DE20023478U1

DE20023478U1 - Kugelumlaufspindelvorrichtung

Info

Publication number: DE20023478U1
Application number: DE20023478U
Authority: DE
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2010-10-21

Abstract

Kugelumlaufspindelvorrichtung mit:
einer Schraubenwelle (1 ), die eine wendelförmige Schraubennut (3) an ihrer äußeren Umfangsfläche aufweist;
einem Mutternelement (2), das eine wendelförmige Schraubennut (4) an ihrer inneren Umfangsfläche, wobei die wendelförmigen Schraubennuten (3, 4) jeweils einander gegenüber liegen und einen wendelförmigen Schraubennut-Umlaufdurchgang bilden,
einem Rücklaufdurchgang, der in dem Mutternelement (2) ausgebildet ist und durchgängig mit dem wendelförmigen Schraubennut-Umlaufdurchgang verbunden ist,
einer Mehrzahl von Lastkugeln (5), die in dem wendelförmigen Schraubennut-Umlaufdurchgang und dem Rücklaufdurchgang angeordnet sind, wobei die aus dem Schraubennut-Umlaufdurchgang herausgenommenen Lastku geln (5) durch den Umlaufdurchgang wieder in den Schraubennut-Umlaufdurchgang zurückgeführbar sind,
einer Mehrzahl von Halteelementen (10), die jeweils zwischen zwei angrenzenden Lastkugeln (5) angeordnet sind, wobei Halteelemente (10) jeweils zwei konkave Flächen (11) aufweisen, die jeweils den beiden Lastkugeln (5) gegenüberliegen, und ein Außendurchmesser (ds) des Halteelements (10) im Bereich des 0,5 bis 0,9-fachen des Außendurchmessers (Dw) der Lastkugel (5) ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelumlaufspindelvorrichtung.
Herkömmlicher Weise sind in einer Kugelumlaufspindelvorrichtung, wie sie in der 9 dargestellt ist, an der äußeren Umfangsfläche einer Schraubenwelle 1 und an der inneren Umfangsfläche einer Mutter 2 jeweils wendelförmige Schraubennuten 3 und 4 ausgebildet, die einander gegenüber angeordnet sind und in einem durch die beiden Schraubennuten 3 und 4 bestimmten Schraubennuten-Umlaufdurchgang sind eine Mehrzahl von Lastkugeln 5 so angeordnet, dass sie frei rollbar sind. Wenn sich die Schraubenwelle 1 und die Mutter 2 relativ zueinander drehen, um eine der beiden in axialer Richtung derselben zu bewegen, dann werden die Schraubenwelle 1 und die Mutter 2 in Wendelform relativ zueinander glatt bewegt.
Bei einer derartigen Kugelumlaufspindel sind die Lastkugeln 5 dicht innerhalb der Schraubennuten 3 und 4 angeordnet und rollen innerhalb der einzelnen Schraubennuten 3 und 4 in dieselbe Richtung; außerdem berühren sich bei der Rollbewegung derselben die Lastkugeln 5, die in jeweils gegenläufige Richtung rollen, gegenseitig an Berührungspunkten zwischen den jeweils aneinander grenzenden Lastkugeln 5 und 5, so dass dadurch ihre gegenseitige Rollbewegung behindert wird; dies bewirkt, dass die Lastkugeln 5 und 5 an den Berührungspunkten gegeneinander rutschen. Dies beeinträchtigt die freien Rollbewegungen der Lastkugeln 5, verringert den Wirkungsgrad beim Betrieb der Lastkugeln 5, erhöht die Reibung und die Beschädigung der Lastkugeln 5, verursacht Schwankungen im Drehmoment der Lastkugeln 5 und erhöht den durch die Lastkugeln 5 erzeugten Lärm.
Um diese Probleme zu lösen, sind zwischen den jeweils angrenzenden Lastkugeln 5, wie in 10 gezeigt ist, jeweils zwischengelagerte Abstandskugeln 6 angeordnet, die jeweils einen Durchmesser aufweisen, der um einige Zehntel μ kleiner als derjenige der Lastkugeln 5 ist. Eine derartige Zwischenlagerung der Abstandskugeln 6 schützt die Lastkugeln 5 gegen Durchrutschen, verbessert den Wirkungsgrad im Betrieb der Lastkugeln 5 und verringert die Reibung und die Beschädigung der Lastkugeln 5, um so Drehmomentschwankungen zu verhindern.
Bei der in 10 gezeigten Kugelumlaufspindelvorrichtung sind jedoch bei beispielsweise zehn Lastkugeln 5 ebenfalls zehn Abstandskugeln 6 vorgesehen. Im Vergleich zur Kugelumlaufspindelvorrichtung, wie sie in 9 gezeigt ist, ist daher ein Abstand zwischen zwei benachbarten Lastkugeln 5 groß, und die Anzahl der Lastkugeln 5 reduziert sich um ungefähr die Hälfte; dies verschlechtert die Belastungsfähigkeit der Kugelumlaufspindelvorrichtung verringert und außerdem deren Festigkeit.
