DE2627025A1 - LOOSE SPHERICAL SPACER FOR A BALL CIRCUIT OF A SCREW CONNECTION - Google Patents
LOOSE SPHERICAL SPACER FOR A BALL CIRCUIT OF A SCREW CONNECTIONInfo
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Description
"Loser kugelförmiger Abstandskörper eines Kugeluralaufes einer Schraubverbindung""Loose spherical spacer of a spherical barrel of a screw connection"
Die Erfindung bezieht sich auf einen zwischen zwei Wälzkugeln eines Kugelumlaufes einer Schraubverbindung, insbesondere eines Lenkschnecken-Getriebes, lose angeordneten kugelförmigen Abstandskörper. Derartige Abstandskörper dienen im wesentlichen dazu, ein Gleiten unmittelbar zwischen den Wälzkugeln zu vermeiden. Dieses Gleiten erfolgt an punktförmigen Kugelflächen und verursacht daher hohen Verschleiß. Insbesondere bei Lenkschnecken-Getrieben ist jedoch eine spielfreie, reibungsarme Verbindung zwischen Lenkschnecke und Lenkmutter unumgänglich.The invention relates to a screw connection between two rolling balls of a recirculating ball, in particular a steering worm gear, loosely arranged spherical spacers. Such spacers are used essentially to avoid sliding directly between the rolling balls. This sliding takes place on point-shaped spherical surfaces and therefore causes high wear. In particular in the case of steering worm gears, however, there is a backlash-free, low-friction gear Connection between steering worm and steering nut is essential.
Bildet man den Abstandskörper als Kugel aus, dann ergibt sich ein gutes Abrollverhalten zu den Wälzkugeln. Nachteilig ist dabei jedoch, daß ein großer Kugeldurchmesser erforderlich XS soll der Abstandskörper nicht als Keil zwischen Wälzkugel und Wälzbahn wirken. Durch den großen Kugeldurchmesser des Abstandskörpers wird jedoch die Zahl der Wälzkugeln des Kugelumlaufes in einem unerwünschten Maße verringert.If the spacer is designed as a ball, the result is good rolling behavior with respect to the rolling balls. Is disadvantageous however, that a large ball diameter is required XS the spacer should not act as a wedge between the rolling ball and rolling track. Due to the large ball diameter of the spacer however, the number of rolling balls of the recirculating ball is reduced to an undesirable extent.
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- -ff - Daim 11 150/4 - -ff - Daim 11 150/4
«μ«Μ
Dei einem bekannten Kugellager (US-PS 3 058 789) ist der zwischen zwei Wälzkugeln lose angeordnete Abstandskörper als kubischer Zylinder ausgebildet, dessen Durchmesser etwa gleich dem Wälzkugeldurchmesser ist. Neben der unerwünscht starken Verringerung der Wälzkugeln ist bei diesem Kugellager noch nachteilig, daß zwischen den Wälzkugeln und den Stirnflächen des Abstandskörpers Gleiten unter Punktberührung auftritt.One known ball bearing (US Pat. No. 3,058,789) is the Spacer bodies loosely arranged between two rolling balls are designed as a cubic cylinder, the diameter of which is approximately is equal to the rolling ball diameter. In addition to the undesirably large reduction in the rolling balls, this ball bearing still disadvantageous that between the rolling balls and the end faces of the spacer slide with point contact occurs.
