DE2805141A1

DE2805141A1 - Kugelumlauf-spindelantrieb

Info

Publication number: DE2805141A1
Application number: DE19782805141
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing Grad Albert; Guenter Ing Grad Blaurock
Original assignee: Deutsche Star Kugelhalter GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1978-02-07
Filing date: 1978-02-07
Publication date: 1979-08-09
Also published as: FR2416402B1; JPS6120749B2; GB2014270A; DE2805141C2; FR2416402A1; IT7912450A0; GB2014270B; CH640616A5; JPS54113762A; US4274297A; IT1123977B

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. H.Weickmann, D1PL.-PHYS. Dr.K.Fincke

Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

2805U1

ENRT 8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

Deutsche Star Kugelhalter GmbH
Ernst-Sachs-Straße 90
8720 Schweinfurt

Kugelumlauf-Spindelantrieb

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Die Erfindung betrifft einen Kugelumlauf-Spindelantrieb, umfassend eine mit einem Außengewinde versehene Spindel, eine mit einem Innengewinde gleicher Steigung versehene Spindelmutter, in den durch Innengewinde und Außengewinde gebildeten Kugelkanälen angeordnete Kugeln zur Übertragung von Axialkräften zwischen Spindel und Spindellager, weiter umfassend Rücklaufeinrichtungen zur Rückführung der Kugeln vom Auslauf der Kugelkanäle zum Einlauf derselben sowie weiter umfassend Mittel zum Ausgleich des Spiels bzw. zum Einstellen einer Vorspannung zwischen Spindel und Spindelmutter.

Derartige Spindelantriebe zeichnen sich durch geringen Reibungswiderstand sowie geringen Verschleiß aus und erlauben eine exakte, spielfreie Positionierung von zu verschiebenden Bauteilen. Die Einstellung einer Vorspannung zwischen Spindel und Spindelmutter ist vor allem bei der Verwendung als Vorschubantrieb in Präzisions-Werkzeugmaschinen von Bedeutung, um einerseits einen vibrationsfreien und ratterfreien Vorschub zu gewährleisten una andererseits ein Umkehrspiel bei einem Wechsel der Vorschubrichtung auszuschalten.

Es sind bereits Spindelantriebe der eingangs genannten Art bekannt, bei denen die Spindelmutter aus zwei axial hintereinander auf der Spindel angeordneten Teilmuttern gebildet wird, welche gegeneinander auf der Spindel verspannt werden, bis eventuell vorhandenes Spiel ausgeglichen oder die gewünschte Vorspannung erreicht ist (z.B. DT-OS 1 936 546). Bei allen bekannten Konstruktionen mit zwei Teilmuttern erfolgt die Einstellung des Spiels bzw. der Vorspannung entweder dadurch, daß bei gegeneinander drehfest angeordneten Teilmuttern ihr axialer Abstand veränderbar und fixierbar ist, oder daß bei gegeneinander in axialer Richtung festgelegten Teilmuttern diese gegeneinander verdrehbar und in ihrer Winkellage

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fixierbar sind, wobei sich Jeweils eine der Teilmuttern über die Kugeln gegen eine Plankenseite, die andere Teilmutter gegen die andere Plankenseite des Spindelgewindes anlegt.

Die Einrichtungen mit zwei Teilmuttern erfordern einen hohen Bau- und Montageaufwand und sind deshalb sehr teuer. Außerdem bauen sie lang, so daß sie einen relativ hohen Einbauraum beanspruchen. Auch ein unvermeidlicher Steigungsfehler der Spindel wirkt sich umso nachteiliger aus, je größer die Baulänge der gesamten Spindelmutter ist. Ein weiterer Nachteil der großen Baulänge ist die damit verbundene große elastische Verformung in axialer Richtung.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen gegenüber den bekannten Lösungen geringeren Bau- und Montageaufwand erfordert und welche eine geringere Baulänge aufweist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine einteilige, d.h. quer zur Achsenrichtung ungeteilte Spindelmutter vorgesehen ist, welche durch Einengung in ihrem Durchmesser veränderbar ist und daß die Gewindegänge von Spindel und Spindelmutter ,jeweils als Rinnen mit zum Rinnenboden schräg zusammenlaufenden Flanken ausgebildet sind, auf denen die Kugeln mit jeweils zwei Berührungspunkten aufliegen.

