DE3304784A1

DE3304784A1 - Vorrichtung zur umwandlung einer drehbewegung in eine linearbewegung

Info

Publication number: DE3304784A1
Application number: DE19833304784
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tokyo Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1983-09-15
Also published as: GB8304872D0; IT8319822A0; JPH0152624B2; FR2530768A1; IT1169708B; JPS58146753A; US4604911A; GB2118673B; DE3304784C2; GB2118673A; FR2530768B1

Description

- 330A78A

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung der im Oberbegriff cles Anspruchs 1 genannten Art und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung mit einer Schnecke und einer Kugelmutter sowie umlaufenden Wälzlagerkugeln, die in Rolleingriff zwischen den gegenüberliegenden Gewindegängen der Schnecke und der Kugelmutter stehen, um eine Drehung eines dieser Teile in eine geradlinige Bewegung des anderen Teils umzuwandeln.

Vorrichtungen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung mit einer Schnecke und einer Kugelmutter, die auch als Kugeluml auf-Vorrichtungen bekannt sind, wandeln mit Hilfe der Wälzlagerkugeln eine Gleitreibung in eine Rollreibung um. Aufgrund des minimalen Reibungswiderstandes zwischen den wesentlichen zusammenwirkenden Teilen haben derartige Vorrichtungen weitgehende Verwendung bei Vorschubmechanismen von Werkzeugmaschinen und dergleichen gefunden, um nur eine Anwendung zu nennen.

Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art ergeben sich Probleme hinsichtlich der Kugelrücklaufführung, die den Rücklauf der Wälzlagerkugeln von einem Ende der Kugelmutter zum anderen ermöglicht. Die Kugelrücklaufführung weist die Form eines Rohres mit einem Innendurchmesser auf, der geringfügig größer als der Kugeldurchmesser ist, wobei das Rohr üblicherweise U-förmig gebogen ist. Die beiden parallelen Schenkel der U-förmigen Kugelrücklaufführung werden in Bohrungen in der Kugelmutter so weit eingesetzt, daß ihre Enden glatt mit der Schraubenlinien-

förmigen Nut im Inneren der Kugelmutter abschließen. Biese Rohrenden sind speziell zugeschnitten, um eine gleichförmige überführung der Kugeln von der Kugelmutter-Nut in die Kugelrücklaufführung und zurück in die Kugelmutter-Nut zu ermöglichen. Entsprechend laufen die Kugeln dauernd während der relativen Drehung und AxLalbewegung der Schnecke und der Kugelmutter um.

Aufgrund der U-Form weist die übliche Kugelrücklaufführung zwei scharf gekrümmte oder nahezu umgebogene Abschnitte ..if, die die beiden parallelen Schenkel rechtwinklig mit einem weiteren Schenkel verbinden, der die beiden parallelen Schenkel überbrückt. Die scharf gekrümmten oder gebogenen Teile der Kugelrücklaufführung bewirken eine Verzögerung oder Behinderung der Bewegung der Wälzlagerkugeln durch die Kugelrücklaufführung und führen zum Entstehen von Geräuschen, insbesondere dann, wenn die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen der Schnecke und der Kugelmutter hoch ist. Die bekannte Kugelrücklaufführung ergab damit eine Begrenzung der Betriebsgeschwindigkeit der Vorrichtung. Unabhängig von der Betriebsgeschwindigkeit ist jedoch weiterhin ein gleichförmiger Umlauf der Kugeln eine unbedingte Voraussetzung für eine wirkungsvolle reibungslose Drehung und längsbewegung der Schnecke und der Kugelmutter gegeneinander.

Ein weiterer Nachteil der bekannten U-förmigen Kugelrücklaufführung besteht in der Schwierigkeit bei der Herstellung. Eine derartige Kugelrücklaufführung eignet sich nicht ohne weiteres für eine einfache Massenproduktion.

