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Dichtung für einen Kugelschraubtrieb
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dichtung für einen Kugelschraubtrieb,
umfassend einen an oder nahe de Stirnende der Gewindemutter drehfest und axial unverschiebbar'angeordneten
Ringkörper mit einer am radial inneren Umfangsbereich des Ringkörpers vorgesehenen
Dichtfläche zur-Anlage gegen die Gewindespindel.
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Derartige Dichtungen haben die Aufgabe, das im Inneren der Gewindemutter
befindliche Schmiermittel an einem Austreten zu hindern sowie umgekehrt das Eindringen
von Fremdkörpern und Schmutz in die Gewindemutter zu verhindern. Insbescndere sollen
diese Dichtungen auch an der Gewindespindel haftende Fremdkörper beim Einschrauben
der Spindel in die Mutter von der ersteren abstreifen.
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Es sind bereits Dichtungen der eingangs genannten Art bekannt, bei
denen die Dichtfläche aus einer radial nach innen ragenden, mindestens einer ganzen
Gewindewindung folgenden Dichtrippe gebildet ist. Bei allen derartigen Lösungen
ergibt sich für die Dichtung eine große axiale Länge, die mindestens der axialen
Höhe eines vollständigen Gewindeganges entspricht. Dadurch wird vor allem bei steilen
Gewinden und unter Berücksichtigung der Tatsache, daß i allgemeinen die Gewindemutter
an beiden Stirnseiten Dictungen tragen muß, die axiale Baulänge der Gewindemutter
erheblich vergrößert.
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Bei einer bekannten Dichtung liegt die Dichtrippe auf den Gewindesteg
auf (DE-OS 27 36 050). Da bei dieser Anordnung vor allem bei Kugelrollspindeln über
die Gewindenut eine Verbindung des Inneren der Gewindemutter nach außen bestehenbleibt,
muß zusätzlich in den Endbereichen der Dichtrippe noch ein diese verbindender und
die Gewindenut verschließender Vorsprung vorgesehen werden. Dadurch ergibt sich
eine
in der Herstellung aufwendige, komplizierte Form der tic.-tung.
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Bei einer anderen bekannten Lösung liegt die Dichtrippe in der Gewindenut
an, wobei wiederum zumindest im Endbereich der Dichtrippe eine Abdichtung über den
Steg erforderlich ist (DE-OS 28 04 743). Auch hier ergeben sich wegen der zwangsläufig
großen axialen Baulänge die durch die kom?llzierte Form bedingten, oben schon beschriebenen
Nachteile.
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Bei einer weiteren bekannten Konstruktion ist die Dichtung mit einem
komplementären Profil massiv dem Spindelprcfil angepaßt, so daß sie über die gesamte
SpindeloberfläcF- im Bereich einer Gewindesteigung, d.h. über die Gewindenut und
den Gewindesteg, abdichtet (DE-OS 25 37 713). Abgese-nnn von der ebenfalls komplizierten,
axial langen Form der Dicrtung ergibt sich auch eine unerwünscht hohe Reibung zwischen
Dichtung und Gewindespindel, was zu erhöhter Abnutz ng, Wrmeerzeugung sowie zu erhöhtem
Leistungsbedarf führt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Dichtung der gattungsgemäßen
Art zu schaffen, welche bei kurzer axialer Baulänge, einfacher Bauform sowie geringer
Reibung eine cute Dicht- und Abstreifwirkung besitzt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Dichtfläche
von der radial inneren Kante einer Dichtlippe gebildet ist, die in einer im wesentlichen
rechtwinklig zur Spindelachse liegenden Ebene angeordnet ist, wobei die radial innere
Kante der Dichtlippe dem Verlauf des Gewindeprofils der Gewindespindel in der Ebene
der Dichtlippe im wesentlichen folgt.
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Die radial innere Kante der Dichtlippe hat uenacn eine Umfangs form,
welche der Umfangsform der Gewindespindel 1 einer Schnittfläche rechtwinklig zur
Spindelachse, «.h.