Während sich die Erfindung auf im wesentlichen in sich starre Abstandskörper bezieht, ist es bei Kugellagern (US-PS 3 037 827) bekannt, als federnde Abstandskörper Schraubenfedern zu verwenden, deren Enden formschlüssig an den benachbarten Wälzkugeln angreifen. Um das Zusammenpressen der Federwindungen auf Block zu verhindern, sind in den Schraubenfedern Sicherungsbolzen gehaltert, deren Stirnenden mit je einer konkaven Stützfläche versehen sind. Wenn das zulässige Maß der Federpressung erreicht ist, legen sich die benachbarten Wälzkugeln an die Stützflächen an, so daß ein Restfederweg sichergestellt ist.While the invention relates to essentially rigid spacers, it is with ball bearings (US Pat. No. 3,037,827) known to use coil springs as resilient spacers, the ends of which engage positively on the neighboring rolling balls. About the compression of the coils of the spring To prevent blockage, there are safety bolts in the coil springs held, the ends of which are each provided with a concave support surface. If the allowable amount of spring compression is reached, the adjacent rolling balls lie against the support surfaces, so that a residual spring deflection is ensured is.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht im wesentlichen darin, die durch die Anordnung von AbStandskörpern zwangsläufig bedingte Verringerung der Zahl der Wälzkugeln bei einem Kugelumlauf möglichst klein zu halten.The object on which the invention is based essentially consists in it, created by the arrangement of spacers to keep the inevitable reduction in the number of rolling balls as small as possible in a recirculating ball.
Ausgehend von einem kugelförmigen Abstandskörper der eingangs genannten Art ist die erläuterte Aufgabe in vorteilhafter Weise gelöst durch je eine konkave Gleitfläche für die Wälzkugeln. Starting from a spherical spacer of the type mentioned at the outset, the explained object is more advantageous Way solved by a concave sliding surface for the rolling balls.
Bei dem Abstandskörper nach der Erfindung weisen die beiden benachbarten Wälzkugeln einen geringeren Abstand zueinanderIn the spacer body according to the invention, the two adjacent rolling balls have a smaller distance from one another
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-Z- -Z- Daim 11 I50ADaim 11 I50A
auf als es dem Durchmesser der konvexen Restfläche des Abstandskörpers entspricht. Auf diese Weise können im Kugelumlauf mehr Wälzkugeln untergebracht werden, als wenn der Abstandskörper volle Kugelgestalt hätte. Schließlich ist es bei dem Abstandskörper nach der Erfindung besonders vorteilhaft, daß beim Gleiten der Wälzkugeln an den konkaven Gleitflächen keine Punktberührung auftritt. Verwendet man einen Kunststoff aus der Gruppe der Polyamide als Werkstoff für den Abstandskörper nach der Erfindung, so erhält man eine sehr gute Gleiteigenschaft bei hoher Festigkeit der Abstandskörper. than the diameter of the remaining convex surface of the spacer is equivalent to. In this way, more rolling balls can be accommodated in the recirculating ball than if the spacer body would have full spherical shape. Finally, in the case of the spacer body according to the invention, it is particularly advantageous that no point contact occurs when the rolling balls slide on the concave sliding surfaces. If you use one Plastic from the group of polyamides as the material for the spacer body according to the invention is obtained very good sliding properties with high strength of the spacers.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der kleinste gegenseitige Abstand der konkaven Gleitflächen zwischen O % und 20 % des Wälzkugeldurchmessers beträgt. Hierbei kann der Durchmesser der konvexen Restfläche des Abstandskörpers noch so groß gehalten sein, daß sich eine gute Führung für den Abstandskörper durch die Wälzbahnen der Wälzkugeln ergibt.It is particularly advantageous if the smallest mutual distance between the concave sliding surfaces is between 0 % and 20 % of the rolling ball diameter. Here, the diameter of the remaining convex surface of the spacer can be kept so large that there is good guidance for the spacer through the rolling paths of the rolling balls.