Durch die erfindungsgemäße Lösung läßt sich ein Spiel zwischen dem Spindelgewinde und den Kugeln einerseits sowie den Kugeln und dem Spindelmuttergewinde andererseits ausgleichen, indem der Durchmesser der Spindelmutter so weit eingeengt wird, daß die Kugeln oder jedenfalls der wesentliche Teil aller Kugeln in beiden Gewinden an beiden Gewindeflanken anliegen. Dadurch, daß sowohl bei der Spindel als auch bei der Spindelmutter jeweils beide Flanken tragen, jeder Gewindegang also Kräfte in

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beiden Vorschubrichtungen überträgt, wird die erforderliche Zahl der tragenden Kugein schon mit der Hälfte der Anzahl der Gewindegänge erreicht, die bei der Lösung mit zwei Teilmuttern erforderlich sind, bei der ja jede Teilmutter nur Kräfte in eine Richtung überträgt. Neben dem durch die Verwendung nur einer Spindelmutter erzielbaren geringeren Bau- und Montageaufwand ergibt sich eine wesentlich geringere Baulänge und als Folge davon ein geringerer Einfluß eines eventuell vorhandenen Stexgungsfehlers der Spindel sowie eine geringere Elastizität der Spindelmutter in Axialerichtung, was beides die Genauigkeit des Spindelantriebes wesentlich erhöht.

Um eine Einengung der Spindelmutter zu ermöglichen, kann diese erfindungsgemäß entweder relativ dünnwandig ausgebildet oder im wesentlichen in Längsrichtung geschlitzt sein. Für den Mechanismus, mit der die Einengung bewirkt wird, sind verschiedene konstruktive Lösungen vorgesehen. Nach einem Merkmal der Erfindung weist die Spindelmutter eine konische Außenmantelfläche auf, und ist von einer Hülse mit; einer entsprechenden konischen Innenmantelfläche umgeben, wobei Mittel vorgesehen sind, um die Spindelhülse mehr oder weniger weit axial in die Hülse hineinzudrücken und in ihrer Lage zu fixieren. Jedem Maß, um das die Spindelmutter in die Hülse hineingeschoben wird, entspricht ein bestimmter Innendurchmesser, so daß dieser letztere kontinuierlich eingestellt werden kann. An die konische Innenmantelfläche schließen sich erfindungsgemäß an beiden Hülsenenden zylindrische Abschnitte an, welche mit je einem Innengewinde versehen sind, wobei in diese Innengewinde einschraubbare Schraubringe zur Einstellung und Fixierung der axialen Lage der Spindelmutter in der Hülse vorgesehen sind.

In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die Spindelmutter eine zylindrische Außenmantelfläche aufweist, daß sie von einer mit wenigstens einem

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Längsschlitz versehenen Hülse mit einer entsprechenden zylindrischen Innenmantelfläche eng umgeben ist, die mittels den oder die Längsschlitze überbrückenden Schraubverbindungen oder dgl. in ihrem Durchmesser veränderbar ist und daß Mittel zur axialen Fixierung der Spindelmutter in der Hülse vorgesehen sind. Die Mittel zur axialen Fixierung können nach einem Merkmal der Erfindung durch zwei Sicherungsringe oder dergleichen gebildet werden, welche in in die Innenmantelfläche der Hülse eingestochene Nuten einrastbar sind. Nach einem anderen Merkmal der Erfindung kann einer dieser Sicherungsringe auch durch einen fest mit der Hülse verbundenen oder einstückig mit; dieser ausgebildeten Anschlag ersetzt werden.

Um die Kräfte für die Einengung der Spindelmutter möglichst gering zu halten, kann diese geschlitzt sein, wie bereits erwähnt wurde. Dabei ist nach einem Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß die Spindelmutter mit wenigstens einem im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden Ausgleichsschlitz versehen ist. Ein einzelner Ausgleichsschlitz ist fertigungstechnisch sehr einfach, während mehrere Ausgleichsschlitze die Rundheit der Spindelmutter bei verschiedenen Einengungszustanden verbessert. Die Ausgleichsschlitze können erfindungsgemäß längs Mantellinien oder schräg zur Spindelmutterachse verlaufen oder auch spiralförmig zur Spindelmutterachse angeordnet sein.

Eine günstige Form der Gewindegänge von Spindel und Spindelmutter ergibt sich erfindungsgemäß dann, wenn sie etwa die Form eines Spitzbogens aufweisen, dessen beide Bogenteile als Kreisbögen mit einem gegenüber dem Kugelradius größeren Radius ausgebildet sind. Dabei sind die Flanken der Gewindegänge von Spindel und Spindelmutter im Bereich der Berührung mit den Kugeln vorzugsweise etwa 45° zur Spindelachse geneigt und die Berührungspunkte der Kugeln mit den Flanken der Gewindegänge

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etwa auf einem 45°-Breitenkreis zu einer parallel zur Spindelachse liegenden Ä'quatorialebene angeordnet.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Gewindegänge der Spindelmutter im Bereich des oder der Ausgleichsschlitze zum Zwecke eines stoßfreien Passierens der Kugeln ausgerundet,

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß wenigstens einer der Ausgleichsschlitze in der Spindelmutter im Querschnitt gesehen einen erweiterten Bereich aufweist, welcher als RUckführkanal für die Kugeln dient. In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß wenigstens einer der Schlitze in der Spindelmutter zur Aufnahme eines Umlenk- und/oder Rückführkanäle für die Kugeln enthaltenden Einsatzes ausgebildet ist. Damit dieser Einsatz die Einengung der Spindelmutter nicht behindert, ist dieser in Umfangsrichtung elastisch ausgebildet oder mit seitlichem Spiel in den Schlitz der

Spindelmutter eingesetzt. Die Umlenk- und/oder Rückfuhrkanale können radial nach außen oder radial nach innen offen sein.

