DE19925040A1

DE19925040A1 - Kugelumlaufspindeleinrichtung und Linearversatzeinrichtung

Info

Publication number: DE19925040A1
Application number: DE1999125040
Authority: DE
Inventors: Kazuo Miyaguchi; Tsutomu Okubo; Takeshi Nakazawa; Shirouji Yabe; Souichiro Kato; Nobumitsu Takahashi; Ryouichi Sato; Hiroki Yamaguchi; Yoshinori Mizumura
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1999-06-01
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2019-06-02
Also published as: DE19925040B4; DE19925040C5

Abstract

Es wird eine Kugelumlaufspindeleinrichtung vorgeschlagen, mit einer Umlaufspindel (1) und einer Mutter (2), die über eine Mehrzahl von Kugeln (5) relativ zueinander beweglich sind, als auch eine Linearbewegungseinrichtung, die ein äußeres Element (32) und ein inneres Element (31) aufweist, die über eine Mehrzahl von Kugeln (35) relativ zueinander beweglich sind. Ein Abstandselement (10; 39) ist zwischen zueinander benachbarten Kugeln (5; 35) angeordnet und weist zwei konkave Flächen (11; 38) auf, die den jeweiligen Kugeln (5; 35) gegenüberstehen. Jede der konkaven Flächen (11; 38) des Abstandselementes (10; 39) ist im Schnitt aus zwei Kreisbögen gebildet, deren Mittelpunkte voneinander abweichen, so daß die Form einer gotischen Wölbung erzielt wird. Das Abstandselement (10; 39) besitzt eine solche Konfiguration, daß die Kugeln (5; 35) äußere Kanten oder Abschnitte benachbart zu den äußeren Kanten des Abstandselementes kontaktieren. Das Abstandselement (10; 39) besitzt ferner eine solche Konfiguration, daß die benachbarten Kugeln (5; 35) mit wenigstens drei oder mehr äußeren Kanten oder Abschnitten benachbart zu den äußeren Kanten in Kontakt gelangen. Das Abstandselement (39) kann in seinem dünnsten Abschnitt ein Durchgangsloch (41) aufweisen (Fig. 2A).

Description

Die vorliegende Anmeldung nimmt die Vorteile der japanischen Anmeldungen mit den Nummern 10-167813, 10-239458 und 11-026544 bzw. deren deutsche Familienmitglieder in Anspruch, die hiermit durch Bezugnahme enthalten sein sollen.

Die vorliegende Erfindung betrifft Kugelumlaufspindeleinrich tungen und Linearversatz- bzw. Linearbewegungseinrichtungen, bei denen keine Abnahme der Fähigkeit der Lastaufnahme und der Festigkeit hervorgerufen werden, und ein Zwang besteht, die An zahl der Lastkugeln zu verringern, und zwar selbst dann, wenn Abstandselemente zwischen den Lastkugeln angeordnet sind, und wobei ferner eine Zirkulationscharakteristik der Abstands elemente verbessert wird, indem die Reibung zwischen den Last kugeln und den Abstandselementen minimiert wird, und wobei fer ner eine Verschlechterung der Funktionsfähigkeit, das Auftreten von Rauschen bzw. Geräuschen und eine Verschlechterung des er zeugten Klanges und Reibschäden an den Kugeln verhindert wer den.

Bei einer bekannten Kugelumlaufspindeleinrichtung, wie sie in Fig. 33 gezeigt ist, sind zueinander entsprechende wendelförmi ge Umlaufvertiefungen 3, 4 in einer äußeren Umfangsfläche einer Umlaufwelle 1 und in einer inneren Umfangsfläche einer Mutter 2 ausgebildet. Eine Mehrzahl von Kugeln 5 ist so angeordnet, daß sie in einem wendelförmigen Zirkulationspfad wälzen können, der durch die zwei Umlaufvertiefungen 3, 4 definiert ist. Wenn ent weder die Umlaufwelle 1 bzw. Umlaufspindel 1 oder die Mutter 2 in axialer Richtung bewegt wird, indem die Umlaufspindel 1 und die Mutter 2 gegeneinander verdreht werden, führen die Umlauf spindel 1 und die Mutter 2 laufruhige wendelförmige Bewegungen durch, und zwar durch die wälzende Bewegung der Mehrzahl von Kugeln 5.

Bei einer derart konstruierten Kugelumlaufspindeleinrichtung sind die Kugeln 5 dicht im Inneren der Umlaufvertiefungen 3, 4 angeordnet und wälzen in derselben Richtung in den einzelnen Umlaufvertiefungen 3, 4. Hierbei kommen zueinander benachbarte Kugeln an einem Punkt miteinander in Kontakt, an dem sie ent gegengesetzte Umfangsbewegungen durchführen, so daß sie sich gegenseitig im Wälzen behindern. Im Ergebnis kann eine Vielzahl von Problemen entstehen, durch die das freie Wälzen der Kugeln 5 behindert wird, die Funktionsfähigkeit der Kugeln 5 verschlechtert wird, Reibungsschäden an den Kugeln 5 hervor gerufen werden, ein übertragenes Drehmoment Fluktuationen aus gesetzt ist und Geräusche ansteigen.

Um diese Probleme zu überwinden, ist es in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 56-116951 offenbart, eine Konstruktion vorzusehen, bei der ein elastisches Element vorgesehen ist, um die Kugeln voneinander zu beabstanden. Das elastische Element ist zwischen den Kugeln angeordnet und nimmt eine Belastung bzw. eine Last auf. Ein ringförmiges Element, das eine Zirkulationsbewegung gemeinsam mit den Kugeln durch führt, ist lose an der Außenseite des elastischen Elementes festgelegt.

Die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 57-101158 offenbart eine solche Konstruktion, bei der ein Ab standsstück ("shim") zwischen den benachbarten Kugeln gehalten wird und dazu dient, die Wälzreibung zwischen den Kugeln zu verhindern.

Die japanische Gebrauchsmusteranmeldung mit der Veröffent lichungsnummer 1-113657 offenbart eine Konstruktion, bei der eine Abstandskugel 6 aus einem Harz bzw. Kunstharz zwischen den die Last aufnehmenden Kugeln 5 angeordnet ist, wie es in Fig. 34 dargestellt ist. Hierdurch wird verhindert, daß die Kugeln aneinanderstoßen, und das Auftreten von Geräuschen wird einge dämmt.

Im übrigen ist einer solchen, oben beschriebenen Kugelumlauf spindeleinrichtung beispielsweise eine Linearführung ähnlich, die konstruiert ist aus einer Führungsschiene, die sich in axialer Richtung erstreckt, einem Gleitstück, das rittlings auf dieser Führungsschiene vorgesehen ist, und aus Kugeln, die als Wälzelemente dienen und zwischen der Führungsschiene und dem Gleitstück angeordnet sind. Die obengenannte Kugelumlauf spindeleinrichtung und die Linearführung werden in der vor liegenden Anmeldung generell als Linearbewegungseinrichtung be zeichnet. Eine Linearbewegungseinrichtung ist definiert als eine Konstruktion aus einem äußeren Element, einem inneren Ele ment, das diesem äußeren Element über einen Spalt gegenüber liegt, einer Mehrzahl von Kugeln, die zwischen dem äußeren und dem inneren Element angeordnet sind, und Abstandselementen, die zwischen jenen Kugeln angeordnet sind.

Im Falle der Linearführung nimmt das Gleitstück im Querschnitt beispielsweise im wesentlichen eine U-Form an und ist rittlings auf der Führungsschiene montiert, die eine winklige, balken artige Form annimmt. In einer äußeren Oberfläche der Führungs schiene und in einer inneren Oberfläche des Gleitstückes, die der äußeren Oberfläche gegenüberliegt, sind jeweilige Spur vertiefungen ausgebildet, und die Mehrzahl von Kugeln, die als Wälzelemente dienen, ist in die Spurvertiefungen geladen, wo durch das Gleitstück und die Führungsschiene relativ zueinander lineare Bewegungen vollziehen können, und zwar mit Hilfe der Wälzelemente, die während des Wälzens zirkulieren. Im Falle dieses Typs von Linearführung ist das Gleitstück als das äußere Element definiert, wohingegen die Führungsschiene als das inne re Element definiert ist. Andererseits hat ein anderer Typ von Linearführung eine solche Konstruktion, bei der ein winkliges Gleitstück in einem ausgenommenen Abschnitt der Führungsschiene aufgenommen ist, die im wesentlichen im Schnitt die U-Form an nimmt, und die Kugeln sind in die Spurvertiefungen geladen, die jeweils in der inneren Oberfläche der Führungsschiene und in der äußeren Oberfläche des Gleitstückes ausgebildet sind, die der inneren Oberfläche der Führungsschiene gegenüberliegt. In diesem Fall ist das Führungselement als das äußere Element de finiert, wohingegen das Gleitstück das innere Element ist.

Bei der oben beschriebenen Kugelumlaufspindeleinrichtung ist die Umlaufspindel, in deren äußerer Oberfläche die wendelförmi ge Umlaufvertiefung ausgebildet ist, in die Mutter eingeführt, deren innere Oberfläche mit der wendelförmigen Umlaufvertiefung versehen ist, und die Mehrzahl von Kugeln ist in die zwei Um laufvertiefungen geladen, die einander gegenüberliegen. Wenn diese Kugeln eine wälzende Zirkulation vollziehen, führen die Mutter und die Umlaufwelle relativ zueinander ihre Dreh- und Linearbewegungen aus. Folglich ist im Falle der Kugelumlauf spindeleinrichtung die Mutter als das äußere Element definiert, wohingegen die Umlaufspindel als das innere Element definiert ist.

Das äußere Element der Linearbewegungseinrichtung stellt im Falle der Linearführung somit das Gleitstück oder die Führungs schiene dar, und stellt im Falle der Kugelumlaufspindeleinrich tung die Mutter dar. Ferner stellt das innere Element im Falle der Linearführung die Führungsschiene oder das Gleitstück dar, und stellt im Falle der Kugelumlaufspindeleinrichtung die Um laufspindel dar.

Ein weiterer Stand der Technik, der sich auf die obige Linear bewegungseinrichtung bezieht, ist offenbart in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 5-126148. Hierbei ist, wie es in Fig. 35 gezeigt ist, ein Abstandselement 7 mit zwei konkaven Flächen 6, 6 jeweils benachbart zu Kugeln 5, 5 zwischen zueinander benachbarten Kugeln 5, 5 angeordnet. Ferner ist in bezug auf ein Lager in der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 62-118116 eine Struktur offenbart, wie sie in Fig. 36 gezeigt ist. Hierbei ist ein hohles, rohr artiges Abstandselement 8 zwischen den benachbarten Kugeln 5, 5 angeordnet. Das Abstandselement 8 ist gebildet durch Abschnei den einer vorbestimmten Länge eines Stahlrohres, dessen Durch messer kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln 5. Ferner ist in der japanischen Patentanmeldung mit der Auslegungsnummer 40-24405 ein Teilungselement offenbart, das zwischen den be nachbarten Kugeln angeordnet ist. Das Teilungselement hat zwei sphärische konkave Abschnitte, die jeweils einer Kugel gegen überstehen, wobei ein Radius dieser Abschnitte etwas größer ist als der Radius der jeweiligen Kugel. Ferner ist in der Mitte des sphärischen konkaven Abschnittes des Teilungselementes ein Durchgangsloch ausgebildet, das als Reservoir für Schmieröl verwendet wird.