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also quer durch das Gewlndesprofil, angepaßt ist. Diese erfindungsgemäße
Lösung erlaubt'eine extrem kurze axiale Baulänge. Die Dichtlippe sitzt im wesentlichen
ohne Lacke über dem gesamten Umfang der Gewindespindel auf, so daß eine einwandfreie
Abdichtung gewährleistet ist. Die eigen~-lich dichtende Fläche kann sehr klein gehalten
werden, wodurch auch nur geringe Reibungskräfte entstehen können.
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Schließlich ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Lösung auch eine
sehr einfache Form und damit eine sehr billige Herstellungsweise.
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Da die Dichtung praktisch einen axial sehr kurzen Abschnitt eines
Mutterprofils für die Gewindespindel darstellt, bleibt sie auch bei der relativen
Dreh- und Verschiebebewegung der Gewindespindel zur Gewindemutter stets in einwandfreiem
Kontakt mit derselben.
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In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß die
radial innere Kante der Dichtlippe dem teilweise über den Gewindesteg, teilweise
durch die Gewindenut der Gewindespindel verlaufenden Gewindeprofil der Gewindespi-ndel
in der Ebene der Dichtlippe exakt angepaßt ist. Mit dieser Idealform wird die beste
Dicht- und Absteifwirkung bei geringster Reibung erzielt.
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In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann jedoch die radial
innere Kante der Dichtlippe kreisförmig sein, wobei ihr Mittelpunkt gegenüber der
Spindelachse in Richtung zu dem Umfangsabschnitt des Gewindeprofils verschoben ist,
in dem die Dichtlippe über den Gewinde steg der Gewinde spindel verläuft. Es hat
sich gezeigt, daß insbesondere bei Kugelrollspindeln
mit kleinen
Steigungen und kleinen Gewindenutradien die Umfangsform der Gewindespindel in der
Ebene der Dichtlippe nur geringfügig von einem Kreis abweicht, der allerdings exzentrisch
gegenüber der Spindelachse versetzt ist. Sie kann deshalb mit ausreichender Genauigkeit
durch eine kreisförmige, exzentrisch versetzte Form det radial inneren Kante der
Dichtlippe angenähert werden.
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Die Exzentrizität hat etwa den Betrag der halben Nutentiefe.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Innenkontur der Dichtlippe
exzentrisch zum Ringkörper ausgebildet sein, wobei der Ringkörper selbst konzentrisch
zur Gewindemutterachse angeordnet ist. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung
ist der Dichtring als Ganzes exzentrisch zur Gewindemutterachse angeordnet, wobei
dann die Dichtlippe konzentrisch zum Ringkörper angeordnet ist.
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Die Dichtlippe besteht vorzugsweise aus elastischem Material und ihre
Innenkontur ist gleich oder vorzugsweise etwas enger als die Außenkontur des Gewindeprofils
in der Ebene der Dichtlippe. Auf diese Weise sitzt die eigentliche Dichtfläche unter
einer bestimmten Vorspannung auf der Oberfläche der Spindel auf-, wodurch die Dicht-
und Absteifwirkung nach Belieben variiert werden kann. Bei kreisförmiger Ausgestaltung
der Dichtlippe ist der Innendurchmesser der Dichtlippe etwa um die Nutentiefe der
Gewinde spindel kleiner als der Spindelaußendurchmesser, vorzugsweise noch etwas
enger. Dabei schmiegt sich die Dichtlippe in dem der Achse der exzentrischen Verschiebung
benachbarten Bereich gut an die Spindelkontur an; in dem Bereich, welcher der dazu
rechtwinkligen Achse benachbart ist, sitzt die Dichtlippe unter-Spannung auf.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Dichtring als Ganzes
aus elastischem Material gefertigt, wobei er zumindest in dem Bereich seiner axialen
Ausdehnung, in dem die Dichtlippe angeformt ist mit radialem Spiel in der Gewindemutter
angeordnet
ist. Dadurch kann sich der Dichtring auch dann, wenn
die Innenkontur der Dichtlippe nicht ganz exakt mit der Außenkontur der Gewindespindel
übereinstimmt, soweit elastisch verformen, daß eine gleichmäßige Dichtung über den
gesamten Spindelumfang erreicht wird.