Weitere Merkmale sowie Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen sowie aus der Beispielsbeschreibung. Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Spindel, eine Spindelmutter sowie eine letztere umgebende geschlitzte Hülse;

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Linie II-II in Pig. U

Fig. J> ' einen Längsschnitt durch eine Spindel, eine

Spindelmutter mit konischer Außenmantelfläche sowie eine Hülse mit konischer Innenmantelflächej

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Fig. K einen Querschnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 4 im Bereich des Kugelkanals und des Ausgleichsschlitzes;

Fig. 6 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 3 im Bereich eines Kugelkanals;

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Spindelantrieb gemäß den Fig. 3 bis 6 im Bereich des Spindelhülsenendes;

Fig. 8 einen Schnitt gemäß der Linie VIII-VIII in Fig. 7; Fig. 9 einen Schnitt gemäß der Linie IX-IX in Fig. 7;

Fig. 10 eine Darstellung gemäß Fig. 7 eines anderen Ausführungsbeispieles;

Fig. 11 einen Schnitt gemäß der Linie XI-XI in Fig. X;

Fig. 12 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel eines Spindelantriebes;

Fig. 13 einen Schnitt gemäß der Linie XIII-XIII in Fig. 12;

Fig. 14 einen Schnitt gemäß der Linie XIV-XIV in Fig. 12;

Fig. 15 und 16 Ansichten von Spindelhülsen mit unterschiedlichen Ausgleichssehlitzen;

Fig. 17 einen Querschnitt gemäß der Linie XVII-XVII in Fig. 16,

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Fig. 18 einen Längsschnitt etwa entsprechend Fxg. 1 rarfc '

einem geschlitzten Schraubring als axiale Sicherung der Spindelmutter;

Fig. 19 eine Ansicht des Schraubrings der Fig. l8 in Richtung des Pfeiles XIX;

Fig. 20 einen Längsschnitt etwa entsprechend Fig. 1 mit einem Flanschdeckel zur axialen Sicherung der Spindelmutter;

Fig. 21 eine Ansicht des Flanschdeckels von Fig. 20 in Richtung des Pfeiles XXI;

Fig. 22 eine Spindelmutter mit mehreren in Umfangsrichtung versetzten Einsätzen zur Kugelumlenkung.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kugelumlauf-Spindelantrieb umfaßt im wesenüichen eine Spindel 2, eine Spindelmutter 4 sowie eine die Spindelmutter 4 umgebende Hülse 6. Die Spindel 2 ist mit einem Außengewinde 8, die Spindelmutter 4 mit einem Innengewinde 10 gleicher Steigung versehen. Das Außengewinde 8 und das Innengewinde 10 ergänzen sich zusammen zu einem die Spindel spiralförmig umgebenden Kugelkanal 12, welcher in bekannter Weise mit Kugeln 14 zur Übertragung von Axialkräften zwischen Spindel und Spindelmutter gefüllt sind.

Die Spindelmutter 4 ist innerhalb der Hülse 6 in axialer Richtung einerseits durch den an der Hülse ausgebildeten Anschlagbund 16, andererseits durch einen Sicherungsring 18 gesichert, welcher in eine in der Hülse 6 ausgebildete Nut 20 einrastbar ist.

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, ist die Hülse 6 in Längsrichtung durchgehend geschlitzt. Der sich ergebende Längsschlitz 22 wird beispielsweise von zwei Schrauben 24 überbrückt, welche durch Bohrungen 26 in dem in Fig. 2 links des Längsschlitzes 22 befindlichen Hülsenteils hindurchragen und in Gewindelöcher 28 rechts des LängsSchlitzes 22 einschraubbar sind. Die Schraubenköpfe 30, welche beispielsweise mit einem Innensechskant 32 versehen sind, legen sich jeweils gegen an der Hülse 6 ausgearbeitete Absätze ~$k an. Durch Drehen der Schrauben 24 kann

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die Hülse 6 zusammengespannt und dadurch die relativ dünnwandige Spindelmutter 4 eingeengt werden. Dadurch werden die Kugeln 14 gegen die Flanken des Innengewindes 10 bzw. des Außengewindes 8 gedrückt und jegliches Spiel ausgeglichen, wie weiter hinten noch genauer dargestellt wird.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches wiederum eine Spindel 36, eine Spindelmutter 38 sowie eine diese umgebende Hülse 4o umfaßt. Die Spindelmutter 38 weist eine konische Außenmantelfläche 42 auf, die Hülse 40 eine entsprechende konische Innenmantelfläche 44. Das Außengewinde 46 der Spindel 36 sowie das Innengewinde 48 der Spindelmutter 38 bilden den Kugelkanal 50, welcher mit Kugeln 52 gefüllt ist.