Ein Problem, das nur bei der oben beschriebenen Kugelumlauf spindeleinrichtung vorliegt, besteht darin, daß das Abstands element, wie das elastische Element, das ringförmige Element und das Abstandsstück etc., die offenbart sind in den japani schen Patentanmeldungen mit den Offenlegungsnummern 56-116951 und 57-101158, zu einer Verringerung der Anzahl der Kugeln führt, die die Last aufnehmen. Dies führt dazu, daß die Fähig keit der Lastaufnahme und die Festigkeit der Kugelumlauf spindeleinrichtung abnehmen. Ferner ist es so, daß das Ab standselement, wie das elastische Element, das ringförmige Ele ment und das Abstandsstück etc., auf die Umlaufvertiefung auf treffen können, und zwar so, daß eine Neigung des Abstands elementes (aus einer geeigneten Lage) hervorgerufen wird, was zu einer Verschlechterung der zirkulativen Eigenschaften des Abstandselementes führt.

Ferner ist bei der Kugelumlaufspindeleinrichtung, die in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung mit der Offenlegungsnummer 1-113657 offenbart ist und die in Fig. 34 gezeigt ist, die An zahl der Kugeln, die die Last aufnehmen, beispielsweise 10, wo bei die Anzahl der Abstandselemente 6 ebenfalls beispielsweise 10 ist. Hierdurch wird ein Abstand zwischen den Kugeln 5, die die Last aufnehmen, groß, und die Anzahl der Kugeln 5, die die Last aufnehmen, wird etwa halbiert. Somit nehmen sowohl die Fä higkeit der Lastaufnahme als auch die Festigkeit der Kugel umlaufspindeleinrichtung ab.

Andererseits besteht ein Problem in bezug auf die Linear bewegungseinrichtung des Standes der Technik, die oben erläu tert wurde, darin, daß es wünschenswert ist, eine Gleitreibung zwischen dem Abstandselement und der jeweiligen Kugel so klein wie möglich zu machen, um die Funktionsfähigkeit der Linear bewegungseinrichtung zu verbessern. Wenn jedoch, wie es in Fig. 35 gezeigt ist, eine Krümmung (1/r) der Kugel 5 gleich einer Krümmung (1/R) der konkaven Fläche 6 des Abstandselementes ist, tritt ein Gleitkontakt bzw. ein flächiger Reibkontakt auf, wenn die Kugel mit der gesamten konkaven Fläche des Abstandselemen tes in Berührung kommt. Dies führt dazu, daß die Reibkraft zu nimmt und die Funktionsfähigkeit verschlechtert wird.

Es ist bei dieser Linearbewegungseinrichtung ferner außer ordentlich wichtig, die Dicke des Abstandselementes einzustel len bzw. zu steuern, um in jedem Zug von endlos zirkulierenden Kugeln einen optimalen Gesamtspalt einzustellen, d. h. eine Spannweite zwischen den Kugeln zu steuern, wenn das Abstands element zwischen diesen angeordnet ist. Wie es in Fig. 35 ge zeigt ist, können bei der Herstellung des Abstandselementes 7, das darauf abstellt, eine konkave Fläche 6 mit derselben Krüm mung (1/R) wie die Krümmung (1/r) der Kugel 5 zu bilden, konka ve Flächen 6 mit einer größeren und einer kleineren Krümmung als die Krümmung (1/r) der Kugel 5 gebildet werden, und zwar aufgrund von streuenden Werten der Abmessungen.

Insbesondere dann, wenn die Krümmung (1/R) der konkaven Fläche 6 des Abstandselementes 7 kleiner ist als die Krümmung (1/r) der Kugel 5, werden die Kugeln destabilisiert, wenn das Ab standselement 7 zwischen die Kugeln 5 eingesetzt wird. Es ist außerordentlich schwierig, eine Abmessung bzw. den Abstand zwi schen den Kugeln 5 (d. h. die Dicke des Abstandselementes 7) zu messen. Das Problem ist, daß Abstandselemente 7, die eine hin reichend hohe Genauigkeit besitzen, nicht hergestellt werden können. Darüber hinaus ist es erforderlich, daß der Durchmesser des Abstandselementes kleiner ist als der Durchmesser der Ku gel; im Falle des rohrartigen Abstandselementes 8, das in Fig. 36 gezeigt ist, wird ein Kerndurchmesser des rohrartigen Ab standselementes 8 aufgrund von dessen Dicke klein, so daß es schwierig ist, die Kugeln 5 zu stabilisieren. Zum Stabilisieren der Kugeln 5 gibt es keine andere Alternative, als den Außen durchmesser des rohrartigen Abstandselementes 8 zu vergrößern. Folglich tritt ein Problem auf, bei dem das Abstandselement 8 während der Zirkulation mit anderen Bauteilen in Kontakt kommt. Darüber hinaus ist bei der japanischen Patentanmeldung mit der Auslegungsnummer 40-24405 das in dem Teilungselement ausge bildete Durchgangselement als Reservoir für das Schmieröl eingesetzt, was dazu wirksam ist, ein Blockieren bzw. Festfres sen zu verhindern, wenn eine Drehgeschwindigkeit und eine Um wälzgeschwindigkeit der Kugeln groß sind, wie im Falle von Wälzlagern. Bei der Linearbewegungseinrichtung tritt ein sol ches Problem des Blockierens jedoch kaum auf, da die oben genannten Geschwindigkeiten sehr viel geringer sind als jene bei Wälzlagern. Ein weiteres Problem bei diesem Beispiel des Standes der Technik besteht darin, daß die Kapazität zur Auf nahme von Öl in diesem Durchgangsloch nicht hinreichend ist.

Es ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelumlaufspindeleinrichtung und eine Linearbewegungseinrich-. tung bereitzustellen, mit denen sich Verringerungen der Last kapazität und der Festigkeit ausschließen lassen, und zwar selbst bei einem Zwang, die Anzahl der Lastkugeln zu verrin gern, im Falle, daß Abstandselemente zwischen den Lastkugeln angeordnet sind. Daneben ist es eine Aufgabe, die Zirkulati onseigenschaften des Abstandselementes zu verbessern, indem die Reibung zwischen den Lastkugeln und dem Abstandselement mini miert wird, und eine Verschlechterung der Funktionsfähigkeit und ein Auftreten von Geräuschen aufgrund eines Aufeinander schlagens von Kugeln, eine Abnahme der Qualität des erzeugten Klangs und Reibschäden an den Kugeln zu vermeiden.

Um die obige Aufgabe zu erzielen, umfaßt gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Kugelumlaufspindel einrichtung eine Umlaufspindel, an deren äußerer Umfangsfläche eine wendelförmige bzw. schraubenförmige Umlaufvertiefung aus gebildet ist, eine Mutter, an deren innerer Umfangsfläche eine wendelförmige Umlaufvertiefung ausgebildet ist, und zwar in Entsprechung zu der wendelförmigen Umlaufvertiefung der Umlauf spindel, wobei ein wendelförmiger Zirkulationspfad durch die zwei wendelförmigen Umlaufvertiefungen definiert wird, und wo bei eine Vielzahl von Kugeln so in dem wendelförmigen Zirkula tionspfad angeordnet ist, daß sie hierin wälzen können. Ein Ab standselement mit zwei konkaven Flächen, die jeweiligen Kugeln gegenüberstehen, ist zwischen zueinander benachbarten Kugeln angeordnet, und ein Abschnitt von jeder der konkaven Flächen des Abstandselementes ist aus zwei kreisförmigen Bögen gebil det, deren zentrale bzw. Ursprungspositionen voneinander abwei chen, wobei eine gotische Wölbung gebildet wird.

Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Ab standselement mit den zwei konkaven Oberflächen, die jeweiligen Kugeln gegenüberstehen, zwischen benachbarten Kugeln angeord net. Das Abstandselement besitzt eine solche Konfiguration der konkaven Flächen, daß die benachbarten Kugeln mit den konkaven Flächen jeweils in Form eines Linien- oder Punktkontaktes in Berührung kommen, so daß ein kleinerer Gleitwiderstandswert er zielt wird. Beispielsweise ist jede konkave Fläche des Ab standselementes im Schnitt aus zwei kreisförmigen Bögen gebil det, deren zentrale bzw. Ursprungspositionen voneinander abwei chen, so daß die Form von einer Art gotischen Wölbung erzielt wird. Daher können die Lastkugeln innerhalb der wendelförmigen Umlaufvertiefungen gut zirkulieren, während sie die konkaven Flächen des Abstandselementes kontaktieren, die aus den kreis förmigen Bögen unter Bildung der gotischen Wölbung geformt sind. Die Kugelumlaufspindeleinrichtung ist daher in der Lage, die Reibung zwischen den Lastkugeln und den Abstandselementen zu reduzieren, wodurch die Zirkulationseigenschaften des Ab standselementes verbessert werden und eine Verschlechterung der Funktionsfähigkeit und das Auftreten von Geräuschen aufgrund eines Aufeinanderschlagens der Kugeln sowie eine Verschlechte rung des erzeugten Klangs und auch Reibschäden an den Kugeln vermieden werden. Daneben besitzt das Abstandselement vorzugs weise eine solche Konfiguration, daß die Dicke des Abstands elementes kleiner ist als jene einer Abstandskugel. Daher be steht keine Gefahr, daß eine Verringerung der Lastkapazität und der Festigkeit durch den Zwang, die Anzahl der Lastkugeln zu reduzieren, hervorgerufen wird.

Bei der Kugelumlaufspindeleinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird dann, wenn sämtliche Kugeln und sämtliche Abstandselemente, die in den wendelförmigen Zirkulationspfad eingeführt sind, zu einer Seite hin zusammengedrückt werden, zwischen einer vorderen Kugel und einem hinteren Abstands element ein Spalt ausgebildet, der als Gesamtspalt bezeichnet wird. Unter der Annahme, daß ein Abstand bzw. eine Breite (S1) dieses Gesamtspaltes größer ist als null (S1<0) und daß das eine Abstandselement, d. h. das am Ende angeordnete Abstands element, weggenommen wird, ist die Anzahl der Kugeln und die Anzahl der Abstandselemente so eingestellt, daß ein Abstand (S2) eines Spaltes zwischen der vorderen Kugel und der hinteren Kugel kleiner ist als der 0,8-fache Wert des Durchmessers (ds) des Abstandselementes (S2<0,8 × ds).

Wie oben beschrieben, wird der Gesamtspalt in dem Zirkulati onspfad auf einen Wert größer als null eingestellt, und ein Ab standselement wird herausgenommen. Zu diesem Zeitpunkt wird der Abstand bzw. die Breite des Spaltes zwischen der vorderen Kugel und der hinteren Kugel gemäß der oben angegebenen Beziehung von numerischen Werten eingestellt. In diesem Fall kann es nicht auftreten, daß das Abstandselement innerhalb des Zirkulations pfades aufgrund eines zu großen Spaltes in dem Zirkulationspfad schräg abkippt. Ferner wird niemals ein betriebsmäßiger Defekt hervorgerufen werden durch die Reibung zwischen den Kugeln und dem Abstandselement, was hervorgerufen werden könnte, wenn der Spalt in dem Zirkulationspfad zu klein wäre. Der Spalt in dem Zirkulationspfad wird geeignet eingestellt, und daher wird kein Abstandselement zu irgendeinem Zeitpunkt um 60° oder mehr abge kippt, so daß die sehr gute Funktionsfähigkeit aufrechterhalten werden kann.

Bei der Kugelumlaufspindeleinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist es bevorzugt, wenn das Abstandselement so konstruiert ist, daß es zwischen benachbarten Kugeln elastisch deformierbar ist.

Das Abstandselement ist folglich zwischen benachbarten Kugeln elastisch deformierbar. In diesem Fall kann die Entfernung von Kugel zu Kugel durch die elastische Deformation des Abstands elementes gesteuert werden.

Folglich kann die Füllrate bzw. Füllmenge mit Kugeln und Ab standselementen in bezug auf eine Kreislänge außerordentlich leicht auf einen geeigneten Wert eingestellt werden. Beispiels weise kann die Füllmenge durch einen einzigen Typ Abstands element gesteuert werden, was die aufwendige Konstruktions arbeit überflüssig macht, diverse Typen von Abstandselementen auf der Grundlage von Versuchen vorzubereiten und diese Ab standselemente miteinander zu kombinieren.

Ferner ist es auch möglich, eine Füllmenge von 100% (d. h. der Abstand zwischen den Kugeln und den Abstandselementen beträgt jeweils null) zu erzielen, wenn dies notwendig sein sollte. Es ist anzumerken, daß das Abstandselement aufgrund der Struktur bzw. der Konstruktion elastisch deformierbar sein kann, oder allein aufgrund des gewählten Materials des Abstandselementes.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Kugelumlaufspindeleinrichtung eine Umlaufspindel, an deren äußerer Umfangsfläche eine wendelförmige Umlaufvertiefung aus gebildet ist, eine Mutter, an deren innerer Umfangsfläche eine wendelförmige Umlaufvertiefung entsprechend der wendelförmigen Umlaufvertiefung der Umlaufspindel ausgebildet ist, wobei ein wendelförmiger Zirkulationspfad durch die zwei wendelförmigen Umlaufvertiefungen definiert ist, und eine Mehrzahl von Kugeln, die so in dem wendelförmigen Zirkulationspfad angeordnet sind, daß sie dort wälzen können. Bei dieser Kugelumlaufspindel einrichtung ist ein Abstandselement mit zwei konkaven Flächen, die jeweiligen Kugeln gegenüberstehen, zwischen zueinander be nachbarten Kugeln angeordnet. Unter der Annahme, daß sämtliche Kugeln und sämtliche Abstandselemente, die in den wendelförmi gen Zirkulationspfad eingeführt sind, zu einer Seite hin zusam mengedrückt sind, wird ein Spalt gebildet zwischen einer vorde ren Kugel und einem hinteren Abstandselement, der Gesamtspalt genannt wird. Unter der Annahme, daß ein Abstand bzw. eine Län ge (S1) dieses Gesamtspaltes größer ist als null (S1<0) und daß das eine Abstandselement, d. h. das hintere Abstandselement, weggelassen wird, wird die Anzahl der Kugeln und die Anzahl der Abstandselemente so eingestellt, daß ein Abstand bzw. eine Länge (S2) eines Spaltes zwischen der vorderen Kugel und einer hinteren Kugel kleiner ist als der 0,8-fache Wert des Durch messers (ds) des Abstandselementes (S2<0,8 × ds).

Wie oben beschrieben, wird der Gesamtspalt in dem Zirkulations pfad auf einen Wert größer als null eingestellt, und ein Ab standselement wird weggelassen. Zu diesem Zeitpunkt wird die Länge des Spaltes zwischen der vorderen Kugel und der hinteren Kugel in Übereinstimmung mit der oben angegebenen Beziehung von numerischen Werten eingestellt. Somit tritt niemals der Fall auf, daß das Abstandselement aufgrund eines zu großen Spaltes in dem Zirkulationspfad innerhalb desselben zu weit abkippt. Es kann ferner niemals der Fall auftreten, daß aufgrund eines zu kleinen Spaltes in dem Zirkulationspfad ein betriebsmäßiger De fekt hervorgerufen wird durch die Reibung zwischen den Kugeln und den Abstandselementen. Der Spalt im Zirkulationspfad wird geeignet eingestellt, und daher kann nicht der Fall auftreten, daß das Abstandselement um etwa 60° oder mehr abkippt. Somit kann die gute Funktionsfähigkeit beibehalten werden.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Linearbewegungseinrichtung ein äußeres Element, ein inne res Element, das dem äußeren Element über einen Spalt gegen übersteht, eine Mehrzahl von Kugeln, die zwischen dem äußeren Element und dem inneren Element angeordnet sind, und ein Ab standselement, das zwischen den Kugeln angeordnet ist. Bei die ser Linearbewegungseinrichtung besitzt das Abstandselement eine solche Konfiguration, daß zueinander benachbarte Kugeln mit äußeren Kanten des Abstandselementes oder mit Abschnitten in der Nachbarschaft der äußeren Kanten in Berührung kommen.

Somit besitzt das Abstandselement bei der Linearbewegungs einrichtung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine solche Konfiguration, daß zueinander benachbarte Kugeln mit den äußeren Kanten oder Abschnitten benachbart zu den äuße ren Kanten des Abstandselementes in Berührung kommen. Folglich ist das Abstandselement in der Lage, die Kugel in einem sehr viel weiteren Bereich zu halten, und es ist möglich, für das Abstandselement eine noch größere Haltetoleranz zu erlangen, um die Kugel zu halten. Weiterhin läßt sich die Kugel leicht sta bilisieren, und die Messung einer Abmessung (d. h. die Dicke des Abstandselementes) zwischen den Kugeln ist erleichtert, wodurch ein Abstandselement mit einer hohen Präzision gefertigt werden kann.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Linearbewegungseinrichtung ein äußeres Element, ein inne res Element, das dem äußeren Element über einen Spalt gegen übersteht, eine Mehrzahl von Kugeln, die zwischen dem äußeren Element und dem inneren Element angeordnet sind, und ein zwi schen den Kugeln angeordnetes Abstandselement bzw. wenigstens ein solches Abstandselement. Bei dieser Linearbewegungseinrich tung besitzt das Abstandselement konkave Flächen, mit denen zu einander benachbarte Kugeln in linienförmigen Kontakt kommen.

Folglich ist bei der Linearbewegungseinrichtung gemäß dem vier ten Aspekt der vorliegenden Erfindung das Abstandselement zwi schen den Kugeln angeordnet und besitzt die konkaven Flächen, mit denen die benachbarten Kugeln in linienförmigen bzw. linea ren Kontakt kommen. Somit ist die Reibung zwischen den Kugeln und dem Abstandselement klein, und es ist möglich, eine Verschlechterung der Funktionsfähigkeit, das Auftreten von Geräuschen aufgrund eines Aufeinanderschlagens der Kugeln, eine Verschlechterung des erzeugten Klangs und Reibschäden an den Kugeln zu vermeiden. Bei der Linearbewegungseinrichtung gemäß dem dritten oder dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung besitzt das Abstandselement eine solche Konfiguration, daß die benachbarten Kugeln vorzugsweise mit wenigstens drei oder mehr Abschnitten des Abstandselementes in Kontakt gebracht werden.

Wie oben beschrieben, nimmt das Abstandselement eine solche Konfiguration ein, daß die benachbarten Kugeln mit wenigstens drei oder mehr Abschnitten des Abstandselementes in Kontakt kommen. In diesem Fall können die Kugeln das Abstandselement mit außerordentlich geringer Reibung kontaktieren. Die Reibung zwischen den Kugeln und dem Abstandselement kann bemerkenswert verringert werden, indem man den Gleitwiderstandswert zwischen den Kugeln und dem Abstandselement verringert, wodurch die Zir kulationscharakteristik der Kugeln und der Abstandselemente verbessert wird. Gleichzeitig sind die Kugeln leicht zu stabi lisieren, und es kann darüber hinaus leicht ein Schmiermittel dem Abstandselement zugeführt werden. Der Gleitwiderstandswert bzw. Schubwiderstand kann hierdurch sehr viel kleiner ausgebil det werden.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Linearbewegungseinrichtung ein äußeres Element, ein inne res Element, das dem äußeren Element über einen Spalt gegen übersteht, eine Mehrzahl von Kugeln, die zwischen dem äußeren Element und dem inneren Element angeordnet sind, und ein Ab standselement, das zwischen den Kugeln angeordnet ist, wobei das Abstandselement in seinem dünnsten Abschnitt ein Durch gangsloch aufweist.

Wie oben beschrieben, besitzt das Abstandselement gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung in seinem dünnsten Abschnitt das Durchgangsloch. Bei der Linearbewegungseinrich tung sind die Drehgeschwindigkeit und die Umwälzgeschwindigkeit der Kugeln außerordentlich niedrig im Vergleich zu einem Wälz lager, und daher treten Probleme hinsichtlich eines Fest fressens nahezu nicht auf. Eine Kontaktfläche zwischen den Ku geln und dem Abstandselement wird aufgrund des Durchgangsloches des Abstandselementes jedoch sehr viel kleiner, und eine Fluk tuation der kinetischen Reibkraft kann außerordentlich klein gemacht werden. Zur selben Zeit besteht ein Vorteil dahin gehend, daß ein Einfluß auf die Festigkeit bemerkenswert klein ist, da das Durchgangsloch in dem Abschnitt kleinster Dicke zwischen den konkaven Oberflächen ausgebildet ist.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1A eine Seitenansicht einer Kugelumlaufspindeleinrich tung gemäß einer ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 1B eine Schnittansicht eines in der in Fig. 1A gezeig ten Kugelumlaufspindeleinrichtung installierten Ab standselementes;

Fig. 2A eine vergrößerte Ansicht von Kugeln und dem Ab standselement der Kugelumlaufspindeleinrichtung, die in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist;

Fig. 2B eine Ansicht zur Erläuterung einer Konfiguration einer gotischen Wölbung;

Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht des Abstandselementes der in Fig. 1B gezeigten Kugelumlaufspindeleinrichtung, aus einer Betrachtungsrichtung C, die in Fig. 1B ge zeigt ist;

Fig. 4A eine Teilschnittansicht der Kugelumlaufspindel einrichtung gemäß einer ersten Modifikation der er sten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4B eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der ersten Modifikation;

Fig. 5 eine Teilschnittansicht der Kugelumlaufspindel einrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der er sten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Teilschnittansicht der Kugelumlaufspindel einrichtung gemäß einer dritten Modifikation der er sten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Kugelumlaufspindeleinrich tung gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8A eine Darstellung zur Erläuterung des Prinzips der Kugelumlaufspindeleinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8B eine Schnittansicht des in Fig. 8A gezeigten Ab standselementes;

Fig. 9 eine Seitenansicht der Kugelumlaufspindeleinrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung;

Fig. 10 eine Seitenansicht der Kugelumlaufspindeleinrichtung gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 11 eine vergrößerte Ansicht der Kugeln und des Ab standselementes der Kugelumlaufspindeleinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 12 eine Seitenansicht der Kugelumlaufspindeleinrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 13 eine vergrößerte Ansicht der Kugeln und des Ab standselementes der Kugelumlaufspindeleinrichtung gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer Linearführung ge mäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 15 eine vergrößerte Schnittansicht der in Fig. 14 ge zeigten Linearführung;

Fig. 16 eine vergrößerte Schnittansicht der in der in Fig. 14 gezeigten Linearführung installierten Kugeln und des zwischen den Kugeln angeordneten Abstands elementes;