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Hierbei kann bei kreisförmiaer Ausestaltung des Dichtlippeninnenumfangs
der Innendurchmesser der Dichtlippe gleich oder vorzugsweise etwas enger sein, als
der Durchmesser eines Ersatzkreises für die Spindelkontur, welcher Durchmesser den
Mittelwert des größten und des kleinsten Spindelkonturdurchmessers hat.
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Es ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, daß der Dichtring einen
radial nach außen stehenden Ringwulst oder dgl. aufweist, welcher zur axialen Fixierung
des Dichtringes in eine Ringnut an der Innenseite der Gewindemutter einschnappt.
Außerdem kann der Dichtring mit zumindest einem radialen Ansatz versehen sein, welcher
zur Fixierung des Dichtringes in Umfangsrichtung in eine entsprechende Aussparung
in der Gewindemutter eingreift.
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Zur Einführung von Schmiermittel in die Gewindemutter nach der Montage
der Dichtungen ist der Dichtring mit einem die radial innere Kante der Dichtlippe
nicht anschneidenden radialen Durchgang versehen. Der radiale Durchgang ist vorzugsweise
im Bereich des Ringwulstes so angeordnet, daß er die gesamte Dichtlippe nicht anschneidet.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Ringkörper eine größere
axiale Breite auf, als die Dichtlippe. Diese Ausführungsform ermöglicht es z.B.
den Ringkörper relativ starr, die Dichtlippe demgegenüber jedoch relativ weich auszubilden.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Ringkörper die gleiche axiale
Breite auf, wie die Dichtlippe in ihrem Wurzelbereich. Auf diese Weise ergibt sich
eine besonders einfach und preiswert herstellbare Form.
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Dabei ist die Dichtlippe im Querschnitt vorzugsweise radial nach innen
zu keilförmig verjüngt.
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Die axiale Breite der Dichtlippen an ihrem radial inneren Umfang ist
kleiner als 3 mm, vorzugsweise kleiner als 1,5 mm.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung,
sowie der Beispielsbeschreibung' in der mehrere Ausführungsbeispiele näher beschrieben
sind. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Gewindespindel undeine Gewindemutter
im Bereich einer Dichtung; Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Dichtung etwa der in
Fig. 1 dargestellten Art; Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig.
2; Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2; Fig. 5 einen Schnitt
entlang der Linie V-V in Fig. 2; Fig. 6 eine Ansicht eines Abschnittes einer Gewindespindel;
Fig. 7 eine schematische Darstellung eines Schnittes entlang der Linie VII-VII in
Fig. 6 sowie die Annäherung der Schnittkontur dadurch einen Kreis; Fig. 8 eine Darstellung
gemäß Fig. 1 mit einer anderen Ausführungsform einer Dichtung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Gewindespindel2 ist als Rugelrollspindel
ausgebildet und über eine bestimmte axiale Länge von einer Gewindemutter 4 umgeben.
Die Gewindegänge in Spindel und Mutter bilden in bekannter Weise Lauf gänge für
Kugeln 6, welche Kräfte zwischen Spindel und Mutter übertragen können.
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Im allgemeinen ist der Zwischenraum zwischen Gewindemutter 4 und Gewindespindel
2 mit einem Schmiermittel, beispielsweise öl oder Fett, gefüllt. Nach außen wird
die Gewindemutter durch eine Dichtung 8 abgeschlossen, die ein Austreten von Schmiermittel
aus dem Inneren der Gewindemutter sowie ein Eintreten
von Fremdkörpern
oder Schmutz in das Innere verhindert.
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Die Dichtung besteht im wesentlichen aus einem Ringkörper 10 sowie
einer daran angeordneten, radial nach innen ragenden Dichtlippe 12. Der Ringkörper
10 ist so beschaffen, daß er axial und in Umfangsrichtung fest in einer am Stirnend-Bereich
der Gewindemutter 4 ausgebildeten Ausnehmung 14 befestigt werden kann. Die axiale
Befestigung erfolgt dabei über einen am Ringkörper 10 ausgebildeten -, radial nach
außen ragenden und den Ringkörper im wesentlichen ganz umgebenden Ringwulst 16,
welcher in eine in der Ausnehmung 14 ausgebildete Ringnut 15 einschnappen kann.