An die konische Innenmantelfläche 44 schließen sich an den Hülsenenden jeweils zylindrische Abschnitte 54, 56 an, welche mit jeweils einem Innengewinde 58, 60 versehen sind. In diese Innengewinde sind Schraubringe 62, 64 bis zur Anlage an die Spindelmutter 38 einschraubbar. Mit Hilfe dieser Schraubringe ist die axiale Lage der Spindelmutter 38 in der Hülse 40 und damit der Grad der Einengung der Spindelmutter veränderbar. Um beispielsweise ein Spiel im Spindelantrieb nachzustellen oder eine Vorspannung zu erreichen, wird der Schraubring 64 gelöst und die Spindelmutter 38 durch Nachziehen des Schraubringes 62 weiter in die Hülse 40 hineingeschoben und dadurch weiter eingeengt. Wenn Spielfreiheit bzw. die gewünschte Vorspannung erreicht sind, wird der Schraubring 64 wieder bis zur Anlage an die Spindelmutter 38 gebracht, so daß sich die Einstellung nicht mehr verändern kann. Wird z.B. ein Konuswinkel von 1 : und für die Gewinde 58, 60 eine Steigung von 2 mm gewählt, so wird der Durchmesser der Spindelmutter 38 bei einer Umdrehung der Schraubringe 62, 64 um 0,04 mm verändert (je nach Drehrichtung verengt oder erweitert).

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind die Schraubringe 62, 64 jeweils mit einem Innenabsatz 66, 68 versehen, in den jeweils ein Dichtring 70, 72 eingesetzt ist. Die Dichtringe reichen bis zur Spindel 36 und dichten auf diese Weise das Innere der Spindelmutter 38 nach außen ab, so daß keine Späne, Schmutz oder dgl. eindringen können.

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Auch bei diesem Ausführungsbeispiel könnte grundsätzlich die Spindelmutter 38 dünnwandig ausgebildet und durch elastische Verformung eingeengt werden. Wie jedoch insbesondere aus Pig. 4 hervorgeht, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Spindelmutter 38 mit einem beispielsweise längs einer Mantellinie verlaufenden Ausgleichsschlitz 74 versehen. Auf diese Weise lä!3t sich auch eine relativ dickwandige Spindelmutter mit geringen Kräften in ihrem Durchmesser einengen und damit ein Spielausgleich bzw. eine Vorspannung erzielen. Wie weiter aus Fig. 4 hervorgeht, weist der Ausgleichsschlitz 74 im Querschnitt gesehen einen erweiterten Bereich auf, welcher als Rückführkanal 76 für die Kugeln vom Auslauf des Kugelkanals 50 an einem Stirnende zu dessen Einlauf am anderen Stirnende dient.

Wie insbesondere der vergrößerte Ausschnitt in Fig. 5 zeigt, kann der Rückführkanal 76 radial nach außen mit einengenden Rändern 78 versehen sein, welche ein Herausfallen der Kugeln 52 auch dann verhindern, wenn die Hülse 4o noch nicht montiert ist.

Um zu gewährleisten, daß die Kugeln 52 den Ausgleichsschlitz weitgehend stoßfrei passieren, ist das Innengewinde 48 der Spindelmutter 38 im Bereich dieses Ausgleichsschlitzes mit Ausrundungen 80 versehen. Die Ausrundungen sind vorzugsweise über dem ganzen Gewindegangquerschnitt ausgebildet, in' jedem Fall jedoch im Bereich der Berührung zwischen Kugeln und Gewindeflanken.

Von wesentlicher Bedeutung ist die Form der Gewinde von Spindel und Spindelhülse. Wie in Fig. 6 erkennbar ist, weisen die Gewindegänge der Spindel 2 bzw. 36 sowie der Spindelmutter 4 bzw. 38 jeweils etwa die Form eines Spitzbogens auf, dessen beide Bogenteile als Kreisbögen mit einem gegenüber dem Kugelradius größerem Radius ausgebildet sind. Diese Formgebung gewährleistet, daß jede Kugel 14 bzw. 52 jeden Gewindegang mit zwei Punkten 82 bzw. 84, d.h. also an beiden Flanken berührt. Bei spielfreier Einstellung zwischen Spindel und Kugeln einerseits

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bzw. Kugel und Spindelmutter andererseits ist damit sichergestellt, daß jede der Kugeln Kräfte in beiden Vorscnubrichtungen überträgt. Die Flanken der Gewindegänge von Spindel und Spindelmutter sind im Bereich der Berührungspunkte 82 bzw. 84 mit den Kugeln etwa 45° zur Spindelachse geneigt. Die Berührungspunkte liegen etwa auf 4-5° Breitenkreisen 86, 87 zu einer parallel zur Spindelachse liegenden Äquatorialebene 88. Pig. 6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es sind jedoch auch andere Formen der Gewindegänge denkbar, beispielsweise mit im Querschnitt geradliniger Flarikenform.

