DE2149392B1 - Kugelgewindespindelmutter mit wenigstens einem einzelueberlauf-einsatzstueck - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Kugelgewindespindelmutter mit wenigstens einem Einzelüberlauf-Einsatzstück, in dem die der Rückführung der Kugeln dienende Führungsbahn als Flächenkurve mit zur Spindel weisenden, teilweise senkrechten Führungsbahnwandteilen ausgebildet ist.

Kugelgewindespindelmuttern der eingangs beschriebenen Gattung sind durch die deutsche Patentschrift 829 533 bekanntgeworden. Nach dieser Patentschrift ist es bekannt, zwischen zwei benachbarten Schraubenwindungen des Muttergewindes in der Mutter einen länglichen Schlitz anzuordnen, der durch ein Einzelüberlauf-Einsatzstück ausgefüllt wird, das einen geraden kanalartigen Querschnitt besitzt. Dieser kanalartige Querschnitt ist dem Durchmesser der Kugeln angepaßt und so gewölbt, daß die Kugeln über die Gewindeflanke, ohne diese zu berühren, in den benachbarten Gewindegang gelangen können. Dieser geradlinige, gewölbte, kanalartige Einzelüberlauf mit im wesentlichen halbkreis- oder U-förmigen Innenquerschnitt kann aber einen störungsfreien Überlauf der Kugeln nur dann gewährleisten, wenn seine Ein- und Austrittsstellen eine Raumkurve für die Kugel bilden, indem diese so gebogen und abgeschrägt sind, daß scharfe Biegestellen vermieden sind und sich ein glatter, unbehinderter offener Weg für die Kugeln ergibt, der eine Raumkurve für die Kugeln vortäuscht.

Es ist einleuchtend, daß diese Biegungen und Abschrägungen für jeden Kugeldurchmesser und für jede Gewindesteigung und für jeden Durchmesser der Spindel angepaßt sein müssen. Hieraus folgt eine ungeheure Vielzahl von Überläufen, deren wirtschaftliche Fertigung bei der notwendigen Genauigkeit erhebliche Kosten und Schwierigkeiten bereitet.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die technische Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der bisher bekannten Raumkurven eine Kugelgewindespindelmutter mit einem Einzelüberlauf-Einsatzstück so auszubilden, daß sie sich durch eine einfache Herstellbarkeit und eine bessere Anpaßbarkeit an verschiedene Spindeldurchmesser, Spindelsteigungen und Kugelgrößen auszeichnet und einen kontinuierlichen, störungsfreien Kugelumlauf gewährleistet, der Voraussetzung ist für eine maximale Lebensdauer der Kugelgewindespindelmutter.

Erreicht wird das Ziel der Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch, daß die die Last in jeweiliger Drehrichtung aufnehmende Traglinie im Muttergewinde im Übertrittsbereich der Kugeln in das Einzelüberlauf-Einsatzstück bzw. aus diesem heraus durch je eine eine Unstetigkeitsstelle bildende Abschrägung oder Senkrechte unterbrochen ist, wobei die Kugeln bei Verlassen ihrer mutterseitigen Traglinie bzw. bei Wiedereintritt in diese Traglinie sich gleichzeitig an dem senkrechten Führungsbahnwandteil abstützen und im senkrecht zum Führungsbahnwandteil verlaufenden Führungsbahnboden aufsitzen, und daß dabei ferner der senkrechte Führungsbahnwandteil des Einzelüberlauf-Einsatzstückes an den den Unstetigkeitsstellen gegenüberliegenden Seiten parallel zu den unstetigkeitsstellenfreien Traglinien im Muttergewinde abgewinkelt ist.

Der technische Fortschritt des Erfindungsgegenstandes gegenüber den bekannten Kugelgewindespindelmuttern besteht zunächst darin, daß die aufwendig zu berechnenden und herzustellenden Raumkurven der Kugelführung entfallen. Statt dessen ist lediglich die Herstellung einer Unstetigkeitsstelle erforderlich, die auf einfachste Weise durch Schleifen, Bohren oder Fräsen erstellt werden kann. Es ist dabei lediglich darauf zu achten, daß die Kugeln sich beim Verlassen der Traglinie bzw. beim Wiedereintritt in die Traglinie gleichzeitig an dem senkrechten Führungsbahnwandteil und am hierzu senkrecht verlaufenden Führungsbahnboden abstützen, wodurch ein absolut

»stolperfreier« Übergang der Kugeln von der Belastung in der Mutter in die lastfreie Lage im Überlaufstück und umgekehrt erzielt wird. Die Ermittlung dieser Unstetigkeitsstelle unterliegt nicht einer aufwendigen, mathematischen Berechnung, sie kann auf einfachste Weise mittels einer ruhenden Kugel bestimmt werden.