Die Fixierung in Umfangsrichtung wird beispielsweise durch einen am Ringkörper ausgebildeten
radialen Ansatz bewirkt, welcher in eine entsprechende Aussparung in der Gewindemutter
eingreifen kann(siehe Pos. 34 in Fig. 2). Wie Fig. 1 erkennen läßt, ist der Ringkörper
10 in dem Bereich seiner axialen Ausdehnung, in dem die Dichtlippe 12 angeformt
ist, mit radialem Spiel (Ringspalt 18) in der Gewindemutter 4 angeordnet, so daß
sich die Dichtung bei nicht ganz exakt an die Außenumfangsform der Gewindespindel
angepaßter For..
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der Dichtlippe 12, bei einer elastischen Verformung oder bei einem
Schlag der Gewindespindel jeweils elastisch anpassen kann.
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Wie Fig. 1 zeigt, ist der Ringkörper 10 konzentrisch zur Achse 20
des Kugelschraubtriebes angeordnet. Die Dichtlippe 12 ist über ihren ganzen Umfang
jeweils soweit radial nach innen gezogen, daß sie über den ganzen Spindelumfang
dichtend auf diesem aufliegt. Die radial innere Kante 22 der Dichtlippe 12 ist dem
teilweise über den Gewindesteg 24, teilweise durch die Gewindenut 26 der Gewindespindel
2 verlaufenden Gewindeprofil in der durch die gestrichelte Linie dargestellten Ebene
28 der Dichtlippe unter Berücksichtigung einer geringen Vorspannung exakt angepaßt.
Da die Dichtung axial und in Umfangsrichtung in der Gewindemutter 4 festgelegt ist,
bleibt die Kontur der Kante 22 stets komplementär zur Umfangskontur der Gewindespindel,
die ja in der Ebene 28 auch z.B. bei Drehung der Spindel ebenfalls unveränderlich
ist.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen eine Dichtung 30, die sich von der in Fig.
1 dargestellten Dichtung nur unwesentlich unterscheidet.
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Der Ringkörper 32 ist im montierten Zustand konzentrisch zu der durch
den Schnittpunkt des Achsenkreuzes a bezeichneten Achse 33 des Kugelschraubtriebes
angeordnet. Der radial nach außen ragende Ansatz 34 dient zur Fixierung des Ringkörpers
32 in Umfangsrichtung, der Ringwulst 36 zur axialen Fixierung in der Gewindemutter,
wie bereits bei Fig. 1 beschrieben wurde.
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Der eigentliche Ringkörper 32 wird in dem axialen Endbereich, an dem
der Ringwulst 36 angeordnet ist, radial nach innen durch die Mantelfläche 38 begrenzt.In
dem entgegengesetzten Endbereich bildet die Mantelfläche 40 die radiale Begrenzung
des Ringkörpers nach innen. Da die Wandstärke des Ringkörpers 32 im Bereich der
Dichtlippe 42 etwas geringer wird, kann sich der Ringkörper ggf. elastisch anpassen,
wenn die Kontur der inneren Kante 44 der Dichtlippe 42 von der Umfangskontur der
Gewindespindel in der Ebene der Dichtlippe abweichen sollte.
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Die Dichtlippe 42 besteht im wesentlichen aus einem radial äußeren
Wurzelbereich 42a sowie einem radial inneren Lippenbereich 42b. Wie insbesondere
aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt der Wurzelbereich 42a in dem Umfangsbereich 46 der
Dichtung, wo die Dichtlippe 42 in die Gewindenut der Gewindespindel ragt, ihre größte
radiale Ausdehnung; im entgegengesetzten Umfangsbereich48, wo die Dichtlippe auf
dem Gewindesteg aufsitzt, ist die radiale Ausdehnung dieses Wurzelbereiches 42a
gleich Null und in den Zwischenbereichen mit Zwischenweiten ausgebildet.
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Die Kante 44 hat eine Kontur, die von der Gewindeform der Gewindespindel,
d.h. von der Gewindesteigung und dem Gewindeprofil, abhängt. Wie z.B. Fig. 1 zeigt,
ergibt sich für diese Kontur in der Ebene 28 links von der Achse 20 ein maximaler
Radius R, da diese Ebene 28 den Gewindesteg 24 schneidet; von dieser Stelle mit
dem Radius R ausgehend bleibt der Radius zunächst konstant und nimmt dann stetig
ab auf einen minimalen Radius R, der in Fig. 1 rechts von der Achse 20 eingezeichnet
ist,
wobei r dem Spindelradius im Nutenbereich entspricht.
