DE2834299A1

DE2834299A1 - Kugelumlauf-spindelantrieb

Info

Publication number: DE2834299A1
Application number: DE19782834299
Authority: DE
Inventors: Ernst Ing Grad Albert; Guenter Ing Grad Blaurock
Original assignee: Deutsche Star Kugelhalter GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 1978-08-04
Filing date: 1978-08-04
Publication date: 1980-02-14
Also published as: ES245030U; IT7912707A0; JPS6249501B2; JPS5524292A; US4474073A; DE2834299C2; IT7915244V0; GB2027515B; ES245030Y; CH644434A5; GB2027515A; FR2432658B1; IT1124156B; FR2432658A1

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing, H. Veickmann, Dipl.-Phys. Dr. E. Fincke

Dipl.-Ing. F. A/
Dr. Ing. H. LisKA

-4. Aug. 1978

ENRT - 8000 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860820 MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22

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

Kugelumlauf-Spindelantri eb

Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 28 05 141.4-12)

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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 Spindelmutter, weiterumfassend Rücklaufeinrichtungen zur Rückführung der Kugeln vom Auslauf der Kugelkanäle zum Einlauf derselben, wobei die Spindelmutter mindestens einen sie in Umfangsrichtung unterteilenden, von den Innengewindegängen überlaufenen Schlitz aufweist, der eine Durchmesservariation der Spindelmutter gestattet, und wobei die Gewindegänge von Spindel und Spindelmutter mit solcher Plankenform ausgebildet sind, daß die Kugeln mit jeweils zwei Berührungspunkten an den Gewindegängen anliegen.

Bei einem Kugelumlauf-Spindelantrieb der genannten Art kann der Durchmesser der Spindelmutter soweit verengt werden, bis zwischen Spindel und Spindelmutter kein radiales und damit kein axiales Spiel mehr auftritt. Darüber hinaus kann durch eine weitere Einengung der Spindelmutter auch eine beliebige Vorspannung zwischen Spindelmutter, den Kugeln sowie der Spindel erzeugt werden, so daß auch bei hohen vom Spindelantrieb zu übertragenden Lasten, bei denen die einzelnen Elemente des Spindelantriebs einer gewissen Verformung unterliegen, noch eine Spielfreiheit gewährleistet ist.

Es ist bereits ein Spindelantrieb bekannt, bei welchem die Spindelmutter entsprechend dem Gattungsbegriff durch eine in einer Längsebene liegende Teilfuge geteilt ist (US-PS 888 619). Diese Teilung erfolgte aus bearbeitungstechnischen Gründen, um beispielsweise den Rückführungskanal 11

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(siehe Pig. 2) bearbeiten zu können. Die beiden Hälften der Spindelmutter werden jedoch zur Montage des Spindelantriebs völlig spielfrei zusammengefügt, so daß s ich kein Schlitz im Sinne des Gattungsbegriffes der vorliegenden Erfindung und damit auch keine Stoßprobleme beim Überlaufen der Kugeln über die Teilfuge ergeben.

Bei einem anderen bekannten Spindelantrieb der gattungsgemäßen Art ist die Spindelmutter ebenfalls in einer Längsebene geteilt, wobei die beiden sich ergebenden Hälften über einen außerhalb der Gewindebohrung liegenden elastischen Steg verbunden bleiben (US-PS 2 694 942). Der Schlitz, der von allen Gewindegängen der Spindelmutter je zweimal an diametral gegenüberliegenden Seiten überlaufen wird, ist verhältnismäßig breit gehalten. Dadurch kann die Spindelmutter durch geeignete Mittel soweit verengt werden, daß die Innengewindegänge eine elliptische Form annehmen (Sp. 1, Z. 65 ff). Dabei entsteht im Bereich der kleinen Achse dieser Ellipse Spielfreiheit zwischen den Kugeln und den Gewindegängen von Spindel und Spindelmutter, während im Bereich der großen Achse der Ellipse die Kugeln in Umfangsrichtung und damit auch in axialer Richtung ein deutliches Spiel aufweisen, d.-h. also keine Kräfte übertragen. Zweck dieser Maßnahme ist, durch Anordnung des Einlaufs und des Auslaufs für die Rückführung im nichttragenden Bereich der · Spindelmutter einen stoßfreien Übertritt der Kugeln in oder aus dem Rücklaufkanal zu erreichen. Da die Schlitze ebenfalls im nichttragenden Bereich der Spindelmutter angeordnet sind, ergeben sich trotz der großen Schlitzbreite auch dort keine Stoßprobleme. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Lösung ist jedoch, daß nur ein Teil der Kugeln zur Übertragung der Kräfte zwischen Spindel und