Ein weiterer Vorteil, der sich aus der Unstetigkeitsstelle ergibt, ist in der unmittelbaren Entlastung der Kugeln beim Eintritt in das Überlaufstück zu sehen, wodurch der Wirkungsgrad der Kraftübertragung optimal wird, da die Kraft nur dort übertragen wird, wo sie benötigt wird, nämlich im Bereich der Spindel, während die Kugeln das Überlaufstück, sogleich nach Eintritt in dieses, lastfrei durchlaufen.

Und nicht zuletzt bietet die einfache rechteckige Gestalt der Führungsbahn im Einzelüberlauf-Einsatzstück die Möglichkeit einer wohlfeilen Herstellung und einer leichten Anpaßbarkeit an unterschiedliche Größenverhältnisse der Gewindesteigung, Spindel und Kugeln.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist darin zu sehen, daß das Einzelüberlauf-Einsatzstück durch ein zylindrisches genau mittig zwischen zwei benachbarten Gewindeprofilen lediglich haftend lagegesichert in einer Gehäusebohrung eingesetztes Einsatzstück gebildet ist.

Da die Überläufe der vorbekannten Gattung ihre Lage in der Mutter nie verändern dürfen, weil die Kugeln beim Eintritt in die Raumkurve noch eine gewisse Kraft auf diese Raumkurve ausüben, die dazu führen könnte, daß die Überläufe ihre Lage verändern, ist gemäß der bekannten britischen Patentschrift 920 649 das zylindrisch ausgebildete Einzelüberlauf-Einsatzstück durch einen aufgesetzten Zapfen in einer entsprechenden Ausnehmung des Muttergehäuses gegen Verdrehung gesichert.

Demgegenüber kann nun — da die Kugeln unmittelbar nach ihrem Eintritt in das Einzelüberlauf-Einsatzstück lastfrei sind — das Einzelüberlauf-Einsatzstück beim Erfindungsgegenstand voll zylindrisch ohne besondere Arretiermittel ausgebildet und lediglich haftend, beispielsweise mittels Kunstharzklebsmitteln, gegen ein Herausfallen aus der Mutter gesichert sein, wodurch ein besonders geringer Fertigungsaufwand erzielt ist.

Im Rahmen der konstruktiven Gestaltung der Führungsbahn im Einzelüberlauf-Einsatzstück ergibt sich zunächst eine Lösung derart, daß die Bodenkurve der Kugelführungsbahn einen Kreisbogen beschreibt, bei welchem nur die Ein- und Austrittsbedingungen hinsichtlich der gleichzeitigen Anlage der Kugeln sowohl am Tragpunkt im Gewindeprofil als auch in der Bodenkurve erfüllt sind.

Eine Parallellösung kann jedoch auch darin gesehen werden, daß die Bodenkurve durch einen sich lediglich über eine Teilbreite des Bodens hinwegerstreckenden, die Ein- und Austrittsbedingungen der gleichzeitigen Anlage der Kugeln am Tragpunkt im Gewindeprofil und im Boden der Führungsbahn erfüllenden Steg gebildet ist, der von einer Nut im nunmehr ebenen und in tangentialer Richtung verlaufenden Boden des Einzelüberlauf-Einsatzstückes aufgenommen und gehalten ist.

Die Vorteile dieser zweitbeschriebenen Möglichkeit liegen neben fertigungstechnischen Vorteilen in der Gewinnung eines noch größeren Fettraumes begründet. Beide Lösungen sind jedoch in der Lage, die gestellten Forderungen einer sicheren Überführung voll zu erfüllen.

Zusammenfassend ist es damit der Erfindung gelungen, ein Einzelüberlauf-Einsatzstück zu schaffen, welches sich durch bauliche und fertigungstechnische Einfachheit ebenso auszeichnet, wie auch in einer zuverlässigen Wirkung im Rahmen des Kugelübertrittes, so daß diese neue Lösung einen erheblichen technischen Fortschritt besitzt und damit allen vorbeschriebenen Ausführungen gleicher Gattung weit überlegen ist.