Angesichts der obigen Probleme ist außerdem ein Aufbau bekannt, bei dem, wie in 11 gezeigt, zwischen jeweils zwei gegenseitig aneinandergrenzenden Lastkugeln 5 ein Halteelement 10 mit zwei konkaven Flächen 11, die jeweils den beiden Lastkugeln 5 gegenüberliegen, angeordnet ist. Gemäß diesem Aufbau können die Lastkugeln gut innerhalb der wendelförmigen Schraubennuten 3 und 4 zirkulieren, während die Lastkugeln 5 die konkaven Flächen 11 des Halteelementes 10 berühren. Im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau mit Abstandskugeln kann der Abstandshalter, d. h. das Halteelement 10, dünner gemacht werden, wodurch es möglich ist, die Verringerung bei der Anzahl der Lastkugeln zu steuern und dadurch eine Verschlechterung in der Belastungsfähigkeit und der Festigkeit der Kugelumlaufspindelvorrichtung zu vermeiden.
Da jedoch bei der Kugelumlaufspindelvorrichtung, wie sie in 11 gezeigt ist, die Beziehung zwischen der äußeren Abmessung des Halteelements 10 und der äußeren Abmessung der Lastkugel 5 nicht immer korrekt berücksichtigt wird, besteht Gefahr, dass beim Durchgang des Halteelements 10 durch den wendelförmigen Schraubennut-Umlaufdurchgang und dem Rohrumlaufdurchgang dieses mit den Innenwänden dieser Umlaufdurchgänge zusammenstoßen kann. Ein solcher Zusammenstoß macht es schwierig, dass die Lastkugeln 5 stabil umlaufen können, wodurch Drehmomentänderungen erzeugt werden oder ein Abrieb des Halteelements 10 verursacht wird.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelumlaufspindelvorrichtung zu schaffen, die eine hohe Lebensdauer aufweist und stabil betrieben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kugelumlaufspindelvorrichtung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.
Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
In vorteilhafter Weise kann bei der Kugelumlaufspindelvorrichtung, selbst wenn ein Halteelement zwischen zwei aneinander angrenzende Lastkugeln zwischengesetzt wird, eine Verringerung in der Anzahl der Lastkugeln soweit wie möglich gesteuert werden, um dadurch zu verhindern, dass die Lastaufnahmefähigkeit und Festigkeit der Lastkugeln sich verringert; die Reibung zwischen den Lastkugeln und dem Halteelement verringert werden, um dadurch die Umlaufeigenschaften des Halteelements zu verbessern; und verhindert werden, dass die Lastkugeln aneinander stoßen, um dadurch eine Verringerung des Wirkungsgrades im Betrieb, eine Verschlechterung der Qualität des erzeugten Lärms und der Reibung sowie eine Beschädigung der Lastkugeln zu verhindern.
Bei dieser Kugelumlaufspindelvorrichtung kann verhindert werden, dass das Halteelement mit den Innenwänden der Umlaufpassagen zusammenstößt, so dass dadurch die Lastkugeln stabil umlaufen können, wodurch nicht nur Änderungen im Drehmoment, sondern auch der Abrieb des Halteelements verhindert wird, um die Lebensdauer des Halteelements zu verbessern.
In einer Ausführungsform ist eine Kugelumlaufspindelvorrichtung vorgesehen, die so aufgebaut ist, dass an der äußeren Umfangsfläche einer Schraubenwelle und an der inneren Umfangsfläche einer Mutter jeweils einander gegenüberliegende wendelförmige Schraubennuten ausgebildet sind, in einem durch diese beiden Schraubennuten gebildeten, wendelförmigen Schraubennut-Umlaufdurchlass eine Mehrzahl von Lastkugeln rollbar angeordnet sind und ein Rücklaufdurchgang, durch den die Lastkugeln, die aus dem Schraubennut-Umlaufdurchgang herausgenommen sind, in den Schraubennut-Umlaufdurchgang zurückgeführt werden können, mit dem Schraubennut-Umlaufdurchgang kontinuierlich verbunden ist, wobei zwischen jeweils zwei aneinandergrenzenden Kugeln der Mehrzahl von Lastkugeln ein Halteelement mit zwei konkaven Flächen angeordnet ist, die jeweils den zwei aneinandergrenzenden Lastkugeln gegenüberliegen, das Halteelement eine äußere Durchmesserabmessung aufweist, die gleich oder größer als das 0,5-fache der äußeren Durchmesserabmessung der Lastkugel ist, und wobei das Halteelement eine Außendurchmesserabmessung aufweist, die beim Durchgang des Halteelements durch den Schraubennut-Umlaufdurchgang und den Rohrumlaufdurchgang verhindert, dass das Halteelement die inneren Wände des Schraubennut-Umlaufdurchgangs und des Rohrumlaufdurchgangs berührt.