Fig. 17 eine vergrößerte Schnittansicht der in der Linear führung gemäß einer ersten Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung instal lierten Kugeln und des Abstandselementes, das zwi schen den Kugeln angeordnet ist;

Fig. 18 eine vergrößerte Schnittansicht der in der Linear führung gemäß einer zweiten Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung instal lierten Kugeln und des zwischen den Kugeln angeord neten Abstandselementes;

Fig. 19 eine vergrößerte Schnittansicht der in der Linear führung gemäß einer dritten Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung instal lierten Kugeln und des zwischen den Kugeln angeord neten Abstandselementes;

Fig. 20 eine vergrößerte Schnittansicht der in der Linear führung gemäß einer vierten Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung instal lierten Kugeln und des zwischen den Kugeln angeord neten Abstandselementes;

Fig. 21 eine vergrößerte Schnittansicht der in der Linear führung gemäß einer fünften Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung instal lierten Kugeln und des zwischen den Kugeln angeord neten Abstandselementes;

Fig. 22 eine vergrößerte Schnittansicht der in der Linear führung gemäß einer sechsten Modifikation der vier ten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in stallierten Kugeln und des zwischen den Kugeln ange ordneten Abstandselementes;

Fig. 23 eine vergrößerte Schnittansicht der in der Linear führung gemäß einer siebten Modifikation der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung instal lierten Kugeln und des zwischen den Kugeln angeord neten Abstandselementes;

Fig. 24A eine Schnittansicht des in der Linearführung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Er findung installierten Abstandselementes;

Fig. 24B eine Seitenansicht des in Fig. 24A gezeigten Ab standselementes;

Fig. 25 eine Schnittansicht des in der Linearführung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Er findung installierten Abstandselementes;

Fig. 26 eine Schnittansicht des in der Linearführung gemäß einer Modifikation der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installierten Abstands elementes;

Fig. 27 ein Diagramm, das das Ergebnis einer Prüfung eines Beispiels der zweiten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung zeigt;

Fig. 28 ein Diagramm, das das Ergebnis einer Prüfung eines Vergleichsbeispiels 1 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 29 ein Diagramm, das das Ergebnis einer Prüfung eines Vergleichsbeispiels 2 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 30 ein Diagramm, das das Ergebnis einer Prüfung eines Vergleichsbeispiels 3 der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 31 ein Diagramm, das das Ergebnis einer Prüfung eines Beispiels der sechsten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung zeigt;

Fig. 32 ein Diagramm, das das Ergebnis einer Prüfung eines Vergleichsbeispiels der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 33 eine Seitenansicht einer Kugelumlaufspindeleinrich tung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 34 eine Seitenansicht einer weiteren Kugelumlauf spindeleinrichtung gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 35 eine Schnittansicht der Kugeln und des Abstands elementes des Standes der Technik; und

Fig. 36 eine Schnittansicht weiterer Kugeln und eines weite - ren Abstandselementes gemäß dem Stand der Technik.

Nachstehend werden eine Kugelumlaufspindeleinrichtung und eine Linearbewegungseinrichtung gemäß bevorzugter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.

Die erste bis dritte Ausführungsform befassen sich mit der Kugelumlaufspindeleinrichtung, die vierte bis sechste Ausfüh rungsform mit einer Linearführung.

(Erste Ausführungsform)

Fig. 1A ist eine Seitenansicht einer Kugelumlaufspindeleinrich tung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung. Fig. 1B ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Ab standselementes, das in der in Fig. 1A dargestellten Kugel umlaufspindeleinrichtung installiert ist. Fig. 2A ist eine ver größerte Ansicht von zwei Kugeln der Kugelumlaufspindeleinrich tung, die in Fig. 1A gezeigt ist, und des Abstandselementes. Fig. 2B ist eine Ansicht zur Erläuterung der Konfiguration einer gotischen Wölbung. Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Abstandselementes der in den Fig. 1A und 1B dargestell ten Kugelumlaufspindeleinrichtung.

Wie es in Fig. 1A dargestellt ist, sind in einer äußeren Um fangsfläche einer Umlaufspindel 1 und in einer inneren Umfangs fläche einer Mutter 2 wendelförmige Umlaufvertiefungen 3, 4 ausgebildet, die einander entsprechen. Eine Mehrzahl von Kugeln 5 ist wälzbar in einem wendelförmigen Zirkulationspfad angeord net, der durch die zwei Umlaufvertiefungen 3, 4 definiert ist. Wenn die Umlaufspindel 1 oder die Mutter 2 in axialer Richtung bewegt wird, indem die Umlaufspindel 1 und die Mutter 2 relativ zueinander verdreht werden, vollziehen die Umlaufspindel 1 bzw. die Mutter 2 eine laufruhige, wendelförmige Relativbewegung zu einander, indem die Vielzahl von Kugeln wälzen. Es ist anzu merken, daß ein Kugel-Zirkulationsverfahren in der Kugelumlauf spindeleinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform auf alle derartigen Typen anwendbar ist, wie ein Typ mit Zirkulation am Stück ("circulation piece type"), ein Typ mit Endkappe und ein Rohrtyp etc. Eine Mehrzahl von Abstandselementen 10, die jeweils aus einem kugelförmigen Gegenstand hergestellt sind, ist jeweils zwischen benachbarten Kugeln 5 angeordnet, die eine Last aufnehmen. Das Abstandselement 10 ist, wie es in Fig. 1B gezeigt ist, mit zwei konkaven Flächen 11, 11 ausgebildet.

In der Schnittansicht ist jede konkave Fläche 11 aus zwei kreisförmigen Bögen gebildet, deren zentrale bzw. Mitten positionen voneinander abweichen, unter Ausbildung einer "gotischen Wölbung". Genauer gesagt, nimmt die gotische Wölbung eine solche Konfiguration ein, wie es in Fig. 2B gezeigt ist, daß die zwei Mittenpositionen um einen vorbestimmten Abstand voneinander abweichen, wobei von den zwei Mittenpositionen je weils ein Bogen mit einem Radius R ausgeht. Wie es in Fig. 2A dargestellt ist, schneiden sich die von den zwei Mittenpositio nen (X, X) der jeweiligen konkaven Fläche 11 ausgehenden, eine Verbindung zu dem jeweiligen Bogen herstellenden Linien, d. h. die Radien, einander in einer zentralen Position (Y) der Kugel 5, wobei sie um eine vorbestimmte Distanz voneinander abwei chen.

Somit nimmt der Schnitt jeder konkaven Fläche 11 die Form einer gotischen Wölbung bzw. eines gotischen Bogens an, und die Kugel 5 kann daher, wie es in Fig. 3 gezeigt ist, die konkave Fläche 11 des Abstandselementes auf einer kreisförmigen Linienform kontaktieren, wie es durch eine gestrichelte Linie Z gezeigt ist.

Folglich kann die Kugel 5 mit der konkaven Fläche 11 des Ab standselementes 10 unter Aufbau einer außerordentlich geringen Reibung in Kontakt gebracht werden. Es ist möglich, die Reibung zwischen diesen Elementen bemerkenswert zu reduzieren, indem ein Schubwiderstand zwischen der Kugel 5 und dem Abstands element 10 verringert wird. Folglich ist eine Zirkulations charakteristik des Abstandselements 10 verbessert, und es ist gleichfalls möglich, die Kugeln 5 sicher davor zu bewahren, daß diese sich hinsichtlich ihrer Funktionsfähigkeit aufgrund eines Aufeinanderschlagens der Kugeln 5 verschlechtern und aufgrund der Reibung zwischen ihnen beschädigt werden. Es kann niemals vorkommen, daß Fluktuationen im Drehmoment auftreten oder Ge räuschprobleme hervorgerufen werden.

Daneben kann das Abstandselement 10 von einer sehr viel kleine ren Konfiguration sein als die Abstandskugel des Standes der Technik. Daher besteht keine Notwendigkeit, die Anzahl der Ku geln 5, die die Last aufnehmen, zu reduzieren. D. h., bei der herkömmlichen Kugelumlaufspindeleinrichtung mit den Abstands kugeln, die in Fig. 34 gezeigt ist, ist die Anzahl der Last aufnehmenden Kugeln 5 gleich zehn (10), und die Anzahl der Ab standskugeln 6 ist zehn (10). Im Gegensatz hierzu ist bei der Kugelumlaufspindeleinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, die in Fig. 1A gezeigt ist, die Anzahl der Last aufnehmenden Kugeln 5 achtzehn (18), und die Anzahl der Abstandselemente 10 ist achtzehn (18). Die Anzahl der Last tragenden Kugeln 5 ist im Vergleich zum Stand der Technik etwa nahezu doppelt so groß. Folglich besteht keine Möglichkeit, daß die Kapazität zur Last aufnahme oder die Festigkeit abnehmen könnten aufgrund einer Verringerung der Anzahl der Lastkugeln 5.

Es ist anzumerken, daß ein Verhältnis der Anzahl der Kugeln 5 zu der Anzahl der Abstandselemente 10 bei dem in Fig. 1A ge zeigten Beispiel 1 : 1 beträgt, natürlich jedoch auch 2 : 1 oder 3 : 1 betragen kann.

Fig. 4A ist eine seitliche Teilansicht der Kugelumlaufspindel einrichtung gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 4B ist eine Ansicht zum Erläutern des Prinzips jener ersten Modifikation.

Wenn ein Durchmesser des kugelförmigen Körpers zum Konstruieren des Abstandselementes 10 gleich dem Durchmesser der Kugel 5 ge setzt wird, wie es in Fig. 4B gezeigt ist, dann ergibt sich dann, wenn die Kugel 5 so angeordnet ist, daß sie die konkave Fläche 11 des Abstandselementes 10 kontaktiert, daß das Ab standselement 10 in bezug auf die Umlaufvertiefung 3 ein Über maß aufweist.

Folglich wird bei der ersten Modifikation der ersten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung eine Mitte C zwischen zentralen Positionen (Y, Y) von zwei zueinander benachbarten Kugeln 5, 5 als Mitte des kugelförmigen Körpers zum Konstruie ren des Abstandselementes 10 gesetzt, und ein Durchmesser (d), nämlich der Außendurchmesser des kugelförmigen Körpers, wird so eingestellt, daß der Radius die Entfernung von dem zentralen Punkt C zu der Umlaufvertiefung 3 beträgt oder kürzer ist. Da her kann es niemals auftreten, daß das Abstandselement 10 in bezug auf die Umlaufvertiefung 3 ein Übermaß besitzt. Das Ab standselement 10 mit verringertem Durchmesser kann stabil zwi schen den Kugeln 5 angeordnet werden, wobei eine gute Funkti onsfähigkeit dargeboten wird.

Fig. 5 ist eine seitliche Teilansicht der Kugelumlaufspindel einrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung.

Bei der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform ist das Abstandselement 10 mit einem Durchgangsloch 12 zwischen den zwei konkaven Flächen 11, 11 ausgebildet. Das Durchgangsloch 12 enthält ein Schmiermittel, wie Schmierfett, Oleoresin etc. Mit diesem Schmiermittel ist der Schubwiderstand zwischen der Kugel 5 und dem Abstandselement 10 weiter verringert, und die Reibung kann hierdurch bemerkenswert reduziert werden, wodurch die Zir kulationseigenschaft des Abstandselementes 10 weiter verbessert wird. Es ist anzumerken, daß das Verfahren zum Zirkulieren von Kugeln in der Kugelumlaufspindeleinrichtung der zweiten Modifi kation der ersten Ausführungsform auf alle Arten von solchen Einrichtungen anwendbar ist, wie solche vom einstückigen Zirku lationstyp, vom Endkappentyp, vom Rohrtyp etc. Ferner ist durch die Verwendung des Fettes und des Oleoresins die Haltefähigkeit in bezug auf das Durchgangsloch 12 gesteigert.