Bei einem Kugelumlauf einer Schraubverbindung weisen die Wälzbahnen an den Stellen für den Ein- und Austritt der Wälzkugeln zwangsläufig Unstetigkeiten auf. Weitere Unstetigkeiten können die Führungsbahnen der Wälzkugeln für deren Rückführung vom Austritt zum Eintritt aufweisen. Bei dem Abstandskörper nach der Erfindung sind beim Passieren von Unstetigkeiten Zwängungen gegenüber Wälzkugeln und Wälz- bzw. Führungsbahnen weitgehend vermieden durch eine Symmetrie-Ebene für die konvexe Restfläche und eine zur Symmetrie-Ebene senkrechte Bezugsachse, auf der die beiden Krümmungsmittelpunkte der konkaven Gleitflächen liegen.In the case of a ball circulation of a screw connection, the rolling paths point at the points for the entry and exit of the rolling balls inevitably discontinuities. The guideways of the rolling balls for their return can cause further discontinuities exhibit from exit to entry. In the case of the spacer body according to the invention, discontinuities are encountered when passing Constraints on rolling balls and rolling or guideways largely avoided by a plane of symmetry for the convex remaining surface and a reference axis perpendicular to the plane of symmetry, on which the two centers of curvature of the concave sliding surfaces.
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-M- -M- Daim 11 150/4Daim 11 150/4
Bei dem Abstandskörper nach der Erfindung kann die Bezugsachse für die Krümmungsmittelpunkte der konkaven Gleitflächen mit der Verbindungsachse der Krümmungsmittelpunkte der beiden Wälzkugeln zusammenfallen. Ist die Anordnung nun so getroffen, daß die Bezugsachse exzentrisch zur Verbindungsachse der Krümmungsmittelpunkte der beiden Wälzkugeln liegt, dann ergibt sich ein geringeres Spiel zwischen der konvexen Restfläche und der äußeren Wälzbahn infolge eines größeren Durchmessers der konvexen Restfläche. Damit ist eine besonders gute Führung des Abstandskörpers in den Wälzbahnen erreicht.In the spacer body according to the invention, the reference axis for the centers of curvature of the concave sliding surfaces coincide with the connecting axis of the centers of curvature of the two rolling balls. Is the arrangement now taken so that the reference axis is eccentric to the connection axis the center of curvature of the two rolling balls is, then there is less play between the convex remaining surface and the outer rolling path as a result of a larger diameter of the convex remaining surface. So is a particularly good guidance of the spacer in the rolling tracks is achieved.
Weiterhin hat es sich bei dem Abstandskörper nach der Erfindung als vorteilhaft erwiesen, daß der Schubwinkel zwischen zwei durch den Krümmungsmittelpunkt einer konkaven Gleitfläche gehenden Achsen, von denen die eine den Krümmungamittelpunkt der konvexen Restfläche und die andere den Krümmungsmittelpunkt der mit der konkaven Gleitfläche zusammenarbeitenden Wälzkugel enthält, nicht größer als 20 ist. Hierbei hält sich die zwischen Abstandskörper und innerer Wälzbahn infolge der zentripetalen Schubkomponente, die von den Wälzkugeln auf den Abstandskörper ausgeübt wird, auftretende Reibung in zulässigen Grenzen.Furthermore, it has proven to be advantageous in the spacer body according to the invention that the thrust angle between two axes passing through the center of curvature of a concave sliding surface, one of which is the center of curvature the convex residual surface and the other the center of curvature of the cooperating with the concave sliding surface Contains rolling ball is not larger than 20. This holds between the spacer and the inner roller track as a result of the centripetal thrust component exerted by the rolling balls on the spacer body, occurring friction within permissible limits.
Sieht man schließlich bei dem Abstandskörper nach der Erfindung eine zur Bezugsachse im wesentlichen zentrische Ausnehmung, die in die konkaven Gleitflächen ausmündet, vor, dann kann der Abstand zwischen den Wälzkugeln kleiner gehalten sein als der kleinste Abstand zwischen den beiden konkaven Gleitflächen.Finally, if one sees in the spacer body according to the invention a recess which is essentially central to the reference axis, which opens into the concave sliding surfaces, then the distance between the rolling balls can be kept smaller than the smallest distance between the two concave sliding surfaces.