Außerdem ist in einer Ausführungsform eine Kugelumlaufspindelvorrichtung vorgesehen, die so aufgebaut ist, dass an der äußeren Umfangsfläche einer Schraubenwelle und an der inneren Umfangsfläche einer Mutter jeweils einander gegenüberliegende spiralförmige Schraubennuten ausgebildet sind, in einem durch diese beiden Schraubennuten ausgebildeten, wendelförmigen Schraubennut-Umlaufdurchgang eine Mehrzahl von Lastkugeln angeordnet ist und mit dem Schraubennut-Umlaufdurchgang kontinuierlich ein Rücklaufdurchgang verbunden ist, durch den Lastkugeln, die von dem Schraubennut-Umlaufdurchgang herausgenommen sind, wieder in den Schraubennut-Umlaufdurchgang zurückgeführt werden können, wobei zwischen jeweils zwei aneinandergrenzenden Kugeln der Mehrzahl von Lastkugeln ein Halteelement mit zwei konkaven Flächen angeordnet ist, die jeweils den beiden aneinandergrenzenden Lastkugeln gegenüberliegen, und wobei das Halteelement eine Außendurchmesserabmessung im Bereich des 0,5-0,9-fachen der Außendurchmesserabmessung der Lastkugel aufweist.
Wie oben beschrieben wurde, weist das Halteelement als eine erste Bedingung eine Außendurchmesserabmessung auf, die gleich oder größer als das 0,5-fache der Außendurchmesserabmessung der Lastkugel ist. Dies ist im Wesentlichen so, weil, wenn das Halteelement eine Außendurchmesserabmessung aufweist, die kleiner als die Hälfte der Außendurchmesserabmessung der Lastkugeln ist, das Halteelement nicht zwischen den beiden aneinandergrenzenden Lastkugeln hochgehoben werden kann, was verhindert, dass das Halteelement die ihm zugedachte Funktion erfüllen kann.
Außerdem weist als eine zweite Bedingung das Halteelement eine Außendurchmesserabmessung auf, die beim Durchgang des Halteelements durch den Schraubennut-Umlaufdurchgang und den Rohrumlaufdurchgang verhindert, dass das Halteelement die Innenwände des Schraubennut-Umlaufdurchgangs und des Rohrumlaufdurchgangs berührt, oder das Halteelement weist eine Außendurchmesserabmessung auf, die gleich oder kleiner als das 0,9-fache der Außendurchmesserabmessung der Lastkugel ist. Dies ist im Wesentlichen so, weil für einen stabilen Umlauf der Lastkugeln die Haltetoleranz der konkaven Flächen für die Lastkugeln (die Toleranz zum Halten einer Stahlkugel) vorzugsweise auf einen hohen Wert gesetzt werden kann; dies erhöht den Außendurchmesser des Halteelements entsprechend. Wenn aber bei einer übermäßig großen Haltetoleranz der konkaven Fläche das Halteelement mit den Innenwänden des Schraubennut-Umlaufdurchgangs und des Rücklaufdurchgangs mit jeweils verschiedenen Krümmungen zusammenstößt, wird die Leistungsfähigkeit des Halteelements im Betrieb be einträchtigt. Unter diesen Umständen wird der Außendurchmesser des Halteelements auf einer Seite so groß wie möglich gesetzt, um sie gegeneinander zu balancieren, aber andererseits wird der Außendurchmesser des Halteelements so eingestellt, dass er nicht mit den Innenwänden der Umlaufdurchgänge kollidiert.
Da, wie oben beschrieben wurde, zwischen jeweils zwei aneinandergrenzenden Lastkugeln ein Halteelement mit zwei konkaven Flächen, die jeweils den beiden Lastkugeln gegenüberliegen, angeordnet ist, kann selbst bei einem Halteelement zwischen zwei angrenzenden Lastkugeln die Anzahl der Lastkugeln so stark wie möglich verringert werden, ohne dass die Belastungsfähigkeit und Festigkeit der Kugelumlaufspindelvorrichtung beeinträchtigt wird; außerdem kann die Reibung zwischen den Lastkugeln und den Halteelementen so stark wie möglich verringert werden, so dass nicht nur die Umlaufleistung des Halteelements verbessert werden kann, sondern auch das Aneinanderstoßen der Lastkugeln vermieden wird, wodurch ein verschlechterter Wirkungsgrad der Lastkugeln im Betrieb, eine Lärmerzeugung durch die Lastkugeln, eine verschlechtere Qualität des durch die Lastkugeln erzeugten Schalls und die Reibung und Beschädigung der Lastkugeln verhindert wird.