Fig. 6 ist eine seitliche Teilansicht der Kugelumlaufspindel einrichtung gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung.

Bei der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform ist das Abstandselement 10 mit dem Durchgangsloch 12 zwischen den zwei konkaven Flächen 11, 11 ausgebildet. In diesem Durchgangsloch 12 ist eine Kugel 13 mit kleinem Durchmesser angeordnet.

Die Kugel 13 mit kleinem Durchmesser wird mit der Kugel 5 in Wälzkontakt gebracht, während sich das Abstandselement 10 im Punktkontakt (nicht linearer Kontakt) der Kugel 5 befindet. Es ist daher möglich, den Schubwiderstand bzw. Gleitwiderstand zwischen der Kugel 5 und dem Abstandselement 10 weiter zu redu zieren und hierdurch die Reibung zwischen diesen Elementen be merkenswert zu verringern. Die Zirkulationseigenschaft des Ab standselementes 10 kann ebenfalls gesteigert werden.

Es ist anzumerken, daß das Verfahren zum Zirkulieren von Kugeln in der Kugelumlaufspindeleinrichtung der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform auf alle Arten von solchen Einrich tungen anwendbar ist, wie der einstückige Zirkulationstyp, der Endkappentyp und der Rohrtyp etc.

Fig. 7 ist eine Draufsicht auf die Kugelumlaufspindeleinrich tung gemäß einer vierten Modifikation der ersten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung.

Die Kugelumlaufspindeleinrichtung der vierten Modifikation der ersten Ausführungsform ist klassifiziert als Kugelumlauf spindeleinrichtung vom Rohr-Zirkulationstyp mit einem Zirkula tionsrohr bzw. -kanal 14, ausgebildet im Rahmen der Umlauf vertiefungen 3, 4, durch den die Kugeln 5 und die Abstands elemente 10 zirkulierbar sind.

Der Zirkulationskanal 14 ist ebenfalls mit einem Biegeradius ausgebildet. Gemäß der vierten Modifikation der ersten Ausfüh rungsform wird dieser Biegeradius (R) auf einen Wert gleich dem Radius eines Kugelmittendurchmessers (BCD) der Umlaufvertiefung 3 der Umlaufspindel 1 eingestellt. Hierdurch kann das Abstands element 10, das aus dem kugelförmigen Körper mit dem Durch messer (d) hergestellt ist, wie in bezug auf die erste Modifi kation der ersten Ausführungsform angegeben, mit guter Funkti onsfähigkeit durch den Zirkulationskanal 14 mit dem Biegeradius hindurchgehen.

Es ist anzumerken, daß die erste Ausführungsform der vorliegen den Erfindung in vielfacher Hinsicht modifiziert werden kann. Beispielsweise kann das Material, aus dem das Abstandselement 10 gebildet wird, ein Stahl sein, das Oleoresin, ein Harz oder ein oleoresin-gesintertes Metall. Im Falle des Oleoresins kann das Öl ständig aus dem Oleoresin in den durch die wendelförmi gen Umlaufvertiefungen gebildeten Zirkulationspfad gespeist werden. Somit kann eine Langzeit-Schmierfunktion wartungsfrei sichergestellt werden, und die Eigenschaften gegen Abrieb kön nen verbessert werden.

(Zweite Ausführungsform)

Fig. 8A ist eine beispielhafte Ansicht, die das Prinzip der Kugelumlaufspindeleinrichtung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Fig. 8B ist eine Schnittansicht des Abstandselementes. Fig. 9 ist eine Seitenansicht, die die Kugelumlaufspindeleinrichtung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

In der zweiten Ausführungsform, wie es in Fig. 8A gezeigt ist, ist dann, wenn man annimmt, daß sämtliche Kugeln und sämtliche Abstandselemente 10, die in den wendelförmigen Zirkulationspfad eingeführt sind, der durch die Umlaufvertiefungen 3, 4 defi niert ist, zu einer Seite hin zusammengedrückt sind, ein Spalt ausgebildet zwischen einer vorderen Kugel (LEAD-B) und einem hinteren Abstandselement (TAIL-S). Dieser Spalt wird Gesamt spalt genannt. Wenn man annimmt, daß die Länge bzw. der Abstand (S1) dieses Gesamtspaltes größer ist als null (d. h. S1<0), und wenn man ferner annimmt, daß ein Abstandselement, d. h. das hin tere Abstandselement (TAIL-S) weggenommen wird, sind die Anzahl der Kugeln 5 und die Anzahl der Abstandselemente 10 so einge stellt, daß eine Breite bzw. ein Abstand (S2) eines Spaltes zwischen der vorderen Kugel (LEAD-B) und einer hinteren Kugel (TAIL-B) kleiner ist als ein 0,8-facher Wert des Durchmessers (ds, siehe Fig. 8B) des Abstandselementes (d. h. S2<0,8 × ds).

Die Abstände bzw. Breiten (S1, S2) der Spalte können, um genau zu sein, gesteuert werden dadurch, daß man die Konstruktions werte einer Rinnenhöhe (h) des Zirkulationskanals 14, einen Teilungswinkel (γ) ("rake angle") der Kugeln 5 und den Biege radius (R) des Zirkulationskanals 14 verändert.

Wie oben beschrieben, wird die Breite (S1) des Gesamtspaltes in dem Zirkulationspfad so eingestellt, daß S1<0, und die Breite (S2) des Spaltes zwischen der vorderen Kugel (LEAD-B) und der hinteren Kugel (TAIL-B) ist im Falle des Wegnehmens des einzel nen Abstandselementes (TAIL-S) derart eingestellt, daß S2<0,8 × ds. Daher tritt niemals der Fall auf, daß das Abstandselement 10 deshalb, weil die Breite dieses Spaltes im Inneren des Zir kulationspfades zu groß ist, in dem Zirkulationspfad schräg liegt bzw. abkippt. Es besteht weiterhin keine Möglichkeit, daß sich aufgrund der Reibung zwischen der Kugel 5 und dem Ab standselement 10 aufgrund eines zu kleinen Wertes der Breite des Spaltes im Inneren des Zirkulationspfades funktionsmäßig verschlechtert. Die Werte der Breite (S1, S2) im Inneren des Zirkulationspfades werden geeignet eingestellt, und somit wird kein Abstandselement 10 innerhalb des Zirkulationspfades um et wa 60° oder mehr abgekippt. Es kann eine gute Funktionsfähig keit aufrechterhalten werden.

Fig. 10 ist eine Seitenansicht der Kugelumlaufspindeleinrich tung gemäß einer Modifikation der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Modifikation sind diverse Typen von Abstandselementen 10 vorhanden, die jeweils eine un terschiedliche Breite besitzen. Beispielsweise sind, wie es in Fig. 10 gezeigt ist, einige Abstandselemente 10 mit einer Brei te A vorhanden, einige Abstandselemente 10 mit einer Breite B, einige Abstandselemente 10 mit einer Breite C ... Die Breiten- bzw. Abstandswerte (S1, S2) der Spalte werden gesteuert ent sprechend den Differenzen zwischen den Breiten A, B, C ... Auch in diesem Fall kann, da die Breitenwerte (S1, S2) in dem Zirku lationspfad geeignet eingestellt sind, niemals die Situation auftreten, daß ein Abstandselement 10 um etwa 60° oder mehr in dem Zirkulationspfad abkippt. Daher kann eine gute Funktions fähgikeit aufrechterhalten werden. Es ist anzumerken, daß sich der Durchmesser der Abstandselemente 10 nicht ändert. Es be steht daher keine Notwendigkeit, die Mutter 2 besonders zu kon struieren.

Die Konfiguration der Abstandselemente muß bei dieser Ausfüh rungsform im Schnitt nicht einer gotischen Wölbung folgen, son dern kann durch einen einzelnen Radius oder eine U-Form gebil det sein.

Beispiele und Vergleichsbeispiele der zweiten Ausführungsform werden weiter hinten erläutert.

(Dritte Ausführungsform)

Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht, die zwei Kugeln und ein dazwischenliegendes Abstandselement der Kugelumläufspindel einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegen den Erfindung zeigt. Fig. 12 ist eine Seitenansicht der Kugel umlaufspindeleinrichtung der dritten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung.

Die Kugelumlaufspindeleinrichtung der dritten Ausführungsform ist, wie sie in Fig. 12 dargestellt ist, als Kugelumlauf spindeleinrichtung vom Rohr- bzw. Kanalzirkulationstyp einzu klassifizieren und umfaßt einen Zirkulationskanal 14, der im Rahmen der Umlaufvertiefungen 3, 4 gebildet ist und durch den die Kugeln 5 und die Abstandselemente 10 zirkuliert werden.

Der Zirkulationskanal 14 ist ebenfalls mit einem Biegeradius ausgebildet. Auch gemäß der dritten Ausführungsform ist dieser Biegeradius (R) gleich dem Radius des Kugelmittendurchmessers (BCD) der Umlaufvertiefung 3 der Umlaufspindel 1 eingestellt.

Wie es in Fig. 11 gezeigt ist, ist das Abstandselement 10 aus einem kugelförmigen Körper hergestellt, mit zwei konkaven Flä chen 11, 11. Der Schnitt jeder konkaven Fläche 11 kann durch zwei kreisförmige Bögen gebildet sein, deren Mittenpositionen bzw. Ursprünge voneinander abweichen, so daß eine Konfiguration einer gotischen Wölbung erhalten wird, und kann jedoch auch durch andere Konfigurationen gebildet sein. Das Abstandselement 10 ist so konstruiert, daß es die Kugel 5 an einem Kontaktpunkt bzw. einer Kontaktlinie berührt, die durch das Bezugszeichen 20 gezeigt ist.

Bei der dritten Ausführungsform ist das Abstandselement 10 ein stückig aus einem elastisch deformierbaren Material, wie Kunst harz (resin) etc. gebildet. Ein Schlitz 21 ist in einer äußeren Umfangsfläche des Abstandselementes 10 ausgebildet. Der Schlitz 21 kann umlaufend sein. Das Abstandselement 10 ist somit ela stisch deformierbar, und zwar aufgrund einer Biegung bzw. Zu sammenbiegung des Schlitzes 21 zwischen den Kugeln 5, 5. Die Kugeln 5 werden an den Kontaktpunkten bzw. -linien kontaktiert. Gleichzeitig kann eine Breite bzw. ein Abstandswert (d) zwi schen der konkaven Fläche 11 des Abstandselementes 10 und der äußeren Umfangsfläche der Kugel 5 vergrößert und verkleinert werden. Demzufolge kann eine Entfernung (L) zwischen den Kugeln 5, 5 kontrolliert werden, indem das Abstandselement 10 ela stisch deformiert wird. Es ist somit außerordentlich leicht möglich, eine Füllrate bzw. -menge an Kugeln 5 und Abstands elementen 10 in bezug auf eine Kreislänge auf einen geeigneten Wert einzustellen. Beispielsweise kann die Füllmenge durch einen einzelnen Typ von einstückig ausgebildeten Abstands elementen gesteuert werden, wodurch die mühsame Konstruktions arbeit beim Bereitstellen von unterschiedlichen Typen von Ab standselementen auf der Grundlage von Versuchen und das Kombi nieren jener unterschiedlichen Abstandselemente überwunden wer den. Ferner ist es auch möglich, dann, wenn die Notwendigkeit besteht, eine Füllmenge von 100% zu erhalten (d. h. der Ab standswert zwischen der Kugel und dem Abstandselement ist null). Daher verringern sich auch die Kosten.