Wie der Abstandskörper nach der Erfindung im einzelnen ausgebildet sein kann, ist im folgenden anhand von drei in derHow the spacer formed according to the invention in detail can be, is in the following with reference to three in the
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- X - Daim 11 150A - X - Daim 11 150A
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen für den Kugelumlauf zwischen Lenkschnecke und Lenkmutter einer Servolenkung beschrieben. In der Zeichnung bedeutenExemplary embodiments shown in the drawing for the recirculating ball described between the steering worm and steering nut of a power steering. In the drawing mean
Fig. 1 einen Schnitt durch den mit erfindungsgegemäßen Abstandskörpern versehenen Kugelumlauf in einer die Lenkschneckenachse enthaltenden Ebene,Fig. 1 is a section through the with according to the invention Spacer provided ball circulation in one containing the steering worm axis Level,
Fig. 2 einen Teilquerschnitt durch den Kugelumlauf der Fig. 1 nach Linie H-II,FIG. 2 shows a partial cross-section through the recirculating ball of FIG. 1 along line H-II,
Fig. 3 einen um 90 gedreht gezeichneten Teilquerschnitt durch den Kugelumlauf der Fig. 1 nach Linie HI-III mit einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandskörpers in einem vergrößerten Maßstab,3 shows a partial cross-section drawn rotated by 90 by the recirculating ball of Fig. 1 along line HI-III with a first embodiment of the spacer according to the invention on an enlarged scale,
Fig. k ein dem Teilquerschnitt der Fig. 3 entsprechender Teilquerschnitt mit einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandekörpers , undFIG. K shows a partial cross section corresponding to the partial cross section of FIG. 3 with a second embodiment of the spacer body according to the invention, and FIG
Fig. 5 ein dem Teilquerschnitt der Fig. 3 entsprechender Teilquerschnitt mit einer dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen AbStandskörpers.FIG. 5 is a corresponding to the partial cross section of FIG. 3 Partial cross-section with a third embodiment of the spacer according to the invention.
Zwischen schraubenförmig zur Lenkschneckenachse 17 verlaufenden Wälzbahnen 6 und 7 von Lenkschnecke 8 und LenkmutterBetween helically to the steering worm axis 17 extending rolling paths 6 and 7 of the steering worm 8 and steering nut
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? - ? - Daim 11 150ADaim 11 150A
sind WHlzkugeln 10 eines Kugelumlaufes 11 geführt, zwischen denen erfindungsgemäße Abstandskörper 12 lose angeordnet sind. An den beiden Enden der Wälzbahn 7 mündet je eine Öffnung 13 der Lenkmutter 9· In die Öffnungen 13 ist je ein Schenkel 14 eines U-förmigen Rückführungsrohres 15 bewegungsfest eingesetzt. Um den Übertritt zwischen Wälzbahn 6 bzw. 7 und Rückführungsrohr 15 für die Wälzkugeln 10 zu erleichtern, sind die Schenkel l4 an ihren freien Enden mit in den Zwischenraum zwischen Wälzbahnen 6 und.7 hineinragendenLeitzungen 16 versehen. WHlzkugeln 10 of a recirculating ball 11 are guided between which spacers 12 according to the invention are loosely arranged. An opening 13 opens out at each of the two ends of the rolling track 7 of the steering nut 9 · In each of the openings 13 there is a leg 14 a U-shaped return pipe 15 used in a fixed manner. Around the transition between rolling track 6 or 7 and return pipe 15 to facilitate the rolling balls 10, the legs l4 are at their free ends with in the space between roller tracks 6 and 7 protruding lines 16 provided.