Da außerdem die Beziehung zwischen der Außendurchmesserabmessung des Halteelements und der Außendurchmesserabmessung der Lastkugeln geeignet berücksichtigt ist, kann das Zusammenstoßen der Halteelemente mit den Innenwänden der Umlaufdurchgänge verhindert werden; dies ermöglicht einen stabilen Umlauf der Lastkugeln. Dadurch können sowohl Änderungen im Drehmoment als auch der Abrieb des Halteelements verhindert werden, um dadurch deren Festigkeit zu erhöhen.
Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 zeigt eine typische Ansicht einer Kugelumlaufspindelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
2 zeigt eine typische Ansicht eines Zustands eines Halteelements und seiner zwei angrenzenden Lastkugeln, wenn jeweils zwischen dem Halteelement und den beiden Lastkugeln Lücken vorhanden sind;
3 zeigt eine typische Ansicht der Form der Seitenflächen des Halteelements;
4(a) zeigt eine typische Ansicht eines Zustands des Halteelements und der beiden Lastkugeln, wenn der Außendurchmesser (ds) des Halteelements gleich oder größer als das 0,5-fache des Außendurchmessers (Dw) der Lastkugel beträgt, und
4(b) zeigt eine typische Ansicht des Zustands des Halteelements und der beiden Lastkugeln, wenn der Außendurchmesser (ds) des Halteelements gleich oder kleiner als das 0,5-fache des Außendurchmessers (Dw) der Lastkugel beträgt;
5 zeigt eine typische Ansicht einer Abänderung des obigen Ausführungsbeispiels des Halteelements;
6 zeigt eine grafische Darstellung der Testergebnisse der Drehmomenteigenschaften einer herkömmlichen Kugelumlaufspindelvorrichtung, bei welcher der Außendurchmesser eines Halteelements das 0,95-fache des Außendurchmessers einer Lastkugel beträgt;
7 zeigt eine grafische Darstellung der Testergebnisse der Drehmomenteigenschaften einer Kugelumlaufspindelvorrichtung gemäß eines Ausführungsbeispiels, bei welcher der Außendurchmesser eines Halteelements das 0,9-fache des Außendurchmessers einer Lastkugel beträgt;
8(a) zeigt eine erläuternde Ansicht des Prinzips einer Kugelumlaufspindelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
8(b) zeigt eine Schnittansicht eines in dem Ausführungsbeispiel verwendeten Halteelements;
9 zeigt eine Seitenansicht einer ersten herkömmlichen Kugelumlaufspindelvorrichtung;
10 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten herkömmlichen Kugelumlaufspindelvorrichtung; und
11 zeigt eine Schnittansicht einer dritten herkömmlichen Kugelumlaufspindelvorrichtung.
Im Folgenden werden mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele einer Kugelumlaufspindelvorrichtung beschrieben.
Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele einer Kugelumlaufspindelvorrichtung wird mit Bezug auf 8 die Anzahl der Lastkugeln, die Anzahl der Halteelemente und die Beziehung des Abstandes zwischen den Lastkugeln und der Halteelemente erläutert.
8(a) zeigt eine erläuternde Ansicht des Prinzips einer Kugelumlaufspindelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel und 8(b) zeigt eine Schnittansicht eines Halteelements, wie es beim Ausführungsbeispiel verwendet wird.
Die Anzahl der Lastkugeln 5 und Halteelemente 10 wird jeweils auf die folgende Weise so festgesetzt. Wie in 8(a) gezeigt, ist unter der Annahme, dass alle Kugeln 5 und alle Halteelemente 10, die in einen durch Schraubennuten 3 und 4 gebildeten, wendelförmigen Umlaufdurchgang eingesetzt sind, auf einer Seite versammelt sind, eine Lücke zwischen einer Lastkugel (VORDERE-K), die am Kopf angeordnet ist, und einem Halteelement (HINTERES-S), das am Ende angeordnet ist, als Gesamtabstand definiert; und ist unter der Annahme, dass der Gesamtabstand (S1) größer als 0 ist (also S1 > 0) und das am Ende angeordnete Halteelement (HINTERES-H) entfernt ist, eine Lücke (S2) zwischen der Lastkugel am Kopf (VORDERE-K) und dem Halteelement am Ende (HINTERES-N) kleiner als das 0,8-fache des Durchmessers (ds, vgl. 8(b)) des Halteelements (d.h. S2 < 0,8 × ds).