Fig. 7 bis 9 zeigen in verschiedenen Darstellungen einen Spindelantrieb im Bereich eines Spindelmutterendes, wo der Übergang vom letzten Gang des Kugelkanals 50 zum Rückführkanal 76 stattfindet. Dieser Übergang wird durch ein Umlenkstück 90 'gebildet, welches mit der Spindelhülse einstückig oder, wie in den Fig. 7 bis 9 dargestellt, als gesondertes Einsatzstück ausgebildet sein kann. Dieses Umlenkstück enthält einen gekrümmten Kanal 92, welcher den Anschluß vom Kugelkanal 50 zum Rückführkanal 76 herstellt. Ein in den aus der Spindelmutter herauslaufenden Gewindegang 94 der Spindel 36 hineinragender Fortsatz 96 gewährleistet eine stoßfreie Umlenkung der Kugeln 52 aus dem Kugeikanal 50 in den gekrümmten Kanal 92. Bei umgekehrter Vorschubrichtung dient das Umlenkstück 90 dazu, die Kugein 52 vom Rückführkanal 76 in den Kugelkanal 50 überzuleiten. Um den Übergang der Kugeln vom Kugelkanal 50 in den gekrümmten Kanal 92 oder umgekehrt möglichst stoßfrei zu bewerkstelligen, ist der Übertrittsquerschnitt des Kugelkanals mit einer Ausrundung 98 versehen. Damit die Einengung bzw. Ausdehnung der Spindelmutter 38 nicht behindert wird, kann das Umlenkstück in Flucht mit dem Ausgleichsschlitz 74 geteilt sein oder es hat einseitig Spiel im Schlitz der Spindelmutter 38; es kann aber auch das Umlenkstück aus einem leicht deformierbaren Werkstoff, z.B. Kunststoff, hergestellt sein. Natürlich muß dann der gekrümmte Kanal 92 im Umlenkstück 90 gegenüber dem

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Kugeldurchmesser so überdimensioniert sein, daß auch bei der stärksten Zusammendrückung des Umlenkstücks 90 die Kugeln noch passieren können. Diese Forderung gilt natürlich auch für den RÜGkfUhrkanal 76, wie in Fig. 5 dargestellt. Es sei noch erwähnt, daß am anderen Ende der Spindelmutter 38 ein entsprechendes Umlenkstück angeordnet ist, welche je nach Vorschubrichtung den Einlauf oder Auslauf der Kugeln aus dem Kugelkanal 50 steuert.

Die Fig. 10 und 11 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel für die Einrichtungen zur Umlenkung der Kugeln aus dem Kugelkanal 50 in den Rückführkanal 176. Zu diesem Zweck ist in die Spindelmutter 138 ein Umlenkröhrchen 100 eingebettet, welches mit einem löffelartigen Fortsatz 102 in den letzten, aus der Spindelmutter 1^8 herauslaufenden Gewindegang 104 hineinreicht. Diese Umlenkröhrchen können entweder kurz ausgeführt sein, so daß sie nur die Verbindung zwischen dem Kugelkanal 50 und dem Rückführkanal 176 bilden. Sie können jedoch auch, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel so lang sein, daß sie den ganzen Rückführkanal auskleiden. In diesem Falle sind beispielsweise zwei Röhrchen vorgesehen, welche jeweils von einem Spindelmutterende bis zur Mitte der Spindelmutter reichen. Damit die Ausgleichsbewegung der Spindelmutter bei der Spieleinstellung nicht behindert wird, zieht sich der Ausgleichsschlitz 17^ auch durch die Röhrchen hindurch. Eine andere Möglichkeit ist, die Röhrchen mit seitlichem Spiel gegenüber dem Schlitz I76 oder elastisch auszuführen mit dem notwendigen Übermaß des Innendurchmessers gegenüber dem Kugeldurchmesser.

Die Fig. 12 bis 14 zeigen ein Ausführungsbeispiel, welches sich von den vorangehenden Ausführungsbeispielen im wesentlichen durch die Ausbildung der Spindelmutter, insbesondere der Einrichtungen zur Rückführung der Kugeln, unterscheidet. Die Spindelmutter 238 ist mit einem gegenüber den vorher beschriebenen

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Ausführungsbeispielen wesentlich breiteren Ausgleichsschlitz 274 versehen. In diesen ist ein über die ganze Länge der Spindelmutter 238 gehendes Einsatzstück 110 eingesetzt. Dieses ist mit mehreren,im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Rückführkanälen 112 versehen, von denen in Fig. 12 nur einer dargestellt ist. Die Anzahl der Rückführkanäle entspricht der Anzahl der innerhalb der Spindelmutter 2J58 verlaufenden Gewindegänge, deren jeder mit Hilfe der Rückführkanäle zu einem geschlossenen Kugelkreislauf verbunden wird.

