihrer Ausführungsformen beschrieben wurde, ist die Er findung selbstverständlich nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, sondern kann angemessen verändert oder verbessert werden. In diesen Ausführungsformen ist z. B. die Vertiefung mit Hilfe eines Vorgangs zur Bildung einer Senkung mit Hilfe eines Kugel kopffräsers ausgebildet. Ungeachtet des Bearbeitungsverfahrens können die Wirkun gen der Erfindung erzielt werden, solange die Vertiefung ausgebildet ist.

Um zu verhindern, daß die Kugeln die Gewindenuten des Muttern-Bauteils und der Schraubenwelle an drei Punkten berühren, wenn die Kugeln aus einem Muttern-Bauteil entsprechend einer relativen Axialbewegung eines Muttern-Bauteils und einer Schrau benwelle entfernt werden, ist erfindungsgemäß eine Vertiefung um die Gewindenut des Muttern-Bauteils in der Umgebung einer Auslaßöffnung für die Kugeln im Muttern-Bau teil ausgebildet. Wenn die Kugeln die Gewindenuten berühren, wird deshalb immer eine Vierpunkteberührung beibehalten. Folglich gleichen Reaktionskräfte, die von den Ge windenuten auf die Kugeln einwirken, einander aus, so daß stabiles Halten der Kugeln gewährleistet ist.

Da die Vorspannung sofort in der Umgebung der Kugel-Auslaßöffnung im Muttern- Bauteil aufgehoben wird, kann ein stabiler Betrieb erreicht werden, bei dem die Kugeln die Gewindenuten nicht angreifen.

Claims

1. Kugel-Umlaufmechanismus mit
einer Schraubenwelle mit einer Gewindenut, die an deren äußerer Umfangsober fläche ausgebildet ist,
einem Muttern-Bauteil, das relativ zu dieser Schraubenwelle in einer axialen Rich tung bezüglich dieser bewegbar ist und eine Gewindenut aufweist, die an dessen innerer Umfangsoberfläche ausgebildet und gegenüber der Gewindenut der Schraubenwelle angeordnet ist und
einer Anzahl von Kugeln, die rotierend entlang einer Laufbahn bewegbar sind, die aus den gegenüberliegenden Gewindenuten der Schraubenwelle und des Mut tern-Bauteils gebildet ist,
gekennzeichnet durch
ein Kugel-Rückführbauteil für die Rückführung der Kugeln, die aus einer Auslaß öffnung zu einer Einlaßöffnung dieser Laufbahn entfernt werden, so daß ein Ku gel-Rücklaufdurchgang mit dieser Laufbahn ausgebildet wird, in der die Kugeln je weils an zwei Punkten die Gewindenuten berühren, wenn die Kugeln in der Lauf bahn bewegt werden; und
eine Vertiefung, die um die Gewindenut des Muttern-Bauteils in der Umgebung der Auslaßöffnung ausgebildet ist, so daß verhindert ist, daß die Kugeln die Gewinde nuten an drei Punkten berühren, wenn die Kugeln aus der Laufbahn entsprechend der relativen Axialbewegung zwischen dem Muttern-Bauteil und der Schraubenwel le entfernt werden.

2. Kugel-Umlaufmechanismus nach Anspruch 1, bei dem die Vertiefung eine Krüm mung aufweist, die größer als ein Radius dieser Kugel ist.

3. Kugel-Umlaufmechanismus nach Anspruch 1, bei dem das Kugel-Rückführbauteil umfaßt:
ein Durchgangsloch, das sich in der axialen Richtung des Muttern-Bauteils er streckt; und
Endverschlüsse, die an beide Endflächen des Muttern-Bauteils montiert sind und jeweils eine gekrümmte Bahn aufweisen, durch die dieses Durchgangsloch mit der Laufbahn in Verbindung steht.

4. Kugel-Umlaufmechanismus nach Anspruch 3, bei dem das Muttern-Bauteil ferner einen Schrittbereich umfaßt, der in der Umgebung der Auslaßöffnung ausgebildet und lagemäßig gegenüber der Vertiefung bezüglich der Kugel angeordnet ist.

5. Kugel-Umlaufmechanismus nach Anspruch 3, bei dem die Kugel einer Vorspan nung zwischen den gegenüberliegenden Gewindenuten der Schraubenwelle und des Muttern-Bauteils unterworfen ist und diese Vorspannung aufgehoben ist, wenn die Kugeln die Vertiefung passieren.

6. Kugel-Umlaufmechanismus nach Anspruch 1, bei dem
das Muttern-Bauteil ein zylindrisches Bauteil mit einem flachen Bereich und zwei Löchern ist, die in diesem flachen Bereich so ausgebildeten sind, daß sie sich zu den Teilen der Gewindenut des Muttern-Bauteils hin öffnen und mit diesen in Ver bindung stehen;
das Kugel-Rückführbauteil einen Kugel-Rücklaufkanal umfaßt, dessen eines Ende mit der Auslaßöffnung und dessen anderes Ende mit der Einlaßöffnung in Verbin dung steht; und
der Kugel-Rücklaufkanal an dem flachen Bereich des Muttern-Bauteils befestigt ist.

7. Endverschlußartiger Kugel-Umlaufmechanismus mit
einer Schraubenwelle, in der eine Gewindenut in einer äußeren Umfangsoberflä che ausgebildet ist,
einem Muttern-Bauteil, das in einer inneren Umfangsoberfläche eine Gewindenut, die gegenüber der Gewindenut der Schraubenwelle angeordnet ist, und in einem materialstarken Bereich einen Kugel-Rückführdurchgang besitzt, der aus einem axialen Durchgangsloch besteht und
einem Kugel-Rücklaufbauteil mit einer gekrümmten Bahn, durch die die Gewinde nuten mit dem Kugel-Rückführdurchgang in Verbindung stehen, wobei das Kugel- Rücklaufbauteil mit den Endflächen des Muttern-Bauteils verbunden ist,
gekennzeichnet durch eine Anzahl von Kugeln, die rücklaufbar sind, während sie sich rotierend in den gegenüberliegenden Gewindenuten bewegen, der Kugel-Rückführdurchgang, die gekrümmte Bahn und die Kugeln die Gewindenuten jeweils an zwei Punkten be rühren und die Kugeln mit einer Vorspannung beaufschlagt werden, wobei eine Vertiefung um die Gewindenut in der Umgebung einer Auslaßöffnung für die Ku geln im Muttern-Bauteil ausgebildet ist, so daß die Vorspannung sofort aufgeho ben ist.