Wie oben beschrieben wurde, wird der Abstand (S1) der gesamten Lücke des Umlaufdurchgangs so gesetzt, dass S1 > 0 ist, und bei entferntem Halteelement (HINTERES-N) wird die Lücke (S2) zwischen der vorderen Lastkugel (VORDERE-K) und dem Halteelement am Ende (HINTERES-H) so festgesetzt, dass S2 < 0,8 × ds gilt. Daher ist es nicht möglich, dass die Halteelemente 10 herabfallen können, weil die Lücke im Umlaufdurch gang übermäßig groß ist, und dass die Lastkugeln 5 und die Halteelemente 10 gegeneinander reiben und so zu einem schlechten Betrieb der Lastkugeln 5 und der Halteelemente 10 führen, weil die Lücke innerhalb des Umlaufdurchgangs übermäßig klein ist: d.h. die beiden Arten von Abstände (S1, S2) innerhalb des Umlaufdurchgangs werden auf geeignete Weise festgesetzt. Dank dessen besteht keine Gefahr, dass die Halteelemente 10 um mehr als einen Winkel von 60° herabfallen; dies ermöglicht eine geeignete Betriebsleistung der Lastkugeln 5 und Halteelemente 10.
Als nächstes wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel die Außenabmessung und die Form des Halteelements bestimmt, wobei die oben erwähnten Bedingungen berücksichtigt werden.
1 zeigt eine typische Ansicht einer Kugelumlaufspindelvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel; 2 zeigt eine typische Ansicht eines Zustands eines Halteelements und zweier Lastkugeln, wenn zwischen dem Halteelement und den beiden Lastkugeln eine Lücke vorhanden ist; 3 zeigt eine typische Ansicht der Form der Seitenflächen des Halteelements; 4(a) zeigt eine typische Ansicht eines Zustands des Halteelements und zweier Lastkugeln, wenn die Außenabmessung (Außendurchmesser) (ds) des Halteelements gleich oder größer als das 0,5-fache der Außenabmessung (Außendurchmesser) (Dw) der Lastkugel ist; 4(b) zeigt eine typische Ansicht eines Zustands des Halteelements und der beiden Lastkugeln, wenn die Außenabmessung (ds) des Halteelements gleich oder kleiner als das 0,5-fache der Außenabmessung (Dw) der Lastkugel ist; und 5 zeigt eine typische Ansicht einer Abänderung des Halteelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weist als eine erste Bedingung das Halteelement 10 eine Außenabmessung auf, die gleich oder größer als das 0,5-fache der Außenabmessung (Dw) der Lastkugel 5 ist.
Der Grund für die erste Bedingung ist wie folgt: bei einer Kugelumlaufspindelvorrichtung mit darin enthaltenen Halteelementen werden, da eine Gesamtlücke auf die oben beschriebene Weise vorhanden ist, nicht sämtliche Halteelemente 10 vollständig zwischen ihren angrenzen Lastkugeln 5 gehalten, sondern einige der Halteelemente 10, wie in 2 gezeigt ist, werden in einem freien Zustand (ein Zustand, bei dem Lücken jeweils zwischen einem Halteelement und den beiden angrenzenden Lastkugeln vorhanden sind) innerhalb des Umlaufdurchgangs gehalten; um das Halteelement 10 vom freien Zustand in den normalen Zustand zurückzuführen, bei dem das Halteelement 10 fest durch und zwischen seinen angrenzenden Lastkugeln 5 gehalten ist, ist es notwendig, dass, wie in 4(a) gezeigt ist, das Halteelement 10 einen Außendurchmesser aufweist, der gleich oder größer als das 0,5-fache des Außendurchmessers der Lastkugel ist. Mit anderen Worten wirkt keine Kraft, die das Halteelement 10 in seine normale Stellung heraufhebt, wenn die Lastkugeln 5 und das Halteelement 10 innerhalb des Umlaufdurchgangs in der Reihenfolge Lastkugel 5 – Halteelement 10 – Lastkugel 5 angeordnet sind und die Höhe des Halteelements 10 sich nicht über eine Linie erstreckt, welche die Mittelpunkte der beiden Lastkugeln 5 verbindet, so dass das Halteelement 10 seine Funktion nicht erfüllen kann.
Als nächstes weist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel das Halteelement 10 einen Außendurchmesser als eine zweite Bedingung auf, der beim Durchlauf des Halteelements 10 durch einen Schraubennut-Umlaufdurchgang und einen Rohrumlaufdurchgang verhindert, dass das Halteelement 10 die Innenwände dieses Schraubennut-Umlaufdurchgangs und des Rohrumlaufdurchgangs berührt, oder einen Außendurchmesser, der gleich oder kleiner als das 0,9-fache des Außendurchmessers der Lastkugel 5 ist.
(A) Als ein erster Grund für die zweite Bedingung ist es zur Sicherung einer Haltetoleranz der konkaven Fläche für die Lastkugel 5 (eine Haltetoleranz der Stahlkugel, 3) notwendig, dass der Außendurchmesser des Halteelements 10 so groß wie möglich festgesetzt wird.
Um also das Halteelement 10 stabil in einem Zustand umlaufen zu lassen, indem es zwischen und durch seine angrenzenden Lastkugeln 5 gehalten ist, ist es notwendig, dass die Haltetoleranz der konkaven Fläche für die Lastkugel 5 (die Stahlkugel-Haltetoleranz, 3) groß ist. Wenn jedoch die Haltetoleranz der konkaven Fläche (die Stahlkugel-Haltetoleranz) groß ist, steigt der Außendurchmesser des Halteelements 10 an.