Es ist anzumerken, daß das Abstandselement 10 durch seine Struktur elastisch deformierbar sein kann, wie es bei dem oben beschriebenen Schlitz 21 der Fall ist. Andererseits kann das Abstandselement 10 jedoch auch allein aufgrund seines Materials elastisch deformierbar sein, wie im Falle eines Harzes bzw. Kunstharzes, eines Gummis etc.

Darüber hinaus kann, wie es in Fig. 11 gezeigt ist, auch das Durchgangsloch 12 zum Aufnehmen des Öls zwischen den zwei kon kaven Flächen 11 des Abstandselementes 10 ausgebildet sein.

Fig. 13 ist eine vergrößerte Ansicht von zwei Kugeln und dem Abstandselement der Kugelumlaufspindeleinrichtung gemäß einer Modifikation der dritten Ausführungsform der vorliegenden Er findung.

Bei dieser Modifikation nimmt die konkave Fläche 11 des Ab standselementes 10 annähernd eine konische Form an, und der Ab standswert (d) zwischen der konkaven Fläche 11 des Abstands elementes 10 und der äußeren Umfangsfläche der Kugel 5 ist größer als im Falle der Fig. 11.

Weiterhin ist der Schlitz 21 des Abstandselementes 10 bei der Modifikation V-förmig ausgebildet. Auch in diesem Falle wird das Abstandselement 10 auf der Grundlage einer Zusammenbiegung des Schlitzes 21 zwischen den Kugeln 5, 5 elastisch deformiert und an den Kontaktpunkten bzw. -linien 20 mit den Kugeln 5 in Kontakt gebracht. Gleichzeitig kann der Abstandswert (d) zwi schen der konkaven Fläche 11 des Abstandselementes 10 und der äußeren Umfangsfläche der Kugel 5 vergrößert und verkleinert werden. Es ist daher extrem leicht möglich, den geeigneten Wert der Füllmenge an Kugeln 5 und Abstandselementen 10 in bezug auf die Kreislänge einzustellen, indem man die Entfernung (L) zwi schen den Kugeln 5, 5 steuert.

(Vierte Ausführungsform)

Fig. 14 ist eine perspektivische Ansicht einer Linearführung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 15 ist eine Schnittansicht der in Fig. 14 gezeigten Line arführung. Fig. 16 ist eine Schnittansicht der in der in Fig. 14 gezeigten Linearführung installierten Kugeln und des zwi schen den Kugeln angeordneten Abstandselementes.

Wie es in Fig. 14 dargestellt ist, nimmt ein Gleitstück 32 im Schnitt eine U-Form an. Das Gleitstück 32 ist als ein äußeres Element definiert. Das Gleitstück 32 sitzt rittlings auf einer Führungsschiene 31, die als ein inneres Element definiert ist und im wesentlichen im Querschnitt eine winklige Form annimmt. Wie es in Fig. 15 dargestellt ist, ist in der rechten und der linken Seitenfläche der Führungsschiene 31 jeweils eine Spur vertiefung 33a ausgebildet, die im Schnitt die Konfiguration eines kreisförmigen Bogens annimmt und sich in axialer Richtung erstreckt.

An der rechten und der linken Seite des Gleitstückes 32 sind Beine 34 vorgesehen. Die Beine 34 sind ebenfalls mit Spur vertiefungen 33b ausgebildet, die jeweils die Konfiguration eines kreisförmigen Bogens annehmen und sich in axialer Rich tung erstrecken. Ein Laufpfad für Kugeln 35 ist definiert durch die Spurvertiefung 33a der Führungsschiene 31 und die Spur vertiefung 33b des Gleitstückes 32.

Ferner sind lochartige Rücklaufpfade 36 weiter außen als die Laufpfade 33 in den zwei Beinen 34 des Gleitstückes 32 ausge bildet. Die Laufpfade 33 und die Rücklaufpfade 36 kommunizieren miteinander über Umlenkpfade 37 an ihren Endabschnitten. Der Zirkulationspfad der Kugeln 35 ist somit gebildet durch die Laufpfade 33, die Rücklaufpfade 36 und die Umlenkpfade 37.

Wie es in Fig. 16 gezeigt ist, ist darüber hinaus ein Abstands element 39 mit zwei konkaven Flächen 38, 38 ausgebildet, die jeweiligen Kugeln 35, 35 gegenüberstehen. Das Abstandselement ist zwischen zwei zueinander benachbarten Kugeln 35, 35 ange ordnet. Eine Krümmung (1/R) der konkaven Fläche 38 ist auf einen größeren Wert eingestellt als eine Krümmung (1/r) der Ku gel 35, wodurch das Abstandselement 39 so strukturiert ist, daß es die benachbarten Kugeln 35, 35 an äußeren Kanten oder an Ab schnitten benachbart zu den äußeren Kanten linear bzw. linien förmig kontaktiert.

Demgemäß ist das Abstandselement 39 in der Lage, die Kugel 35 in einem sehr viel weiteren Bereich zu halten. Es ist möglich, daß das Abstandselement 39 eine größere Haltetoleranz besitzt, um die Kugel 35 zu halten. Daher ist die Kugel 35 leicht zu stabilisieren, und eine Messung einer Dimension (d. h. die Dicke des Abstandselementes 39) zwischen den Kugeln 35 ist erleich tert, wodurch das Abstandselement 39 mit einer hohen Präzision hergestellt werden kann.

Fig. 17 ist eine Schnittansicht von zwei Kugeln und einem Ab standselement gemäß einer ersten Modifikation der vierten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung.

Bei der ersten Modifikation der vierten Ausführungsform nimmt das Abstandselement 39 eine solche Konfiguration an, daß zen trale Abschnitte 40, 40 auf beiden Seiten im Schnitt ausgenom men und geradlinig mit den äußeren Kanten verbunden sind. Bei dieser Konfiguration ist das Abstandselement 39 so konstruiert, daß es die benachbarten Kugeln 35, 35 an den äußeren Kanten oder an den Abschnitten benachbart zu den äußeren Kanten lini enförmig kontaktiert. Hierdurch lassen sich die Kugeln 35 leicht stabilisieren.

Fig. 18 ist eine Schnittansicht von zwei Kugeln und einem Ab standselement gemäß einer zweite Modifikation der vierten Aus führungsform der vorliegenden Erfindung. Das Abstandselement 39, das mit den zwei konkaven Flächen 38, 38 ausgebildet ist, die jeweiligen Kugeln 35, 35 gegenüberstehen, ist zwischen zu einander benachbarten Kugeln 35, 35 angeordnet. Der Schnitt der konkaven Fläche 38 ist, wie bei der Diskussion der ersten Aus-. führungsform, aus zwei kreisförmigen Bögen gebildet, deren zen trale Positionen bzw. Ursprünge voneinander abweichen, so daß die Konfiguration einer gotischen Wölbung angenommen wird. Bei dieser Konfiguration kann, wie bei der ersten Ausführungsform, die Kugel 35 die konkave Fläche 38 des Abstandselementes 39 bei außerordentlich niedriger Reibung kontaktieren, wodurch es mög lich gemacht wird, den Schubwiderstand zwischen diesen Kugeln 35 und dem Abstandselement 39 zu reduzieren und gleichzeitig die Stabilisierung der Kugeln 35 zu erleichtern. Demzufolge er hält das Abstandselement 39 eine sehr gute Zirkulations charakteristik, und es ist möglich, Verschlechterungen der Funktionsfähigkeit einzugrenzen, die hervorgerufen werden könn ten durch das Aufeinandertreffen von Kugeln 35, 35. Ferner wird hierdurch die Möglichkeit, daß die Kugeln 35 durch die Reibung beschädigt werden, merklich eingeschränkt. Es besteht ferner keine Möglichkeit, daß Fluktuationen im Drehmoment, Fluktuatio nen in der kinetischen Reibung oder Geräuschprobleme hervor gerufen werden.

Die Fig. 19, 20 und 21 sind Schnittansichten von jeweils zwei Kugeln und einem Abstandselement und zeigen eine dritte, eine vierte und eine fünfte Modifikation der vierten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung.

Bei der dritten, der vierten und der fünften Modifikation ist in dem zentralen Abschnitt von jedem der Abstandselemente 39 gemäß der ersten und der zweiten Modifikation der vierten Aus führungsform ein Durchgangsloch 41 ausgebildet. Wenn das Durch gangsloch 41 beispielsweise Schmiermittel, wie Schmierfett oder Oleoresin etc., enthält, wird die Fähigkeit, diese Stoffe zu halten, gesteigert. Das Schmiermittel dient dazu, den Schub widerstand zwischen den Kugeln 35 und dem Abstandselement 39 noch weiter zu verringern. Hierdurch kann die Reibung zwischen diesen Elementen bemerkenswert reduziert werden, und das Ab standselement 39 kann eine bessere Zirkulationscharakteristik aufweisen.

Die Fig. 22 und 23 sind Schnittansichten von jeweils zwei Kugeln und einem Abstandselement gemäß einer sechsten bzw. einer siebten Modifikation der vierten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung.

Die sechste und die siebte Modifikation haben eine solche Kon struktion, daß die äußeren Kanten des Abstandselementes 39 der ersten und der zweiten Modifikation abgerundet sind. Die Kugeln 35 kommen mit den Abschnitten benachbart zu den äußeren Kanten des Abstandselementes 39 in Kontakt. Auch in diesem Fall ist es leicht, die Kugeln 35 zu stabilisieren. Ferner ist die Haltbar keit des Abstandselementes 39 verbessert, indem der Abrieb und die Ermüdung der konkaven Fläche des Abstandselementes 39 ein gegrenzt werden, mit der die Kugeln 35 in Kontakt gebracht wer den.

Gegebenenfalls können die äußeren Kanten des Abstandselementes 39, mit denen die Kugeln 35 in Kontakt kommen, jeweils bei spielsweise, anders als bei der sechsten und der siebten Modi fikation, mit einer kantenartigen Form ausgebildet sein, können jedoch auch C-förmig oder R-förmig abgerundet sein. Ferner sind die Abstandselemente bei der sechsten und der siebten Modifi kation der vierten Ausführungsform sämtlich einstückig ausge bildet.

(Fünfte Ausführungsform)

Fig. 24A ist eine Schnittansicht eines Abstandselementes, das in der Linearführung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist. Fig. 24B ist eine Sei tenansicht dieses Abstandselementes.

Wie es in den Fig. 24A und 24B dargestellt ist, sind in Übereinstimmung mit der fünften Ausführungsform kreuzförmige Vertiefungen 42 in den zwei Seitenflächen des Abstandselementes 39 ausgebildet, wie sie in Fig. 16 gezeigt sind, und äußere Kantenabschnitte a, b, c, d sind gleichmäßig an vier Ecken des Schnittpunktes der kreuzförmigen Vertiefung 42 angeordnet. Folglich können die Kugeln 35 die äußeren Kantenabschnitte a, b, c, d, die gleichmäßig an den vier Ecken angeordnet sind, kontaktieren und können daher das Abstandselement 39 mit einer außerordentlich niedrigen Reibung kontaktieren. Es ist daher möglich, die Zirkulationscharakteristik der Kugeln 35 und des Abstandselementes 39 zu steigern, indem der Schubwiderstand zwischen den Kugeln 35 und dem Abstandselement 39 verringert wird.