Schwierigkeiten ergaben sich weiterhin hinsichtlich der

Herstellung der Bohrungen oder öffnungen in der Kugelmutter für das Einsetzen der gegenüberliegenden Enden der Kugelrücklaufführung. Diese öffnungen oder Bohrungen wurden mit Hilfe von Endfräsern hergestellt, wobei die Bohrungen glockenförmig mit auslaufenden äußeren Enden ausgebildet wurden· Nicht jeder Teil der glockenförmigen Bohrungen ist für das Einsetzen der Kugelrücklaufführung erforderlich· Die nicht erforderlichen Teile der Bohrungen iführeji, lediglich zu einer Verringerung der Festigkeit der Kugelmutter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der sich eine gleichförmigere Bewegung der walzlagerkugeln durch die Kugelrücklaufführung ergibt, wobei die öffnungen oder Bohrungen in der Kugelmutter zur Aufnahme der gegenüberliegenden Endteile der Kugelrücklaufführung derart ausgebildet sind, daß nicht mehr Material als für das Einsetzen der Kugelrücklaufführung erforderlich entfernt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Erfindung gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung mit einer Schnecke und mit einer Kugelmutter, zwischen denen walzlagerkugeln für eine Hollbewegung entlang der äußeren und inneren Schraubengewinde eingefügt sind, weist eine rohrförmige

Kugelrücklaufführung auf, die eine Rücklaufbahn für die Wälzlagerkugeln von einem Ende der Kugelmutter zum anderen ergibt. Die Kugelrücklaufführung weist eine gekrümmte Form auf und ist unbeweglich auf der Außenseite der Kugelmutter befestigt, wobei gegenüberliegende Endteile der Kugelrücklaufführung in zwei öffnungen eingesetzt sind, die durch die Kugelmutter hindurch an Positionen ausgebildet sind, die einen Abstand sowohl in Axialrichtung als auch in Umfangsrichtung aufweisen.

Mit der E-zeichnung "bogenförmig gekrümmt", wie sie in der Beschreibung und den Patentansprüchen zur Beschreibung der Form der Kugelrücklaufführung verwendet wird, sollen angenähert halbkreisförmige, halbelliptische oder ähnliche Formen bezeichnet werden, die keine scharfen Kurven oder Biegungen aufweisen. Derartige bogenförmig gekrümmte Kugelrücklauf führungen ergeben nur einen geringen Reibungswiderstand gegenüber den Kugeln, die sich durch die Führung hindurchbewegen. Entsprechend kann die Drehung entweder der Schnecke oder der Kugelmutter unabhängig von der Geschwindigkeit in wirkungsvoller Weise über die gleichförmig umlaufenden Kugeln in eine geradlinige Bewegung des jeweils anderen Teils umgewandelt werden. Die Geräuschentwicklung der sich durch die Kugelrücklaufführung bewegenden Kugeln wird ebenfalls stark reduziert.

Es ist zu erkennen, daß die bogenförmig gekrümmte Kugelrücklaufführung leichter herstellbar ist und weniger Material erfordert als die übliche TJ-förmige Kugelrücklaufführung, so daß sich eine Verringerung der Kosten der Vorrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung in eine

Linearbewegung ergibt. Ein zusätzlicher Vorteil ergibt sich aus der höheren Steifigkeit der bogenförmigen Kugelrücklaufführung*

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiterhin zwei öffnungen oder Bohrungen in der Kugelmutter für das Einsetzen der gegenüberliegenden Endteile der gekrümmten Kugelrücklaufführung auf. Jede Öffnung besteht im wesentlichen aus einem ersten Veil mit halbkreisförmigem Querschnitt * der sich geradlinig in einer Tangentialrichtung des Zylinders erstreckt, der in der Kugelmutter umgrenzt ist, sowie aus einem zweiten Teil mit halbkreisförmigem Querschnittν der von dem ersten Teil fort gekrümmt ist, während er sich aus der Kugelmutter heraus erstreckt.