Fig. 13 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 12. Daraus ist ersichtlich, wie die Kugeln 52 durch den Rückführkanal 112 über den zwischen den beiden Gewindegängen 114, 116 angeordneten Steg 118 geführt werden. Fig. 14 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XIV-XIV in Fig. 12. Sie zeigt den Querschnitt eines Rückführkanals 112 und läßt insbesondere auch erkennen, daß der Rückführkanal radial nach außen offen, aber so weit eingeengt ist, daß die Kugeln 52 nicht herausfallen können. Das Einsatzstück kann zum Zwecke der Spieleinstellung aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise aus Kunststoff, ausgebildet oder mit seitlichem Spiel in den Schlitz 274 eingelegt sein. Alternativ zur in Fig. l4 dargestellten Ausführungsform können die Rückführkanäle 112 auch nach innen offen und nach außen geschlossen sein. Eine weitere Variante dieses Ausführungsbeispiels ist, das Einsatzstück nicht einstückig auszuführen, sondern für jeden Rückführkanal ein eigenes Einsatzstück vorzusehen. Diese werden dann vorzugsweise über den Umfang verteilt angeordnet, um eine Tragzahlminderung an einer Stelle des Umfangs zu vermeiden. Bei dieser Variante erfolgt die Spieleinstellung über einen zusätzlichen schmalen Schlitz oder eine dünnwandige Mutter, die im Durchmesser eingeengt wird. Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 22 beschrieben.

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Eine Spindelrautter rait einem einzigen längs einer Mantellinie verlaufenden Ausgleichssohlitz stellt die fertigungstechnisch einfachste Ausrührungsform dar. Es kann jedoch aus Punktionsgründen von Vorteil sein, andere Ausführungen des oder der Ausgleichsschlitze vorzusehen. Fig. 15 zeigt eine Spindelmutter 338 in einer Ansicht;, bei der der Ausgleichsschlitz y\k schräg zur Achse der Spindelmutter angeordnet ist. Dadurch ergibt sich gegenüber einer längs einer Mantellinie geschlitzten Spindelmutter eine geringere radiale Federung und damit eine geringere Tragzahlminderung. Auch dieser Ausgleichsschlitz kann wiederum mit einer Erweiterung versehen sein, welche als RUckführkanal 376 dient, wie gestrichelt dargestellt ist.

Fig. 16 zeigt in einer Ansicht eine Spindelmutter 438 mit mehreren spiralförmig angeordneten Ausgleichsschlitzen 474, von denen einer zum Zwecke der Rückführung der Kugeln wiederum zu einem Rückführkanal 476 erweitert sein kann. Ein Querschnitt durch eine derartige Spindelmutter 438 ist in Fig. 17 dargestellt. Die Ausgleichsschlitze 474 sind gleichmäßig über den Umfang der Spindelmutter verteilt. Jeder Ausgleichsschlitz ist mit Ausrundungen 480 zur Gewährleistung eines stoßfreien Übertritts der Kugeln über die Ausgleichsschlitze versehen. Der in Fig. 17 obere Ausgleichsschlitz ist im Querschnitt gesehen mit einer Erweiterung versehen, welche als Rückführkanal 476 für die Kugeln dienen kann. Die Umlenkstücke für den Übertritt der Kugeln aus den Kugelkanälen in die Rückführkanäle kann beispielsweise wie in den Fig. 7 bis 11 ausgebildet sein und ist deshalb nicht näher dargestellt. Die Anordnung von mehreren Ausgleichsschlitzen kann von Vorteil sein, da eine bessere Rundheit der Spindelmutter bei allen Einengungszuständen gewährleistet ist.

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Pig. 18 zeigt eine Anordnung, welche im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten entspricht,mit einer Spindel 2, einer Spindelmutter 4 sowie einer die Spindelmutter umgebende Hülse 7. Im Unterschied zu Fig. 1 ist die axiale Sicherung der Spindelmutter gegen eine Verschiebung nach rechts durch einen Schraubring 9 gewährleistet, welcher mit einem Außengewinde 11 in ein in der Hülse 7 ausgebildetes Innengewinde 13 einschraubbar ist, bis er an der Spindelmutter 4 anliegt.

Fig. 19 zeigt eine Ansicht des Schraubringes 9 in Richtung des Pfeiles XIX. Der Schraubring ist an einer Stelle mit einem Schlitz 15 versehen, welcher es erlaubt, daß der Schraubring eine Einengungsbewegung der Hülse 7 mitmacht.

Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 20 und 21 dargestellt. Zur Sicherung der mit der Welle 2 zusammenwirkenden Spindelmutter 4 in axialer Richtung wird gegen die Stirnseite 17 der geschlitzten Hülse 19 ein Flanschdeckel 21 mittels Schrauben 23 geschraubt, welcher sich mit einem axialen Bund 25 gegen die Spindelmutter legt. Ein Schlitz 27 erlaubt dem Flanschdeckel 21 ein Mitmachen der Einengungsbewegung der Hülse 19. Der Flanschdeckel 21 wird vorzugsweise so befestigt, daß der Schlitz 27 mit dem Schlitz der Hülse fluchtet.