Ferner kann zwischen dem Abstandselement 39 und den Kugeln 35 in der kreuzförmigen Vertiefung 42 ein Schmiermittel aufgenom men werden, und der Schubwiderstand zwischen den Kugeln 35 und dem Abstandselement 39 kann noch kleiner ausgebildet werden.

Es ist anzumerken, daß die fünfte Ausführungsform vielfach mo difiziert werden kann. Beispielsweise sind die äußeren Kanten abschnitte a, b, c, d, mit denen die Kugeln 35 in Kontakt ge bracht werden, nicht notwendigerweise gleichmäßig an den vier Orten beabstandet angeordnet, sondern können an wenigstens drei oder mehr Orten angeordnet sein. Darüber hinaus ist der Ab schnitt, mit dem die Kugel 35 in Kontakt kommt, nicht notwendi gerweise die äußere Kante, sondern kann ein Abschnitt benach bart zu der äußeren Kante sein. Ferner, wenn es möglich ist, eine Kontaktfläche so klein wie möglich zu machen und daneben die Kugeln 35 stabil zu halten, kann die konkave Fläche des Ab standselementes 39 mit den Kontaktabschnitten für die Kugel an beliebigen drei oder mehr Positionen versehen sein. Ferner sind die Kanten des Abstandselementes 39, mit denen die Kugeln 35 in Kontakt gebracht werden, von kantenartiger Form, können jedoch auch C-förmig abgerundet oder R-förmig abgerundet sein.

(Sechste Ausführungsform)

Fig. 25 ist eine Schnittansicht eines Abstandselementes, das in der Linearführung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung installiert ist.

Wie es in Fig. 25 dargestellt ist, ist bei der sechsten Ausfüh rungsform das Abstandselement 39, das mit den zwei konkaven Flächen 38, 38 ausgebildet ist, die jeweils den Kugeln 35, 35 gegenüberstehen, zwischen zueinander benachbarten Kugeln 35 an geordnet. Das Abstandselement 39 besitzt ein Durchgangsloch 41, das in einem dünnsten Abschnitt zwischen den zwei konkaven Flä chen 38 ausgebildet ist. Demzufolge ist die Kontaktfläche zwi schen dem Abstandselement 39 und der Kugel 35 weiter verrin gert, und zwar aufgrund des Durchgangsloches 41 des Abstands elementes 39, und es ist möglich, sowohl Fluktuationen des Drehmomentes als auch der kinetischen Reibung merklich zu ver ringern. Da das Durchgangsloch 41 in dem Abschnitt minimaler Dicke zwischen den konkaven Flächen 38 ausgebildet ist, ist es gleichzeitig ein Vorteil, daß der Einfluß des Durchgangsloches 41 auf die Festigkeit des Abstandselementes minimiert ist.

Fig. 26 ist eine Schnittansicht eines Abstandselementes, das in der Linearführung gemäß einer Modifikation der sechsten Ausfüh rungsform der vorliegenden Erfindung installiert ist.

Bei dieser Modifikation sind anstelle der konkaven Flächen 38 an beiden Seitenflächen des Abstandselementes 39 jeweils Aus nehmungen 43, 43 ausgebildet, die im Schnitt etwa trapezförmig sind. Das Durchgangsloch 41 ist in einem dünnsten Abschnitt des Abstandselementes 39 ausgebildet. Demzufolge ist es auch in diesem Fall möglich, sowohl die Kontaktfläche zwischen dem Ab standselement und der Kugel 35 als auch den Einfluß auf die Fe stigkeit des Abstandselementes merklich zu verringern.

Es ist anzumerken, daß auch die sechste Ausführungsform viel fach modifiziert werden kann.

Beispiele und Vergleichsbeispiele der sechsten Ausführungsform werden weiter unten erläutert.

Nachstehend werden zunächst Beispiele und Vergleichsbeispiele der oben diskutierten zweiten Ausführungsform erörtert.

Beispiele der zweiten Ausführungsform

Bei einem Beispiel der zweiten Ausführungsform wurde eine Ku gelumlaufspindeleinrichtung bereitgestellt, bei der Abstands elemente (Haltestücke) mit einem Durchmesser ds von 5,6 mm ein geführt wurden. Dabei betrug, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, die Füllmenge 99%, die Breite (S1) des obengenannten Gesamt spaltes wurde auf 3,6 mm eingestellt, die Breite (S2) des wei teren Spaltes wurde auf 4,4 mm eingestellt, und das Verhältnis von S2/ds wurde auf 0,79 eingestellt.

[Tabelle 1]

Fig. 27 zeigt ein Testergebnis dieses Beispieles. Es zeigt sich, daß die Kleinfluktuationen des Drehmomentes außerordent lich klein sind, und es läßt sich daher bestätigen, daß der Be triebszustand bzw. die Funktionsfähigkeit gut ist.

(Vergleichsbeispiel 1 der zweiten Ausführungsform)

Bei einem Vergleichsbeispiel 1 wurde eine Kugelumlaufspindel einrichtung bereitgestellt, bei der das Abstandselement (Halte stück) eingeführt wurde, wobei, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, die Füllmenge auf 100,6% eingestellt wurde, die Breite (S1) des oben erwähnten Gesamtspaltes auf 0 oder darunter ein gestellt wurde, die Breite (S2) des weiteren Spaltes auf 0,8 mm eingestellt wurde und das Verhältnis S2/ds auf 0,14 eingestellt wurde. Fig. 28 zeigt ein Testergebnis dieses Vergleichs beispiels 1. Der Gesamtspalt ist zu klein, und somit sind die Kleinfluktuationen des Drehmomentes größer als im Falle des obigen Beispiels (Fig. 27). Es läßt sich bestätigen, daß die Funktionsfähigkeit nicht so gut ist.

(Vergleichsbeispiel 2 der zweiten Ausführungsform)

Bei einem Vergleichsbeispiel 2 wurde eine Kugelumlaufspindel einrichtung bereitgestellt, bei der Abstandselemente (Halte stücke) eingeführt wurden, wobei, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, die Füllmenge eingestellt wurde auf 97,3%, die Breite (S1) des oben erwähnten Gesamtspaltes auf 10,7 mm eingestellt wurde, die Breite (S2) des weiteren Spaltes eingestellt wurde auf 11,5 mm und das Verhältnis S2/ds eingestellt wurde auf 2,1.

Fig. 29 zeigt ein Testergebnis dieses Vergleichsbeispiels 2. Anfänglich ist die Funktion gut, der Gesamtspalt ist jedoch zu groß eingestellt, und somit läßt sich die gute Funktionsfähig keit während des Hubes nicht beibehalten, was zu einem blockierten Zustand führt.

(Vergleichsbeispiel 3 der zweiten Ausführungsform)

Bei einem Vergleichsbeispiel 3 wurde eine Kugelumlaufspindel einrichtung, die keine vorbereiteten Abstandselemente verwende te, wie es in Tabelle 1 gezeigt ist, vorgesehen, und die Füll menge wurde auf 96,5% eingestellt.

Fig. 30 zeigt ein Testergebnis des Vergleichsbeispiels 3. Die Kleinfluktuation des Drehmomentes ist etwas größer als im Falle des obigen Beispiels (Fig. 27). Es wird bestätigt, daß die Funktionsfähigkeit vergleichsweise gut ist, jedoch weniger gut als bei dem Beispiel (Fig. 27).

Als nächstes werden Beispiele und Vergleichsbeispiele der sech sten Ausführungsform angegeben.

(Beispiele und Vergleichsbeispiele der sechsten Ausführungs form)

Wie es in Fig. 31 gezeigt ist, wurde eine kinetische Reibkraft gemessen, wobei das Abstandselement bei dem Beispiel mit dem Durchgangsloch ausgebildet war. Wie es in Fig. 32 gezeigt ist, wurde eine kinetische Reibkraft gemessen, wobei das Abstands element bei dem Vergleichsbeispiel nicht mit dem Durchgangsloch ausgebildet war. Es wurde bestätigt, daß die Fluktuation der kinetischen Reibkraft bei dem Beispiel (Fig. 31) sehr viel kleiner ist als bei dem Vergleichsbeispiel (Fig. 32).

Es ist anzumerken, daß bei den obigen Beispielen einige der Ab standselemente beispielhaft mit einer gotischen Wölbung im Schnitt ausgebildet waren. Die Schnittkonfiguration ist jedoch nicht auf die gotische Wölbung eingeschränkt und kann sowohl Anwendungen einer einzelnen R-Form, als auch einer V-Form um fassen.

Wie oben beschrieben, ist bei der Kugelumlaufspindeleinrichtung der vorliegenden Erfindung das Abstandselement mit den zwei konkaven Flächen, die jeweils den Kugeln gegenüberstehen, zwi schen zueinander benachbarten Kugeln angeordnet. Der Schnitt von jeder der konkaven Flächen des Abstandselementes ist aus den zwei kreisförmigen Bögen gebildet, deren zentrale Positio nen voneinander abweichen, so daß gotische Wölbungen erzielt werden. In diesem Fall werden die Lastkugeln mit den konkaven Flächen des Abstandselementes in linienförmigen oder Punkt kontakt gebracht, die Lastkugeln lassen sich daher entlang der wendelförmigen Umlaufvertiefungen zirkulieren, während die kon kaven Flächen kontaktiert werden und wobei eine außerordentlich niedrige Reibung stattfindet. Demzufolge ist die Reibung zwi schen den Lastkugeln und dem Abstandselement klein, und das Ab standselement hat eine gute Zirkulationscharakteristik. Es ist auch möglich, eine Abnahme der Funktionsfähigkeit zu verhin dern, die dadurch hervorgerufen werden könnte, daß die Kugeln aufeinanderschlagen. Auch Reibschäden an den Kugeln lassen sich vermeiden. Daneben kann die Konfiguration des Abstandselementes kleiner sein als die herkömmliche Abstandskugel. Es tritt daher niemals der Fall auf, daß mit dem Zwang, die Zahl der Last kugeln zu reduzieren, eine Verringerung der Lastkapazität und der Festigkeit hervorgerufen wird.

Weiterhin wird bei der Kugelumlaufspindeleinrichtung der vor liegenden Erfindung der Gesamtspalt in dem Zirkulationspfad auf einen Wert größer als null eingestellt, und daneben wird dann, wenn das einzelne Abstandselement herausgenommen ist, der Ab stand des Spaltes zwischen der vorderen Kugel und der hinteren Kugel in Übereinstimmung mit der obengenannten Beziehung von numerischen Werten eingestellt. In diesem Fall kann das Ab standselement innerhalb des Zirkulationspfades nicht in Schräg lage geraten, da der Spalt in dem Zirkulationspfad nicht zu groß ist. Es tritt niemals der Fall auf, daß die Funktions fähigkeit aufgrund von Reibung zwischen den Kugeln und dem Ab standselement verschlechtert wird, da der Spalt in dem Zirkula tionspfad nicht zu klein ist. Der Spalt in dem Zirkulationspfad wird geeignet eingestellt, und daher gelangt das Abstands element nicht in eine Schräglage von etwa 60° oder mehr, wo durch eine gute Funktionsfähigkeit aufrechterhalten werden kann.