Gemäß Fig. 3 ist der Abstandskörper 12 mit je einer konkaven Gleitfläche 18 für die beiden benachbarten Wälzkugeln 10 versehen. Die Krümmungsmittelpunkte 19 der Gleitflächen l8 liegen auf einer Bezugsachse 20, die beim Ausführungsbeispiel dieser Fig. 3 mit der Verbindungsachse 21 der Krümmungsmittelpunkte 22 der Wälzkugeln 10 fluchtet bzw. zusammenfällt« Der kleinste gegenseitige Abstand 23 der Gleitflächen 18 beträgt etwa 1 mm, während der Durchmesser 2k der Wälzkugeln etwa 9 mm beträgt. Die konvexe Restfläche 25 des Abstandskörpers 12 bildet einen in sich geschlossenen Abschnitt einer Kugeloberfläche, durch deren Krümmungsmittelpunkt 26 sowohl die Symmetrie-Ebene 27 der Restfläche 25 als auch die zur Symmetrie-Ebene 27 senkrechte Bezugsachse 20 gehen. Die Größe des Durchmessers 28 der Restfläche 25 ist durch den Abstand zwischen der Bezugsachse 20 und der inneren Wälzbahn 6 bestimmt. According to FIG. 3, the spacer body 12 is each provided with a concave sliding surface 18 for the two adjacent rolling balls 10. The centers of curvature 19 of the sliding surfaces 18 lie on a reference axis 20 which, in the exemplary embodiment of this FIG. 3, is aligned or coincides with the connecting axis 21 of the centers of curvature 22 of the rolling balls 10 2k of the rolling balls is about 9 mm. The convex residual surface 25 of the spacer 12 forms a self-contained section of a spherical surface, through the center of curvature 26 of which both the plane of symmetry 27 of the residual surface 25 and the reference axis 20 perpendicular to the plane of symmetry 27 pass. The size of the diameter 28 of the remaining surface 25 is determined by the distance between the reference axis 20 and the inner rolling path 6.
Bei der Ausführungβform des erfindungsgemäßen Abstandskörpers 12 nach Fig. k weist die sowohl durch den Krümmungsmittel-. K has in the Ausführungβform of the spacer body 12 according to the invention according to FIG both by the Krümmungsmittel-
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- 7 - - 7 - Daim 11 150/4Daim 11 150/4
punkt 26 der konvexen Restfläche 25 gehende als auch senkrecht auf der Symmetrie-Ebene 27 der Restfläche 25 stehende Bezugsachse 20 der Krümmungsmittelpunkte 19 der beiden konkaven Gleitflächen 18 eine derartige Exzentrizität 29 gegenüber der Verbindungsachse 21 der Krümmungsmittelpunkte 22 der beiden Wälzkugeln 10 auf, daß die Bezugsachse 20 einen größeren Abstand zur inneren Wälzbahn 6 aufweist als die Verbindungsachse 21. Auf diese Weise ist der Durchmesser der konvexen Restfläche 25 größer als beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3· Dadurch ist auch das Spiel zwischen Restfläche 25 und äußerer Wälzbahn 7 geringer, wodurch sich eine bessere Führung für den Abstandskörper ergibt. Die Durchmesser 24 der Wälzkugeln 10 sind für beide Ausführungsformen gleich groß. point 26 of the convex remaining surface 25 as well as standing perpendicular to the plane of symmetry 27 of the remaining surface 25 Reference axis 20 of the centers of curvature 19 of the two concave sliding surfaces 18 such an eccentricity 29 opposite the connecting axis 21 of the centers of curvature 22 of the two rolling balls 10 on that the reference axis 20 a has a greater distance from the inner rolling track 6 than the connecting axis 21. In this way, the diameter the convex remaining surface 25 is larger than in the embodiment of FIGS Remaining surface 25 and outer rolling track 7 less, which means results in better guidance for the spacer body. The diameter 24 of the rolling balls 10 are the same for both embodiments.