Fig. 22 zeigt eine Spindelmutter 53b¹, welche etwa vier vollständige Gewindegänge 500, 502, 504 und 506 umgibt. Die Kugeln 508 werden nach je einem Umlauf wieder vom Ende eines Gewindeganges in den Anfang desselben zurückgeführt. Dazu dienen mehrere Einsätze 510, 512, 514, welche in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Die versetzte Anordnung verhindert eine zu hohe Tragzahlminderung, da ein Mittenversatz zwischen Spindel 2 und Spindelmutter 538 vermieden wird und die Kugeln 508 somit über den gesamten Umfang gleichmäßig belastet werden. Die Spieleinstellung des Spindelantriebs erfolgt beispielsweise durch Einengen der Spindelmutter, die zu diesem Zweck mit einem Ausgleichsschlitz

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516 versehen ist, welcher durch die für die Aufnahme eines Einsatzes, z.B. 512, eingefräste öffnung 518 in der Spindelmutter 525Ö verlaufen kann. Die öffnungen 520, 522 zur Aufnahme der Einsätze 510, 51^ stehen mit der öffnung nicht in Verbindung. Wie Fig. 22 zeigt, ist der Einsatz 512 mit Spiel in Umfangsrichtung in der öffnung 5I8 eingesetzt, um eine Einengung der Spindelmutter nicht zu behindern.

Der erfindungsgemäße Kugelumlauf-Spindelantrieb kommt beispielsweise so zum Einsatz, daß die Spindel 2 drehbar gelagert und die Mutter 4 am Drehen gehindert und mit einem zu verschiebenen Bauteil verbunden ist. Die Verschiebung wird durch Drehen der Spindel bewirkt.

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Claims

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Patentansprüche

ί 1,JKugelumlauf-Spindelantrieb, umfassend eine mit einem Außengewinde versehene Spindel, eine mit einem Innengewinde gleicher Steigung versehene Spindelmutter, in den durch Innengewinde und Außengewinde gebildeten Kugelkanälen angeordnete Kugeln zur Übertragung von Axialkräften zwischen Spindel und Spindelmutter, weiter umfassend Rücklaufeinrichtungen zur Rückführung der Kugeln vom Auslauf der Kugelkanäle zum Einlauf derselben sowie weiter umfassend Mittel zum Ausgleich des Spiels bzw. Einstellen einer Vorspannung zwischen Spindel und Spindelmutter, dadurch gekennzeichnet, daß eine einteilige, d.h. quer zur Achsenrichtung ungeteilte Spindelmutter (4, 38, 138, 238, 338, 438) vorgesehen ist, welche durch Einengung in ihrem Durchmesser veränderbar ist, und daß die Gewindegänge von Spindel (2, 36) und Spindelmutter jeweils als Rinnen mit zum Rinnenbodei schräg zusammenlaufenden Flanken ausgebildet sind, auf denen die Kugeln (14, 52) mit (jeweils zwei Berührungspunkten (82, 84) aufliegen.
2. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (38) eine konische Außenmantelfläche (42) aufweist, daß sie von einer Hülse (40) mit einer entsprechenden konischen Innenmantelfläche (44) umgeben ist und daß Mittel vorgesehen sind, um die Spindelmutter zum Zwecke einer Durchmessereinengung mehr oder weniger weit axial in die Hülse hineinzudrücken und in ihrer Lage zu fixieren.
3· Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die konische Innenmantelfläche (44) zu beiden Hülsenden zylindrische Abschnitte (54, 56) anschließen, welche mit je einem Innengewinde (58, 6O) versehen sind, und daß in diese Innengewinde einschraubbare Schraubringe (62, 64) zur Einstellung und Fixierung der axialen Lage der

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Spindelmutter (38) in der Hülse (4o) vorgesehen sind.
4. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubringe (62, 64) jeweils mit einem Innenabsatz (66, 68) zur Aufnahme eines Dichtringes (70, 72) zur Abdichtung der Spindelmutter (38) gegenüber der Spindel (36) angeordnet ist.
5. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (4) eine zylindrische Außenmantelfläche aufweist, daß sie von einer mit wenigstens einem Längsschlitz (22) versehenen Hülse (6) mit einer entsprechenden zylindrischen Innenmantelfläche umgeben ist, die mittels den oder die Längsschlitze überbrückenden Schraubverbindungen (24) oder dgl. in ihrem Durchmesser veränderbar ist, und daß Mittel zur axialen Fixierung der Spindelmutter in der Hülse vorgesehen sind.
6. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur axialen Fixierung der Spindelmutter durch zwei Sicherungsringe oder dgl. gebildet werden, welche in in die Innenmantelfläche der Hülse ausgebildete Nuten einrastbar sind.
7· Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur axialen Fixierung der Spindelmutter (4) durch einen an einem Ende der Hülse (6) fest angeordneten Anschlag (l6) sowie einen im anderen Ende der Hülse einsetzbaren Sicherungsring (18) oder dgl. gebildet werden.
8. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindelmutter (38, I38) mit wenigstens einem im wesentlichen in Längsrichtung verlaufenden Ausgleichsschlitz (74, 174) versehen ist.