Im übrigen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes in den Zeichnungen wiedergegeben; dabei zeigt

F i g. 1 eine Draufsichtsdarstellung einer Spindelmutter, im Ausschnitt gesehen, mit zwei nebeneinanderliegenden Gewindegängen sowie mit einem zylindrischen Einzelüberlauf-Einsatzstück im Schnitt gezeichnet,

Fig.2 einen Teillängsschnitt durch Mutter mit Einzelüberlauf-Einsatzstück und Spindel,

F i g. 3 ein Einzelüberlauf-Einsatzstück mit bodenseitigem Führungssteg für sich allein im Querschnitt wiedergegeben,

F i g. 4 eine Schnittdarstellung hierzu gemäß der Schnittlinie A-B der F i g. 3,

F i g. 5 eine weitere Schnittdarstellung dieses Einzelüberlauf-Einsatzstückes gemäß der Schnittlinie C-D der F i g. 3, und

F i g. 6 eine Ausführungsform eines Einzelüberlauf-Einsatzstückes ohne Führungssteg, im Schnitt gemäß der Schnittlinie A-B der F i g. 3 wiedergegeben, wobei die F i g. 3 bis 6 in einem gegenüber den F i g. 1 und 2 verkleinerten Maßstab gezeichnet sind.

Die dargestellten Bauteile und deren Zusammenwirken werden anschließend wie folgt beschrieben.

Dabei ist mit 1 das eine Spindel 15 umgebende Muttergehäuse bezeichnet, in welchem zwei benachbarte Gewindegänge mit den Gewindeflanken 3 erkennbar sind. Mit 2 ist ein zylindrisches Einzelüberlauf-Einsatzstück zwischen den äußeren Gewindeflanken 3 der beiden benachbarten Gewindegänge bezeichnet. Die Kugeln 14 laufen in den Gewindegängen entlang den Traglinien 7 in den beiden möglichen Drehrichtungen von Mutter und Spindel.

Beim Eintritt der Kugel 14 in die Führungsbahn 4, 4 α des Einzelüberlauf-Einsatzstückes verläßt die Kugel im Punkt 10 ihre Traglinien. Die bei Punkt 10 angegebene kreisförmige Kurve ist die obere Grenzlinie im Gewindeprofil, die durch einen Schrägschliff mit einer Schleifscheibe gleichzeitig im Ein- und Austrittsbereich erstellt wird, zweckmäßig nachdem die Bohrung in der Mutter für die Aufnahme des Einzelüberlauf-Einsatzstückes 2 angebracht ist. Die Schräge muß mindestens so steil sein, daß die Kugeln beim Verlassen des Tragpunktes 10 ohne Berührung dieser schrägen Ebene sich gleichzeitig an dem Punkt8 an dem senkrechten Führungsbahnwandteil 4 a abstützen und auf dem Punkt 11 im Führungsbahnboden 4 aufliegen, wobei nur noch die Massenkraft der Kugel auf die Führungsbahn 4, 4 a wirkt, die erfahrungsgemäß nicht groß genug ist, um das eingeklebte Einzelüberlauf-Einsatzstück in seiner Lage zu verändern. Statt der angeschliffenen Schräge kann auch mit einem Fräser eine senkrechte Wand entlang der kreisförmigen Kurve bei Punkt 10 erstellt werden. Die Erfüllung dieser Bedingung ergibt einen stolperfreien Ein- und Austritt der Kugeln.

Da die Kugeln 14 beim Ein- und Austritt eine räumliche Bewegung durchführen, ist der senkrechte Führungsbahnwandteil 4 a am Punkt 12 parallel zu den unstetigkeitsstellenfreien Traglinien 7 abgewinkelt. Die Erstellung dieser Abwinklung beispielsweise durch Wälzfräsen stellt keine Schwierigkeiten dar.

Die rechteckige Führungsbahn 4, 4 a ergibt einen volumenmäßig großen Fettvorratsraum, so daß mit entsprechendem Fettvorrat in der Praxis eine Dauerschmierung der Kugelgewindespindel möglich ist. Da die Bodenkurve 4 der Kugelführungsbahn 4, 4 α vom Spindeldurchmesser und der Steigung abhängig und schwierig zu berechnen ist, ergibt die Ausführungsform mit einem eingesetzten Führungssteg 5 mit dem Berührungspunkt 9 drei besondere Vorteile. Zum ersten wird dadurch der Fettraum für die Dauerschmierung weiter vergrößert. Zum zweiten kann nunmehr der Raum 6, 4 α mit der Aufnahmenut für den Bodenkurvensteg 5 einfacher hergestellt werden und ist nur noch abhängig von der Steigung, aber nicht mehr vom Spindeldurchmesser. Und zum dritten kann der in seiner Kurvenform vom Spindeldurchmesser und der Ausbildung der Gewindeflanken 3 bestimmte Bodenkurvensteg 5 hinsichtlich seiner Kurvenform empirisch bestimmt und dann in großer Zahl durch Stanzen erstellt werden.