Die Kugelmutter-Öffnungen mit der genannten Form sind sehr gut berechnet, um ein leichtes Einsetzen der Endteile der bogenförmigen Kugelrücklaufführung zu ermöglichen. Im Gegensatz zu den üblichen glockenförmigen Bohrungen oder öffnungen werden die vorstehend beschriebenen öffnungen vollständig für das Einsetzen der Endteile der Kugelrücklaufführung ausgenutzt. Weil entsprechend kein unnötiger Teil der Kugelmutter entfernt wird, weist die Kugelmutter eine höhere Festigkeit und Steifigkeit als bisher auf, so daß die Betriebslebensdauer der Vorrichtung vergrößert wird.

Ein weiterer Vorteil der Kugelmutteröffnungen der vorstehend genannten Form besteht darin, daß sie leicht mit Hilfe eines üblichen Bohrers mit runder Spitze geformt werden können und nicht durch Endfräsen hergestellt werden müssen, wobei lediglich die Bohrrichtung geändert

wird, wie dies erforderlich ist. Diese Erleichterung dös Bohrens der Öffnungen in der Eugelmutter trägt zur Verringerung der Herstellungskosten der Vorrichtung bei.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung,

Fig. 2 eine axiale Schnittansicht durch die Ausführungsform der Vorrichtung entlang der Linie II-II nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Ansicht der rohrförmigen Kugelrücklauf führung der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV nach Fig. 1, die lediglich die Kugelmutter und die Kugelrücklaufführung in ihren relativen Betriebsstellungen zeigt,

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht zur Erläuterung des Umlaufs der Wälzlagerkugeln in der Vorrichtung nach den Fig. 1 und 2.

Der allgemeine Aufbau der Ausführungsform der Vorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung

unter Verwendung von umlaufenden Kugeln ist aus einer Betrachtung der Pig- 1 und 2 zu erkennen. Die Vorrichtung weist eine Schnecke 10 und eine Kugelmutter 12 auf. Entweder die Schnecke oder die Kugelmutter wird durch eine 'äußere Einrichtung in Drehung versetzt, um eine längsgerichtete Bewegung des Jeweils anderen Teils hervorzurufen· Die Kugelmutter 12 ist auf der Schnecke 10 über eine Vielzahl von Walzlagerkugeln 14 befestigt. Diese Kugeln stehen in Rolleingriff mit einer äußeren schraubenlinienformigen Nut 16 in der Schnecke 10 und einer inneren schraubenlinienförmigen Nut 18 in der Kugelmutter 12.

Entsprechend rollen beispielsweise bei einer Drehung der Schnecke 10 die Kugeln 14 in der schraubenlinienförmigen Nut 16 in der Schnecke. Die Kugeln müssen weiterhin in der schraubenlinienförmigen Nut 18 in der Kugelmutter 12 rollen. Entsprechend bewirken die Kugeln 14 bei einer Drehung der Schnecke 10 eine Bewegung der Kugelmutter 12 in linearer Richtung entlang der Schnecke. Aus dem gleichen Grunde führt die Drehung der Kugelmutter 12 zu einer axialen Bewegung der Schnecke 10.

Zwei Dichtungsringe 20 sind in die gegenüberliegenden Enden der Kugelmutter 12 eingesetzt. Die Dichtungsringe 20 sind vorzugsweise aus einem starren Kunststoff- oder Hartgummimaterial mit abnutzungsbeständigen Eigenschaften geformt und weisen bei 22 ein inneres Schraubengewinde auf, das gleitend mit der schraubenlinienförmigen Nut 16 in der Schnecke 10 zusammenpaßt. Diese Dichtungsringe dichten die Enden der Kugelmutter 12 gegen das Eindringen von Staub und anderen Fremdkörpern in die Kugelmutter 12 ab. Durch das Gleiten der Dichtungsringe auf der Schnecke

10 wird weiterhin eine Staubansammlung auf der Schnecke= verhindert. Mit 24 sind Stellschrauben bezeichnet, die die Dichtungsringe 20 fest an ihrem Platz auf der Kugelmutter 12 halten.