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9. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Ausgleichsschlitze (74·, 17^) in der Spindelmutter (38, I38) längs Mantellinien verlaufen.
10. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Ausgleichsschlitze (274, 37¹I-) in der Spindelmutter (238, 338) schräg zur Spindelmutterachse verlaufen.
11. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Ausgleichsschlitze (47¹I-) in der Spindelmutter (438) spiralförmig zur Spindelmutterachse verlaufen.
12. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge von Spindel (2, 36) und Spindelmutter (4, 38, I38, 238, 338, 438) im Querschnitt etwa die Form eines Spitzbogens aufweisen, dessen beide Bogenteile als Kreisbögen mit einem gegenüber dem Kugelradius größeren Radius ausgebildet sind (Fig. 6).
13. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken der Gewindegänge von Spindel (2, 36) und Spindelmutter (4, 38, I38, 238, 338, 438) im Bereich der Berührungspunkte (82, 84) mit den Kugeln etwa 45° zur Spindelachse geneigt sind (Fig. 6).
14. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Berührungspunkte (82, 84) der Kugeln (14, 52) mit den Flanken der Gewindegänge etwa auf 45°-Breitenkreisen (86, 87) zu einer parallel zur Spindelachse liegenden Squatorialebene (88) liegen (Fig. 6).
15. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindegänge (z.B. 48) der

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Spindelmutter (38) im Bereich des oder der Ausgleichsschlitze (74) zum Zwecke eines stoßfreien Passierens der Kugeln mit Ausrundungen (8O) versehen sind (Fig. 5).
16. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche ß bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Ausgleichsschlitze (74, 174, 374, 474) in der Spindelmutter im Querschnitt gesehen einen erweiterten Bereich aufweist, welcher als Riickführkanal (76, 176, 376, 476) für die Kugeln dient.
17· Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß der erweiterte Bereich in radialer Richtung nach außen und innen soweit verengt ist (74, 78), daß die Kugeln (52) gegen Herausfallen gesichert sind (Fig. 5).
18. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens efaer der Ausgle ichsschlitze (274) in der Spindelmutter (238) zur Aufnahme eines Umlenk- und/oder Rückführkanäle (112) für die Kugeln enthaltenden Einsatzes (110) ausgebildet ist, wobei diese Umlenk- und/oder Rückführkanäle radial nach außen oder radial nach innen offen sind.
19· Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die radial nach außen oder innen weisenden öffnungen (120) der Umlenk- und/oder Rückführkanäle (112) soweit verengt sind, daß die Kugeln (52) gegen Herausfallen gesichert sind.
20. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenk- und/oder die Rückführkanäle (Ί76) für die Kugeln durch in die Spindelmutter (138) bzw. den in dieser angeordneten Einsatz eingelagerte Führungsröhrchen (100) gebildet sind.

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21. Kugelumlauf-Spinde!antrieb insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde der Spindelmutter (238) in eine Mehrzahl von Gewindeabschnitten unterteilt ist, von denen jeweils Anfang und Ende durch einen Rückführkanal (112) miteinander verbunden sind.
22. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde der Spindelmutter (238) in eine der Zahl ihrer Gewindegänge entsprechende Zahl von Gewindeabschnitten unterteilt ist.
23. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführkanäle in einem Einsatz(HO) angeordnet sind, der in einem sich über die Länge der Spindelmutter (238) erstreckenden Schlitz (274) untergebracht ist.
24. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 5* dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur axialen Fixierung der Spindelmutter (4) wenigstens einen an einem Ende der Spinaelmutter in die Hülse (7) einschraubbaren, geschlitzten Schraubring (9) umfassen.
25. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur axialen Fixierung der Spindelmutter (4) wenigstens einen an einem Ende der Spindelmutter an die Stirnseite der Hülse (9) anschraubbaren, gegen die Spindelmutter mit einem axialen Bund (25) anliegenden Flanschdeckel (21) umfaßt, der vorzugsweise geschlitzt ausgeführt ist.
26. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 8 bis

VJt dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Ausgleichsschlitze (74, 174, 374, 474) an seinen Enden mit Umlenkstücken (90) zur Umlenkung der Kugeln von dem letzten Gewindegang in den RUckführkanal (76, I76, 37b, 476) bzw. umgekehrt versehen ist.

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27· Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche lö bis 2;5 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkstücke (90), die Pührungsrohrchen (100) und/oder die Einsätze (110, 510, 512, 514) mit Spiel in Umfangsrichtung in die zugeordneten Spindelmuttern eingesetzt sind.

2b. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1Ö bis 23 und 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkstücke (90), die Führungsröhrchen (100) und/oder die Einsätze (110, 510, 512, 514) aus einem elastischen Material bestehen.

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