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Spindelmutter herangezogen wird, so daß sich erheblich höhere Flächenpressungen und damit höherer Verschleiß, oder bei vorgegebener Flächenpressung größere Abmessungen für den Spindelantrieb, insbesondere die Spindelmutter, ergeben.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kugelumlauf-Spindelantrieb der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, bei welchem ein stoßfreier Übertritt der Kugeln über den oder die Schlitze auch unter Last erreicht wird, ohne daß durch unvollständige Ausnutzung der Kugeln erhöhte Flächenpressungen auftreten bzw. größere Bauabmessungen in Kauf genommen werden müssen.

Eine erste Lösung für diese neue Aufgabe ist bereits in der nicht vorveröffentlichten Hauptanmeldung P 28 05 141.4-12 der Anmelderin vorgeschlagen.

Als Alternative zur Lösung dieser Aufgabe wird nun erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Kugelkanäle in an sich bei nichtgeschlitzten Spindelmuttern schon bekannter V/eise auf ihrem ganzen Umfang, insbesondere auch im Bereich des oder der Schlitze, voll tragend ausgebildet sind, wobei der oder die Schlitze eine Breite von höchstens 15$ des Kugeldurchmessers, vorzugsweise höchstens 10$ des Kugeldurchmessers aufweisen.

Es hat sich gezeigt, daß bei Beachtung der angegebenen, erfindungsgemäßen Abmessungsverhältnisse praktisch keinerlei spürbare und auf die Bearbeitungsgenauigkeit sich auswirkende Stoßeffekte beim Übertritt der Kugeln über die Schlitze mehr auftreten, auch wenn die Kugeln unter Belastung stehen. Die Ablaufkante sowie die aufnehmende Kante des Schlitzes sind im Verhältnis zum Kugeldurchmesser dann immer nur gerade soweit voneinander entfernt, daß die Kugel ihre stetige Laufbahn praktisch nicht verläßt und nicht außer Kontakt mit dem Außengewinde der Spindel kommt.

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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung wird der Kugeldurchmesser auch in ein bestimmtes Verhältnis zum Spindeldurchmesser gesetzt, wobei der Kugeldurchmesser höchstens etwa 20$ des Spindeldurchmessers, vorzugsweise höchstens etwa 15% des Spindeldurchmessers beträgt. Auf diese Weise steht die Schlitzbreite liber den Kugeldurchmesser in einem bestimmten Verhältnis zum Spindeldurchmesser und damit zum Krümmungsradius der Kugellaufbahn. Es hat sich gezeigt, daß das sich ergebende Verhältnis von Schlitzbreite zu Spindeldurchmesser bei höchstens etwa 3$, vorzugsweise bei höchstens etwa 1,5% praktisch vollkommene Stoßfreiheit ergibt.

Für die gegenseitigen Verhältnisse von Spindeldurchmesser, Kugeldurchmesser und Schlitzbreite werden erfindungsgemäß folgende Werte beispielhaft vorgeschlagen:

	Spindeldurehm.	mm	bis	20	Kugeidurchm	•	max	3	Schlitzbreite	mm
			bis	30	mm		4		vorz. max.
			bis	50	max. vorz.	6	max.	.0,3
1,		20	bis	80	4	8	0,5	0,4
2.	über	30	bis	130	5	O	0,6	0,6
3.	über	50		8	0,9	0,8
4.	über	80		10	1,2	1,0
5.	über		13 1	1,5

liegt beispielsweise ein Kugelumlauf-Spindelantrieb mit einem Spindeldurchmesser von 20 mm, einem Kugeldurchmesser von 3 mm (15% vom Spindeldurchmesser-) und einer Schlitzbreite von 0,3 mm (10% vom Kugeldurchmesser bzw. 1,5% vom Spindeldurchmesser) vor, so beträgt die maximal mögliche Eintauchtiefe der Kugeln in den Schlitz nur 0,007 mm, womit ein praktisch stoßfreier Übergang erzielt wird. Durch Spieleinstellung auf Spielfreiheit bzw. Vorspannung verringern sich Spaltbreite und somit auch die"Eintauchtiefe gegenüber den vorgenannten Werten