Wenn sich die Kugelmutter 12 in Längsrichtung gegenüber der Schnecke 10 in einer der beiden Richtungen bewegt, so müssen die Kugeln 14 entlang der inneren schraubenlinienförmigen Nut 18 in der Kugelmutter umlaufen. Zu diesem Zweck ist eine Kugelrücklaufführung 26 vorgesehen, die eine Rücklaufbahn für die Kugeln 14 von einem Ende der Kugelmutter 12 zum anderen bildet.

Wie dies am besten aus Fig. 3 zu erkennen ist, wird die Kugelrücklaufführung 26 durch ein relativ kurzes Rohrstück mit einem Innendurchmesser gebildet, der etwas größer als der Außendurchmesser der Kugeln 14 ist. Diese Kugelrücklauf führung weist erfindungsgemäß eine bogenförmige Krümmung auf und ist nicht U-förmig gebogen, wie dies bei bekannten Vorrichtungen der Fall war. Bei der hier beschriebenen speziellen Ausführungsform ist die rohrförmige Kugelrücklaufführung mit einem konstanten Radius auf eine Halbkreisform gebogen. Der Krümmungsradius hängt selbstverständlich von dem Innendurchmesser der Kugelmutter 12 ab. Das Rohr, aus dem die Kugelrücklaufführung hergestellt ist, kann aus irgendeinem Eisen- oder NichtEisen-Metall bestehen, das ausreichend abnutzungsbeständig ist und eine geeignete Festigkeit aufweist. Die gegenüberliegenden offenen Enden der Kugelrücklaufführung sind so geschnitten, daß ihre Außenseiten 28 langer sind als die Innenseiten 30. Dieser Zuschnitt der Enden dient einem gleichförmigen Eintreten und Austreten der Kugeln

in die Kugelrücklaufführung 26 hinein und aus dieser heraus, wobei sich die Kugeln aus den gegenüberliegenden schraübenlinienförmigen Nuten 16 und 18 in der Schnecke 10 und der Kugelmutter 12 heraus und wieder hinein bewegen.

In den Pig. 4 und 5 ist die Kugelrücklauf führung 26 nach der Befestigung auf der Kugelmutter 12 gezeigt. Wie dies ebenfalls aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, ist eine rechteckige Ausnehmung 32 in der Außenseite der Kugelmutter 12 ausgebildet, so daß sich eine ebene Oberfläche 34 ergibt. Die Kugelrücklaufführung 26 ist diagonal auf diese ebene Oberfläche 34 aufgesetzt, wobei die gegenüberliegenden Endteile der Kugelrücklaufführung in zwei öffnungen 36 eingesetzt sind, die durch die Kugelmutter 12 hindurch ausgebildet sind. Es ist zu erkennen, daß die Öffnungen 36 an Positionen liegen, die sowohl in Axialrichtung als auch in Umfangsrichtung der Kugelmutter 12 einen Abstand voneinander aufweisen.

Jede öffnung 36 besteht im wesentlichen aus einem ersten Teil 38 mit halbkreisförmigem Querschnitt, der sich geradlinig in Tangent ialrichtung des Zylinders erstreckt, der innerhalb der Kugelmutter 12 gebildet ist, sowie aus einem zweiten Teil 40 mit halbkreisförmigem Querschnitt, der auf der Seite des ersten Teils liegt, die auf die andere öffnung 36 gerichtet ist und von dem ersten Teil fort gekrümmt ist, während er sich von der Kugelmutter aus nach außen erstreckt. Diese öffnungen 36 können mit Hilfe eines Bohrers mit runder Spitze geformt werden, beispielsweise auf einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine .

Es ist aus den Pig. 4· und 5 zu erkennen, daß die gegenüberliegenden Endteile der bogenförmigen Kugelrücklaufführung 26 leicht in die jeweiligen öffnungen 36 in der Kugelmutter 12 eingesetzt werden können, und zwar dann, wenn die Führung auf die ebene Oberfläche 34· der Kugelmutter aufgesetzt wird. Nach der Befestigung an ihrem Platz sind die gegenüberliegenden Enden der Kugelrücklaufführung 26 gegenüber den Endwindungen der inneren schraubenlinienförmigen Nut 18 in der Kugelmutter 12 offen, wie dies am besten aus Fig. 2 zu erkennen ist, so daß sich eine Kugelrücklaufbahn für jede Richtung ergibt.