(B) Als einen zweiten Grund für die zweite Bedingung ist es notwendig, das Halteelement 10 vom Zusammenstoß mit den Innenwänden der Umlaufdurchgänge, die verschiedene Krümmungen aufweisen, abzuhalten.
Im Falle einer Kugelumlaufspindelvorrichtung des Rohrtyps gibt es einen Schraubennut-Umlaufdurchgang zur Aufnahme der Lasten und einen Rohrumlaufdurchgang (einen Rücklaufdurchgang) zur Zurückführung der Lastkugeln. Der Schraubennut-Umlaufdurchgang weist eine vorgegebene Krümmung auf, und gleichzeitig weist der Rohrumlaufdurchgang, wie in 1 gezeigt, in einem gebogenen Abschnitt 12 und in einem Kugelauffangabschnitt 13 auf. Außerdem ist es notwendig, das Zusammenstoßen des Halteelements 10 mit den Innenwänden von Umlaufdurchgängen mit variierenden Krümmungen zu verhindern. Wie beispielsweise in der 1 anhand eines durchgängigen Weges des Halteelements 10 gezeigt ist, ist es notwendig, dass das Halteelement 10 durch den Kugelauffangabschnitt 13 ohne Zusammenstoß mit den inneren Wänden desselben hindurchgeht.
Wie oben beschrieben wurde, kann zum stabilen Umlauf der Lastkugeln 5 die Haltetoleranz der konkaven Fläche für die Lastkugel 5 (die Stahlkugel-Haltetoleranz, 3) vorzugsweise auf einen großen Wert gesetzt werden und in diesem Fall der Außendurchmesser des Halteelements 10 entsprechend groß gesetzt werden. Wenn jedoch der Außendurchmesser des Halteelements 10 übermäßig groß ist, stößt das Halteelement 10 mit den Innenwänden des Schraubennut-Umlaufdurchgangs und des Rücklaufdurchgangs mit verschiedenen Krümmungen zusammen; dies verschlechtert den Wirkungsgrad des Betriebs des Halteelements 10 verschlechtert. Um unter diesen Umständen diese miteinander ins Gleichgewicht zu bringen, wird der Außendurchmesser des Halteelements 10 einerseits so groß wie möglich gesetzt, aber andererseits so eingestellt, dass das Halteelement 10 nicht mit den Innenwänden des Umlaufdurchgangs zusammenstößt. Die zweite Bedingung ist also so bestimmt, dass das Halteelement 10 einen Außendurchmesser aufweist, der beim Durchgang des Halteelements 10 durch einen Schraubennut-Umlaufdurchgang und einen Rohrumlaufdurchgang verhindert, dass das Halteelement 10 die Innenwände dieses Schraubennut-Umlaufdurchgangs und des Rohrumlaufdurchgangs berührt, oder es weist einen Außendurchmesser auf, der gleich oder kleiner als das 0,9-fache der Außendurchmesserabmessung der Lastkugel 5 ist.
Wie in den 1 bis 4 gezeigt ist, umfasst das Halteelement 10 mit Bezug auf seine Form zwei konkave Flächen 11, die jeweils den beiden angrenzenden Lastkugeln 5 gegenüberliegen, während die äußere Umfangsfläche des Halteelements 10 in Durchmesserrichtung desselben flach ist. Dank dieser Form kann das Halteelement 10 durch den Schraubennut-Umlaufdurchgang und den Rohrumlaufdurchgang ohne Zusammenstoß mit den Innenwänden dieser Umlaufdurchgänge passieren.
Unter Bezugnahme auf die Form des Halteelements 10 kann die in Durchmesserrichtung gelegene, äußere Umfangsfläche des Halteelements 10 wie in 5 gezeigt auch als eine dreiecksförmige konkave Form ausgebildet sein. In diesem Fall kann dieselbe Wirkung erzielt werden, da der Außendurchmesser des Halteelements 10 verringert ist, so dass bei einer großen Haltetoleranz der konkaven Fläche (der Stahlkugel-Haltetoleranz) es möglicht ist, zu verhindern, dass das Halteelement 10 mit den Innenwänden des gebogenen Abschnittes 12 und dem Kugelauffangabschnitt 13 des Rohrumlaufdurchgangs zusammenstößt.