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erheblich. Bei einer Spaltbreite von 0,2 mm bzw. 0,1 mm beträgt die Eintauchtiefe nur noch 0,003 min bzw. 0,001 mm.

Derart schmale Schlitze, insbesondere unter 1mm Breite, lassen sich mit den herkömmlichen spanabhebenden Verfahren, wie Trennschleifen, Sägen bzw. Fräsen, bei diesen Querschnittsverhältnissen häufig nicht mehr herstellen. Als geeignete Verfahren werden z.B. Drahterodieren oder Bearbeitung mittels laserstrahlen oder Elektronen-Strahlen empfohlen. Insoweit, als hier von Spindeldurchmesser die Rede ist, ist der Spindelaußendurchmesser gemeint.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 einen teilweisen Längsschnitt durch einen Kugelumlauf-Spindelantrieb;

Pig. 2 einen Querschnitt gemäß der linie II-II in Pig. 1;

Pig. 3 in vergrößerter Darstellung einen Ausschnitt aus Pig. 2 im Bereich des Schlitzes der Spindelmutter;

Pig. 4 einen durch die Gewindegänge von Spindel und Spindelmutter gebildeten Kugelkanal im Querschnitt;

Pig. 5 in schematischer Darstellung eine mehrfach geschlitzte Spindelmutter im Querschnitt.

Der in den Pig. 1 und 2 dargestellte Kugelumlauf-Spindelantrieb umfaßt eine mit einem Außengewinde 2 versehene Spindel 4-, eine mit einem Innengewinde 6 versehene Spindelmutter 8, in den durch Außengewinde 2 und Innengewinde 6 gebildeten Kugelkanälen 10 angeordnete Kugeln 12 zur Übertragung von Axialkräften zwischen Spindel und Spindelmutter

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eine die Spindelmutter umgebende Spannhülse 14 sowie jeweils am breiteren sowie engeren Ende der Spannhülse 14 einschraubbare Schraubringe 16, 18 zur axialen Fixierung dec Spindelmutter 8 in der Spannhülse 14.

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, ist die Spindelmutter 8 wenigstens einmal in Längsrichtung geschlitzt. Der Schlitz 20 erlaubt eine Variation des Innendurchmessers der Spindelmutter und damit in bekannter Weise eine Einstellung des radialen und axialen Spiels zwischen Spindel und Spindelmutter. Die Mittel zum mehr oder weniger starken Einengen der Spindelmutter 8 können beliebig gestaltet sein. Fig. 1 läßt erkennen, daß die Spindelmutter 8 eine konische Außenmantelfläche, die Spannhülse 14 eine dazu komplementäre konische Innenmantelfläche aufweisen. Durch mehr oder weniger starkes Hineindrücken der Spindelmutter 8 in die Spannhülse kann der Spindelmutter-Durchmesser sehr fein variiert werden. Die Schraubringe 16, 18 dienen zum Einstellen und Fixieren der axialen Lage der Spindelmutter 8 in der Spannhülse 14. Fig. 2 läßt erkennen, daß der Rücklaufkanal 22 für die Kugeln ebenfalls im Bereich des Schlitzes 20 angeordnet ist.

Wie insbesondere Fig. 3 zeigt, weist der. Schlitz 20 eine geringe Breite auf, und zwar im dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel nicht mehr als 10$ des Kugeldurchmessers. Auf diese Weise sind die Ablaufkante 24 sowie die aufnehmende Kante 2.6 des Schlitzes 20 (bei einer Laufrichtung der Kugel 12 entsprechend dem Pfeil 28) immer nur gerade soweit voneinander entfernt, daß die Kugel ihre stetige Laufbahn praktisch nicht verläßt und nicht außer Kontakt mit dem Außengewinde der Spindel sowie dem Innengewinde der Spindel-

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mutter kommt.

Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch einen durch das Außengewinde 2 der Spindel sowie das Innengwinde 6 der Spindelmutter gebildeten Kugelkanal 10. Es ist erkennbar, daß die Kugel 12 auf den durch die Gewindegänge von Spindel und Spindelmutter gebildeten Laufbahnen jeweils mit zwei Punkten 30, 32 aufliegt. Bei einer spielfrei eingestellten Spindelmutter 8 kann die Kugel demnach Kräfte in beiden Richtungen übertragen, so daß auch ein Umkehrspiel vollkommen ausgeschaltet ist.

In der einfachsten Ausgestaltung der Erfindung weist die Spindelmutter einen Schlitz auf, d.h. die Spindelhülse ist entlang einer Mantellinie geteilt, im übrigen aber einstückig. Es sind andere Ausführungen denkbar, in denen die Spindelmutter zweifach geschlitzt und damit zweigeteilt ist. Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel, in welchem die Spindelmutter 36 durch vier Schlitze 38 in vier Teilstücke 4-0 geteilt ist. Eine Erhöhung der Anzahl der Schlitze gewährleistet eine bessere Rundheit bei verschiedenen Einengungszuständen. Bei Beachtung der erfindungsgemäßen Schlitzbreiten von höchstens 15$* vorzugsweise jedoch weniger als 10$ des Kugeldurchmessers ist auch bei mehrfach geschlitzten Spindelmuttern weitgehende Stoßfreiheit beim Abrollen der Kugeln über diese Schlitze gewährleistet.

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Claims

Patentansprüche

1. 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 Spindelmutter, weiter umfassend Rücklaufeinrichtungen zur Rückführung der Kugeln vom Auslauf der Kugelkanäle zum Einlauf derselben, wobei die Spindelmutter mindestens einen sie in Umfangsrichtung unterteilenden, von den Innengewindegängen überlaufenen Schlitz aufweist, der eine Durchmesservariation der Spindelmutter gestattet, und wobei die Gewindegänge von Spindel und Spindelmutter mit solcher Plankenform ausgebildet sind, daß die Kugeln mit jeweils zwei Berührungspunkten an den Gewindegängen anliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelkanäle (10) auf ihrem ganzen Umfang, insbesondere auch im Bereich des oder der Schlitze (20, 38) voll tragend ausgebildet sind, wobei der oder die Schlitze (20, 38) eine Breite von höchstens 15$ des Durchmessers der Kugeln (12), vorzugsweise höchstens 10$ des Kugeldurchmessers aufweisen.

2. Kugeliamlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Kugeln (12) höchstens etwa 20$ des Durchmessers der Spindel (4) vorzugsweise höchstens etwa 15 % des Spindeldurchmessers beträgt, so daß die Breite der Schlitze (20, 38) über den Kugeldurchmesser in einem bestimmten Verhältnis

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zum Spindeldurchmesser steht, nämlich höchstens etwa 3% des Spindeldurchmessers, vorzugsweise höchstens etwa 1,5 $> des Spindeldurchmessers beträgt (Spindeldurchmesser = Spindelaußendurchmesser'),.

3. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Spindel (4) der Durchmesser der Kugeln (12) und die Breite des oder der Schlitze (20, 38) in folgenden Verhältnissen zueinander stehen:

Spind eld urchm. mm bis 20 Kugeidurchm. mm Schlitzbreite mm bis 30 vorz. max. vorz. max. bis 50 max. 3 max. 0,3 1. 20 bis 80 4 4 0,5 0,4 2. aber 30 5 6 0,6 0,6 3. über 50 8 8 0,9 0,8 4. über 10 1,2

5. über 80 bis 130 13 10 1,5 1,0

4· Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (20, 38) unterhalb einer Breite von etwa 1 mm, insbesondere durch Drahterodieren, mittels Laser-Strahlen oder mittels Elektronen-Strahlen hergestellt werden.

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