Darüber hinaus ist das Abstandselement bei der Kugelumlaufspin deleinrichtung der vorliegenden Erfindung so konstruiert, daß es zwischen zueinander benachbarten Kugeln elastisch deformier bar ist. In diesem Fall kann der Abstand zwischen Kugeln ge steuert werden, indem das Abstandselement elastisch deformiert wird.

Folglich kann die Füllmenge an Kugeln und Abstandselementen in bezug auf die Kreislänge außerordentlich leicht auf einen ge eigneten Wert eingestellt werden. Beispielsweise kann die Füll menge gesteuert werden durch einen einzelnen Typ von einstückig ausgebildeten, außerordentlich kostengünstigen Abstandselemen ten. Dies eliminiert die Notwendigkeit, eine komplizierte Kon struktionstätigkeit durchzuführen und diverse Typen von Ab standselementen zur Durchführung von Versuchen herzustellen und jene Abstandselemente vielfach zu kombinieren. Darüber hinaus kann die Füllmenge auf 100% eingestellt werden (d. h. der Abstand zwischen den Kugeln und den Abstandselementen wird auf null eingestellt), wenn die Notwendigkeit besteht. Es ist an zumerken, daß das Abstandselement aufgrund seiner Struktur elastisch deformierbar sein kann, wie im Falle des oben beschriebenen Schlitzes 21. Es kann jedoch auch allein aufgrund seines Materials elastisch deformierbar sein.

Darüber hinaus nimmt das Abstandselement bei der Linear bewegungseinrichtung der vorliegenden Erfindung eine solche Konfiguration an, daß die zueinander benachbarten Kugeln mit den äußeren Kanten oder mit Abschnitten benachbart zu den äuße ren Kanten in Kontakt kommen. In diesem Fall kann das Abstands element die Kugeln mit sehr viel weiteren Bereichen bzw. Flä chen halten, und es ist möglich, für das Abstandselement eine noch größere Toleranz zu erhalten, um die Kugeln zu halten. Ferner ist die Kugel leicht zu stabilisieren, und eine Messung der Dimension (d. h. die Dicke des Abstandselementes) zwischen den Kugeln ist erleichtert. Es ist daher möglich, Abstands elemente herzustellen, die eine hohe Genauigkeit zeigen.

Wie oben diskutiert, ist das Abstandselement bei der Linear bewegungseinrichtung der vorliegenden Erfindung zwischen den Kugeln angeordnet und weist die konkaven Flächen auf, mit denen die hierzu benachbarten Kugeln in linienförmigen Kontakt gelan gen. In diesem Fall ist die Reibung zwischen den Kugeln und dem Abstandselement klein, und das Abstandselement hat eine gute Zirkulationscharakteristik. Es ist gleichfalls möglich, eine Verschlechterung der Funktionsfähigkeit, das Auftreten von Ge räuschen aufgrund eines Aufeinanderschlagens von Kugeln, eine verschlechterte Qualität des erzeugten Klangs und Reibungs schäden an den Kugeln zu vermeiden.

Darüber hinaus kommen die zueinander benachbarten Kugeln bei der Linearbewegungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mit wenigstens drei oder mehr Abschnitten des Abstandselementes in Kontakt. Es ist daher möglich, das Abstandselement mit außerordentlich geringer Reibung zu kontaktieren. Die Reibung hierzwischen kann ferner minimiert werden, indem der Schub- bzw. Gleitwiderstand zwischen den Kugeln und dem Abstands element reduziert wird. Die Zirkulationscharakteristik des Ab standselementes und der Kugeln ist verbessert. Gleichzeitig ist die Stabilisierung der Kugeln erleichtert, und daneben kann ein Schmiermittel leichter in die Abstandselemente eingeführt wer den, wodurch der Schubwiderstand zwischen den Kugeln und dem Abstandselement noch sehr viel kleiner gemacht werden kann.

Weiterhin besitzt das Abstandselement bei der Linearbewegungs einrichtung der vorliegenden Erfindung ein Durchgangsloch, das in dem dünnsten Abschnitt des Abstandselementes ausgebildet ist. In diesem Fall ist es möglich, eine Fluktuation der kine tischen Reibungskraft aufgrund der weiter verkleinerten Kon taktfläche zwischen der Kugel und dem Abstandselement aufgrund des Durchgangsloches in dem Abstandselement bemerkenswert zu verringern. Gleichzeitig besteht ein Vorteil dahingehend, daß ein Einfluß auf die Festigkeit gering ist, da das Durchgangs loch in dem dünnsten Abschnitt zwischen den konkaven Flächen ausgebildet ist.

Die vorliegende Erfindung ist anhand diverser Ausführungsformen diskutiert worden, kann jedoch vielfach im Bereich des Erfin dungsgedankens der vorliegenden Erfindung modifiziert werden. Diese Modifikationen sollen nicht vom Schutzbereich der vorlie genden Erfindung ausgeschlossen sein.

Claims

1. Kugelumlaufspindeleinrichtung mit:
einer Umlaufspindel (1), an deren äußerer Umfangsfläche eine wendelförmige Umlaufvertiefung (3) ausgebildet ist;
einer Mutter (2), an deren innerer Umfangsfläche eine wen delförmige Umlaufvertiefung (4) ausgebildet ist, die der wendelförmigen Umlaufvertiefung (3) der Umlaufspindel (1) entspricht;
einem wendelförmigen Zirkulationspfad, der durch die zwei wendelförmigen Umlaufvertiefungen (3, 4) definiert ist; und
einer Mehrzahl von Kugeln (5), die wälzbar in dem wendel förmigen Zirkulationspfad angeordnet sind,
wobei zwischen wenigstens zwei Kugeln (5) ein Abstands element (10) mit zwei konkaven Flächen (11) angeordnet ist, die den jeweiligen Kugeln (5) gegenüberstehen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die konkaven Flächen (11) des Abstandselementes (10) im Schnitt aus zwei kreisförmigen Bögen gebildet sind, deren Ursprünge (X) voneinander abweichen, so daß die Form einer gotischen Wölbung erzielt wird.

2. Kugelumlaufspindeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß jedes der Abstandselemente (10) eine solche Konfiguration besitzt, daß ein äußerer Oberflächen abschnitt, der nicht zu den konkaven Flächen gehört, als Teil einer Kugelfläche geformt ist, wobei die Mitte (C) dieser Kugelfläche ein Mittelpunkt zwischen zentralen Po sitionen (Y) von zwei zueinander benachbarten Kugeln (5) ist und wobei der Radius (d/2) dieser Kugelfläche gleich der Entfernung von der Mitte (C) zu der Umlaufvertiefung (3) der Umlaufspindel (1) oder kürzer als diese Entfernung ist.

3. Kugelumlaufspindeleinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, daß in einem Zustand, bei dem sämt liche Kugeln (5) und sämtliche Abstandselemente (10), die in den wendelförmigen Zirkulationspfad eingeführt sind, zu einer Seite hin zusammengedrückt sind, ein Spalt (S1) zwi schen einer vorderen Kugel (LEAD-B) und einem hinteren Ab standselement (TAIL-S) gebildet ist, der Gesamtspalt (S1) genannt wird, wobei die Breite dieses Gesamtspaltes (S1) größer ist als null (S1<0), und daß dann, wenn ein Ab standselement, d. h. das hintere Abstandselement (TAIL-S), entfernt wird, die Anzahl der Kugeln (5) und die Anzahl der Abstandselemente (10) so eingestellt sind, daß eine Breite eines Spaltes (S2) zwischen der vorderen Kugel (LEAD-B) und einer hinteren Kugel (TAIL-B) kleiner ist als ein 0,8-facher Wert des Durchmessers (ds) des Abstands elementes (10) (S2<0,8 × ds).

4. Kugelumlaufspindeleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (10) zwischen den benachbarten Kugeln (5) elastisch defor mierbar (21) ist.

5. Kugelumlaufspindeleinrichtung mit:
einer Umlaufspindel (1), an deren äußerer Umfangsfläche eine wendelförmige Umlaufvertiefung (3) ausgebildet ist;
einer Mutter (2), an deren innerer Umfangsfläche eine wen delförmige Umlaufvertiefung (4) ausgebildet ist, die der wendelförmigen Umlaufvertiefung (3) der Umlaufspindel (1) entspricht;
einem wendelförmigen Zirkulationspfad, der durch die zwei wendelförmigen Umlaufvertiefungen (3, 4) definiert ist; und
einer Mehrzahl von Kugeln (5), die wälzbar in dem wendel förmigen Zirkulationspfad angeordnet sind,
wobei zwischen wenigstens zwei zueinander benachbarten Ku geln (5) ein Abstandselement (10) angeordnet ist, das zwei konkave Flächen (11) aufweist, die den jeweiligen Kugeln (5) gegenüberstehen,
dadurch gekennzeichnet, daß
in einem Zustand, bei dem sämtliche Kugeln (5) und sämtli che Abstandselemente (10), die in den wendelförmigen Zir kulationspfad eingeführt sind, zu einer Seite hin zusam mengedrückt sind, ein Spalt (S1) zwischen einer vorderen Kugel (LEAD-B) und einem hinteren Abstandselement (TAIL-S) gebildet ist, der Gesamtspalt (S1) genannt wird, wobei die Breite dieses Gesamtspaltes (S1) größer ist als null (S1<0), und daß dann, wenn ein Abstandselement, d. h. das hintere Abstandselement (TAIL-S) entfernt wird, die Anzahl der Kugeln (5) und die Anzahl der Abstandselemente (10) so eingestellt sind, daß eine Breite eines Spaltes (S2) zwi schen der vorderen Kugel (LEAD-B) und einer hinteren Kugel (TAIL-B) kleiner ist als ein 0,8-facher Wert des Durchmes sers (ds) des Abstandselementes (10) (S2<0,8 × ds).

6. Linearbewegungseinrichtung mit:
einem äußeren Element (32);
einem inneren Element (31), das dem äußeren Element (32) über einen Spalt gegenübersteht;
einer Mehrzahl von Kugeln (35), die zwischen dem äußeren Element (32) und dem inneren Element (31) angeordnet sind; und
einem Abstandselement (39), das wenigstens zwischen zwei Kugeln (35) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (39) eine solche Konfiguration besitzt, daß die zueinander benach barten Kugeln (35) mit äußeren Kanten oder mit Abschnitten benachbart zu den äußeren Kanten des Abstandselementes (39) in Kontakt kommen.

7. Linearbewegungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß das Abstandselement (39) einstückig aus gebildet ist und konkave Flächen (38) aufweist, die von den benachbarten Kugeln (35) linienförmig kontaktiert wer den.

8. Linearbewegungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die Kugeln (35) mit wenigstens drei oder mehr Abschnitten (a, b, c, d) des Abstandselementes (39) in Kontakt gelangen.

9. Linearbewegungseinrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (39) einstückig ausgebildet ist.

10. Linearbewegungseinrichtung mit:
einem äußeren Element (32);
einem inneren Element (31), das dem äußeren Element (32) über einen Spalt gegenübersteht;
einer Mehrzahl von Kugeln (35), die zwischen dem äußeren Element (32) und dem inneren Element (31) angeordnet sind; und
wenigstens einem zwischen zwei Kugeln (35) angeordneten Abstandselement (39),
dadurch gekennzeichnet, daß in einem dünnsten Abschnitt des Abstandselementes (39) ein Durchgangsloch (41) ausge bildet ist.