Wie des Weiteren in 1 gezeigt ist, kann die Krümmung R des gekrümmten Abschnittes 12 des Rohrumlaufdurchgangs auch auf die folgende Weise festgesetzt sein. R = (BCD – Dw) / 2, wobei BCD einen Wälzkreisdurchmesser der Lastkugeln bezeichnet, Dw einen Außendurchmesser einer Lastkugel bezeichnet, und (BCD – Dw) einen Nutgrunddurchmesser bezeichnet. Durch Festsetzen der Krümmung R (d.h. einer Radiuskrümmung) des gekrümmten Abschnittes 12 des Rohrumlaufdurchgangs auf einen relativ großen Wert, kann auf diese Weise das Halteelement 10 daran gehindert werden, mit dem gebogenen Abschnitt 12 zusammenzustoßen; dies ermöglicht einen stabilen Umlauf des Halteelements 10.
Wenn übrigens der Abstand zwischen den Lastkugeln 5 groß ist, tritt beim Durchgang der Kugeln 5 durch den gebogenen Abschnitt des Rohrumlaufdurchgangs dieselbe Tendenz auf, wie bei einem großen Außendurchmesser des Halteelements 10. Durch Festsetzen des Abstands zwischen den Lastkugeln 5 gleich oder kleiner als das 1,3-fache des Außendurchmessers der Lastkugel 5 kann der Außendurchmesser des Halteelements 10 auf den oben erwähnten Bereich gesetzt werden, so dass der oben erwähnte Effekt erwartet werden kann.
Übrigens ist die vorliegende technische Lehre nicht auf das oben erwähnte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind verschiedene Abänderungen und Abwandlungen möglich.
[Ausführungsbeispiel]
1 zeigt einen eingesetzten Zustand eines Halteelements 10 in einem Schnitt desselben, der im Wesentlichen senkrecht zur axialen Richtung desselben verläuft, wenn das Halteelement 10 in eine Kugelumlaufspindelvorrichtung eingesetzt wird, bei der ein Lastkugel-(Stahlkugel)durchmesser 3,175 mm beträgt, ein Durchmesser der Kugelspindel in axialer Richtung 32 mm beträgt und eine Steigung 5 mm beträgt. In diesem Fall weist das Halteelement 10 einen Außendurchmesser von 90 % des Außendurchmessers der Lastkugel 5 auf, während der Abstand zwischen Lastkugeln 5 115 % des Außendurchmessers der Lastkugel 5 beträgt. Wie in der 1 zu erkennen ist, kann das Halteelement 10 nicht mit den Innenwänden des Schraubennut-Umlaufdurchgangs mit vorbestimmter Krümmung und den Innenwänden des gekrümmten Abschnittes 12 und des Kugelauffangabschnittes 13 des Kugelumlaufdurchgangs zusammenstoßen. Bei diesem Zustand zeigen Testergebnisse, dass es bezüglich der tatsächlichen Drehmomentcharakteristiken und der Haltbarkeit des Halteelements keine Probleme gibt.
6 zeigt eine grafische Darstellung der Testergebnisse der Drehmomentcharakteristik einer herkömmlichen Kugelumlaufspindelvorrichtung, bei welcher der Außendurchmesser des Halteelements das 0,95-fache des Außendurchmessers einer Lastkugel beträgt. Da in diesem Fall das Halteelement 10 mit dem gekrümmten Abschnitt 12 des Rohrumlaufdurchgangs zusammenstößt, gibt es einen Anstieg (Bart) im Drehmoment eines Zyklus, wenn das Halteelement 10 den gebogenen Abschnitt 12 passiert.
7 zeigt eine grafische Darstellung der Testergebnisse der Drehmomentcharakteristik einer Kugelumlaufspindelvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem der Außendurchmesser des Halteelements das 0,9-fache des Außendurchmessers einer Lastkugel beträgt. In diesem Fall stößt das Halteelement 10 nicht mit dem gebogenen Abschnitt 12 des Rohrumlaufdurchgangs zusammen und verursacht auch keinen Anstieg (Bart) im Drehmoment, wenn das Halteelement 10 den gebogenen Abschnitt 12 passiert. Somit ist zu sehen, dass die Drehmomentcharakteristik bei der vorliegenden Kugelumlaufspindelvorrichtung verbessert ist.
Wie oben beschrieben wurde, kann gemäß der Ausführungsbeispiele die Verringerung der Anzahl der Lastkugeln soweit wie möglich gesteuert werden, um dadurch eine Verschlechterung in der Lastaufnahmefähigkeit und Festigkeit der Kugelumlaufspindelvorrichtung zu verhindern, da zwischen jeweils zwei angrenzenden Lastkugeln ein Halteelement angeordnet ist, das zwei konkave Flächen aufweist, die jeweils diesen beiden Lastkugeln gegenüberliegen, selbst wenn das Halteelement zwischen seinen beiden jeweils angrenzenden Lastkugeln angeordnet ist; außerdem kann die Reibung zwischen den Lastkugeln und Halteelementen soweit als möglich verringert werden, um dadurch die Umlaufleistung der Halteelemente zu verbessern. Des Weiteren wird verhindert, dass die Lastkugeln aneinander stoßen, was einen verringerten Wirkungsgrad beim Betrieb der Lastkugeln, die Lärmerzeugung, die Verschlechterung der Qualität des erzeugten Lärms und die Reibung und Beschädigung der Lastkugeln verhindert.