Durch die Exzentrizität 29 entsteht ein Schubwinkel<</zwischen der Bezugsachse 20 und der durch die beiden Krümmungsmittelpunkte 19 einer Gleitfläche l8 und ihrer zugehörigen Wälzkugel 10 gehenden Achse 30. Der Schubwinkel d> soll jedoch nicht größer als 20 sein, damit die Zentripedalkomponente 31 der von den Wälzkugeln 10 auf den Abstandskörper 12 ausgeübten Schubkraft nicht so groß wird, daß die resultierende Reibkraft zwischen innerer Wälzbahn 6 und der Restfläche 25 unzulässige Werte annimmt. Auch beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 beträgt die Größe des Abstandes 23 zwischen den beiden Gleitflächen 18 nur etwa 1 mm.By the eccentricity 29, a thrust angle << / between the reference axis 20 and through the two centers of curvature 19 of a sliding surface l8 and its associated pitch sphere 10 is formed continuous axis 30. The thrust angle d However> is not greater than 20, so that the Zentripedalkomponente 31 of the The thrust force exerted by the rolling balls 10 on the spacer body 12 does not become so great that the resulting frictional force between the inner rolling path 6 and the remaining surface 25 assumes impermissible values. In the embodiment of FIG. 4, too, the size of the distance 23 between the two sliding surfaces 18 is only about 1 mm.
Bei der dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abstandskörpers 12 nach Fig. 5 fallen die Krümmungsmittelpunkte 19 und 22 einer konkaven Gleitfläche 18 und ihrer zugehörigen Wälzkugel 10 und damit auch Bezugsachse 20 und Verbindungs-In the third embodiment of the spacer according to the invention 12 according to FIG. 5, the centers of curvature 19 and 22 of a concave sliding surface 18 and their associated surfaces fall Rolling ball 10 and thus also reference axis 20 and connection
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-X - Daim 11 150A -X - Daim 11 150A
achse 21 zusammen. Durch den Krümmungsmittelpunkt 26 der konvexen Restfläche 25 gehen wiederum sowohl deren Symmetrie-Ebene 27 als auch die zu letzterer senkrechte Bezugsachse 20. Zentrisch zur Bezugsachse 20 ist im Abstandskörper 12 eine zylindrische Ausnehmung 32 vorgesehen, die in die Gleitflächen 18 ausmündet. Der Durchmesser der Ausnehmung 32 ist lediglich so groß bemessen, daß zwischen den beiden Wälzkugeln 10 ein freier Sicherheitsabstand 33 von etwa 0,3 "Mi auch bei hohen Schubkräften aufrechterhalten bleibt. Wie ein Vergleich mit der Ausführungsform von Fig. 3 zeigt - der Durchmesser 2k der Wälzkugeln 10 ist bei beiden Ausführungsformen gleich groß - ist durch die Ausnehmung 32 sowohl ein geringerer Abstand zwischen den Wälzkugeln 10 und damit eine höhere Anzahl von Wälzkugeln als auch eine Vergrößerung des Durchmessers 28 der konvexen Restfläche 25 und damit eine bessere Führung für den Abstandskörper 12 erreicht.axis 21 together. Through the center of curvature 26 of the remaining convex surface 25, in turn, both its plane of symmetry 27 and the reference axis 20 perpendicular to the latter go. The diameter of the recess 32 is only so large that a free safety distance 33 of about 0.3 "Mi is maintained between the two rolling balls 10 even with high thrust forces. As a comparison with the embodiment of FIG. 3 shows - the diameter 2k of the rolling balls 10 is the same size in both embodiments - the recess 32 results in a smaller distance between the rolling balls 10 and thus a higher number of rolling balls as well as an enlargement of the diameter 28 of the convex remaining surface 25 and thus better guidance for the spacer body 12 achieved.
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Claims (1)
durch je eine konkave Gleitfläche (l8) für die Wälzkugeln
(10).Characterized loosely arranged spherical spacer bodies between two rolling balls of a recirculating ball bearing of a screw connection, in particular a steering worm gear
by a concave sliding surface (l8) for the rolling balls
(10).
und die andere (30) den Krümmungsmittelpunkt (22) der mit derSpacer according to one or more of Claims 1 to k , characterized in that the thrust angle (06) between two axes (20 and 30) passing through the center of curvature (19) of a concave sliding surface (18), one of which (20) denotes Center of curvature (26) of the remaining convex surface (25)
and the other (30) the center of curvature (22) with the
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