Die Form der Kurve 5 ist im übrigen nicht kritisch. Wichtig ist nur die genaue Einhaltung der Bedingung, daß die Kugel gleichzeitig die Punkte 10, 11 und 8 berührt. Hat die Kugel den Punkt 10 verlassen, dann hängt es nur von der Drehzahl, d.h. der Geschwindigkeit der Kugel ab, ob sie durch die Fliehkraft der Bodenkurve 5 folgt, die ein Kreisbogen sein kann, der einen so großen Radius besitzt, daß die Kugel keine Berührung mit der Gewindeflanke 3 hat. Ist die Geschwindigkeit der Kugel zu gering, dann wird sie, geführt durch die senkrechten Führungsbahnwandteile 4 a, die Gewindenanke 3 überklettern, ohne die Bodenkurve 5 zu berühren.

Die mit 13 bezeichnete Kurve besitzt eine Kreisform mit genügendem Abstand vom Spindelflankendurchmesser. Der Schlitz 16 dient zur Justierung des Überlaufes.

Obwohl in der Beschreibung von dem bevorzugten Spitzbogenprofil mit definierter Traglinie 7 ausgegangen ist, läßt sich der Überlauf in gleicher Ausbildung mit Vorteil auch bei Rundbogenprofilen und sogar Trapezgewindeprofilen verwenden, da die Lage des Punktes 10, wie die Erfahrung gezeigt hat, auch bei diesen Profilen mit ausreichender Genauigkeit im Laufe der Spindel-Mutter-Lebensdauer erhalten bleibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kugelgewindespindelmutter mit wenigstens einem Einzelüberlauf-Einsatzstück, in dem die der Rückführung der Kugeln dienende Führungsbahn als Flächenkurve mit zur Spindel weisenden, teilweise senkrechten Führungswandteilen ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die die Last in jeweiliger Drehrichtung aufnehmende Traglinie (7) im Gewinde der Mutter (1) im Übertrittsbereich der Kugeln (14) in das Einzelüberlauf-Einsatzstück (2) bzw. aus diesem heraus durch je eine, eine Unstetigkeitsstelle (10) bildende Abschrägung oder Senkrechte unterbrochen ist, wobei die Kugeln bei Verlassen ihrer mutterseitigen Traglinie (7) bzw. bei Wiedereintritt in diese Traglinie (7) — jeweils in den Punkten (10) — sich gleichzeitig an dem senkrechten Führungsbahnwandteil (4 a) — jeweils in den Punkten (8) — abstützen und im senkrecht zum Führungsbahnwandteil verlaufenden Führungsbahnboden (4) — jeweils in den Punkten (11) — aufsitzen, und daß dabei ferner der senkrechte Führungsbahnwandteil (4 a) des Einzelüberlauf-Einsatzstückes an den den Unstetigkeitsstellen (10) gegenüberliegenden Seiten — bei (12) — parallel zu den unstetigkeitsstellenfreien Traglinien abgewinkelt ist.

2. Kugelgewindespindelmutter nach An- 3c spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzelüberlauf-Einsatzstüek (2) durch ein zylindrisches genau mittig zwischen zwei benachbarten Gewindeprofilen lediglich haftend lagegesichert in einer Gehäusebohrung eingesetztes Einsatzstück (2) gebildet ist.

3. Kugelgewindespindelmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenkurve (4) der Kugelführungsbahn (4, 4 a) einen Kreisbogen beschreibt, bei welchem nur die Ein- und Austrittsbedingungen hinsichtlich der gleichzeitigen Anlage der Kugeln sowohl am Tragpunkt im Gewindeprofil als auch in der Bodenkurve erfüllt sind.

4. Kugelgewindespindelmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenkurve durch einen sich lediglich über eine Teilbreite des Bodens (4) hinweg erstreckenden, die Ein- und Austrittsbedingungen der gleichzeitigen Anlage der Kugeln am Tragpunkt im Gewindeprofil und im Boden der Führungsbahn erfüllenden Steg (5) gebildet ist, der von einer Nut im nunmehr ebenen und in tangentialer Richtung verlaufenden Boden des Einzelüberlauf-Einsatzstückes aufgenommen und gehalten ist.