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Die dadurch gegebene Kontur bestimmt die Form der Kante 44 in Fig.
2 (wobei der über den Steg verlaurende Teilbogen hier rechts im Bild, der durch
die Gewindenut verlauf ende Teilbogen links im Bild dargestellt ist).
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Fig. 4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IV-IV in Fig. 2.
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Sie läßt die Anordnung und axiale Stärke des Ansatzes 34 erkennen.
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Fig. 5 zeigt einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 2 und läßt
Form und Lage des radialen Durchgangs 50 erkennen, welcher zur Einführung von Schmiermittel
in das Innere der Gewindemutter 4 dient. Dieser Durchgang 50 erstreckt sich im Bereich
des Ringwulstes 36 von außen nach innen und durchbricht dort die innere Mantelfläche
38. Er kann sich z.B. mit einem in der Gewindemutter vorgesehenen Durchbruch decken,
der verschließbar ist.
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Fig. 6 zeigt einen Abschnitt einer Kugelrollspindel 52 mit einem Gewindesteg
54, dessen Kopffläche 56 zylindrisch ist.
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Die Gewindenut 58 hat ein in Form eines Kreisabschnitts gestaltetes
Profil, kann aber auch ein von 2 Kreisbogenabschnitten definiertes Spitzbogenprofil
haben, wenn eine spielfreie axiale Anlage der Kugeln in beiden Achsrichtungen gewünscht
wird; das Nutprofil in der Gewindemutter ist jeweils entsprechend. Die dichtende
Kante der Dichtlippe liegt in der Ebene 60. Dann ergibt sich als abzudichtende Umfangskontur
der Gewindespindel 52 die in Fig. 7 mit ausgezogener Linie gezeichnete und mit 62
bezeichnete Kontur. Diese hat in ihrem linken, bis zur Schnittebene E reichenden
Abschnitt 62a die Form eines Halbkreises mit dem Radius R2, da sie in diesem Bereich
vollständig über die Kopffläche 56 der Gewindespindel 52 verläuft. Im rechts von
der Schnittebene E verlaufenden Abschnitt 62b verläuft sie mit stetig abnehmendem
Radius bis
zu einem Punkt P mit kleinstem Radius, der auf dem Grund
der Gewindenut 58 liegt. Wie-insbesondere Fig. 7 erkennen läßt, kann diese Kontur
62 durch einen strichpunktiert eingezeichneten Kreis K angenähert werden, dessen
Radius R1 dem halben Mittelwert des großen rund des kleinen Durchmessers der Kontur
62 entspricht und dessen Mittelpunkt um e(= halbe Nutentiefe t) gegenüber der Spindelachse
63 versetzt ist.
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Der Radius der Dichtlippenkante ist gleich oder vorzugsweise etwas
enger als der Radius des Kreises K ausgeführt. Somit ergibt sich bei Verwendung
eines elastischen Materials und unter Berücksichtigung des Ringspaltes 18 durch
Anpassung der Dichtlippenkante an die Spindelkontur 62 eine weitgehend gleichmäßige
Abdichtung bei etwas höherer Vorspannung an den Zonen 64 und 66 gegenüber 68 und
70.
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Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Dichtringes 72, dessen
Ringkörper 74 praktisch nur eine radiale Erweiterung des Wurzelteils der Dichtlippe
72 darstellt. Es läßt sich erkennen, daß die Dichtung als Ganzes achsensymmetrisch
zu ihrer Achse 78 ausgebildet und gegenüber der Achse 80 des Kugelschraubtriebes
um einen Betrag e nach rechts versetzt ist, welcher der halben Tiefe t der Gewindenut
82 entspricht.
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Die radial innere Kante 84 der Dichtlippe kann, wie vorne beschrieben
wurde, entweder dem Schnittprofil der Gewindespindel in der Ebene der Dichtung 72
exakt angepaßt oder in der anhand der Figuren 6,7 beschriebenenWese durch einen
Kreis angenähert sein.
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L e e r s e i t e