Da zusätzlich die Beziehung zwischen dem Außendurchmesser des Halteelements und dem Außendurchmesser der Lastkugeln auf geeignete Weise berücksichtigt wird, kann ein Zusammenstoßen der Halteelemente mit den Innenwänden der Umlaufdurchgänge verhindert werden, um so die Lastkugeln stabil umlaufen zu lassen. Dies verhindert sowohl Drehmomentänderungen als auch einen Abrieb der Halteelemente, um dadurch deren Lebensdauer zu erhöhen.
Zwischen zwei jeweils angrenzenden Lastkugeln 5 ist ein Halteelement 10 mit zwei konkaven Flächen 11 angeordnet, die jeweils den beiden angrenzenden Lastkugeln 5 gegenüberliegen. Das Halteelement 10 weist eine äußere Durchmesserabmessung auf, die gleich oder größer als das 0,5-fache der Außendurchmesserabmessung der Lastkugel 5 ist. Des Weiteren weist das Halteelement 10 eine Außendurchmesserabmessung auf, die beim Durchgang des Halteelements 10 durch einen Schraubennut-Umlaufdurchgang und einen Rohrumlaufdurchgang verhindert, dass das Halteelement 10 die Innenwände des Schraubennut-Umlaufdurchgangs und des Rohrumlaufdurchgangs berührt, oder es weist eine Außendurchmesserabmessung auf, die gleich oder kleiner als das 0,9-fache der Außendurchmesserabmessung der Lastkugel ist. Entsprechend ist es möglich, eine Kugelspindelvorrichtung vorzusehen, die verhindert, dass ein Halteelement mit den Innenwände der Umlaufdurchgänge zusammenstößt, so dass die Lastkugeln stabil umlaufen und sowohl Drehmomentänderungen als auch der Verschleiß der Halteelemente verhindert wird, um so deren Lebensdauer zu erhöhen.

Claims

Kugelumlaufspindelvorrichtung mit: einer Schraubenwelle (1 ), die eine wendelförmige Schraubennut (3) an ihrer äußeren Umfangsfläche aufweist; einem Mutternelement (2), das eine wendelförmige Schraubennut (4) an ihrer inneren Umfangsfläche, wobei die wendelförmigen Schraubennuten (3, 4) jeweils einander gegenüber liegen und einen wendelförmigen Schraubennut-Umlaufdurchgang bilden, einem Rücklaufdurchgang, der in dem Mutternelement (2) ausgebildet ist und durchgängig mit dem wendelförmigen Schraubennut-Umlaufdurchgang verbunden ist, einer Mehrzahl von Lastkugeln (5), die in dem wendelförmigen Schraubennut-Umlaufdurchgang und dem Rücklaufdurchgang angeordnet sind, wobei die aus dem Schraubennut-Umlaufdurchgang herausgenommenen Lastku geln (5) durch den Umlaufdurchgang wieder in den Schraubennut-Umlaufdurchgang zurückgeführbar sind, einer Mehrzahl von Halteelementen (10), die jeweils zwischen zwei angrenzenden Lastkugeln (5) angeordnet sind, wobei Halteelemente (10) jeweils zwei konkave Flächen (11) aufweisen, die jeweils den beiden Lastkugeln (5) gegenüberliegen, und ein Außendurchmesser (ds) des Halteelements (10) im Bereich des 0,5 bis 0,9-fachen des Außendurchmessers (Dw) der Lastkugel (5) ist.
Kugelumlaufspindelvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Mehrzahl der Lastkugeln (5) und Halteelemente (10) mit Spiel (S1 > 0) angeordnet sind,
Kugelumlaufspindelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein maximaler Abstand (S2) zwischen zwei benachbarten Lastkugeln (5) die folgende Bedingung erfüllt: S2 < 0,8 × ds, wobei S2 der maximal mögliche Abstand zwischen zwei benachbarten Lastkugeln (5), und ds der Außendurchmesser des Halteelements (10) ist.
Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine äußere Umfangsfläche in Durchmesserrichtung des Halteelements (10) in konkaver Form ausgebildet ist.
Kugelumlaufspindelvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die äußere Umfangsfläche in Durchmesserrichtung des Halteelements (10) in dreiecksförmig-konkaver Form ausgebildet ist.
Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine äußere Umfangsfläche in Durchmesserrichtung des Halteelements (10) flach ausgebildet ist.
Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Krümmungsradius eines gebogenen Abschnittes (12) im Rücklaufdurchgang die folgende Gleichung erfüllt: R=(BCD-Dw)/2, wobei R den Krümmungsradius, BCD einen Durchmesser eines Wälzkreises der Lastkugel (5) und Dw einen Außendurchmesser der Lastkugel (5) bezeichnet.