Wie dies aus den Fig. 1 und 2 zu erkennen ist, ist eine Klammer 42 an der ebenen Fläche 34· der Kugelmutter 12 befestigt, um die Kugelrücklaufführung 26 fest an ihrem Platz zu halten. Die Kugelrücklaufführungsklammer 4-2 ist durch ein allgemein rechteckiges Metallteil mit einer kanalförmigen Nut 44- gebildet, die diagonal in die Bodenfläche eingearbeitet ist, um einen Teil der Kugelrücklaufführung 26 mit engem Sitz aufzunehmen. Zwei Senkbohrungen 46 sind durch die Klammer 4-2 der Kugelrücklauf führung gebohrt, um den Durchgang von Schrauben 4-8 zu ermöglichen, mit deren Hilfe die Klammer an der Kugelmutter befestigt wird.

Im Betrieb der so weit beschriebenen Vorrichtung rollen die Wälzlagerkugeln 14- in der vorstehend beschriebenen Weise in der schraubenlinienförmigen Nut 16 in der Schnecke 10 und der schraubenlinienförmigen Nut 18 in der Kugelmutter 12, wobei eine Drehung eines dieser Teile eine Axialbewegung des jeweils anderen Teils hervorruft.

Jede Kugel 14· führt mehrere Umdrehungen um die Schnecke 10 aus. Beim Erreichen einer der gegenüberliegenden Endwindungen der schraubenlinienförmigen Nut 18 in der Kugelmutter 12 treten die Kugeln aufeinanderfolgend durch eines der mit dem speziellen Umriß versehenen Enden der rohrförmigen Kugelrücklaufführung 26 in diese ein. Die
Kugeln können sich aufgrund der bogenförmigen Form
gleichförmig und geräuschlos durch die Hücklaufführung
bewegen. Die Kugeln treten dann am anderen Ende der Rücklauf führung für die andere Endwindung der schraubenlinienförmigen Nut in der Kugelmutter aus und werden wieder zwischen der Schnecke und der Kugelmutter eingefangen.

Die Kugeln 14 laufen dauernd entlang des vorstehend beschriebenen geschlossenen Weges um, solange entweder die Schnecke oder die Kugelmutter in Drehung versetzt wird, um eine Axialbewegung des anderen Heils hervorzurufen.
Die Bewegungsrichtung der Kugeln entlang der Bewegungsbahn hängt selbstverständlich von der Drehrichtung der
Relativdrehungen und der Axialbewegung der Schnecke und der Kugelmutter ab.

Claims

Patentanwälte*: ": . : : V*:".": .Dipl.-Ing. Curt Wallach

⁰^⁷⁸ ^Europäische Patentvertreter" ""'"* " Dipl.-Ing. Günther Koch

European Patent Attorneys Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 2 60 80 78 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 10. Februar 1983

Unser Zeichen: 17 624

HIROSHI TERAMACHI, Setagaya-Ku,
Higashi-Tamagawä-, 2-34-8, T0KY0,JAPAN

"Vorrichtung: zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine L i ηea r b ewegu ng " _v

Patent ansprüche

ΠyVorrichtung zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung, mit einer Kugelmutter, die auf einer Schnecke mit Hilfe einer Vielzahl von umlaufenden Wälzlagerkugeln befestigt ist, die in Rolleingriff zwischen einer inneren schraubenlinienförmigen Nut in der Kugelmutter und einer äußeren schraubenlinienförmigen Nut in der Schnecke stehen, und mit einer rohrförmigen Kugelrücklaufführung, dadurch gekennzeichnet , daß die rohrförmige Kugelrücklaufführung (26) eine Rücklaufbahn für die Kugeln (14-) von einem Ende der Kugelmutter (12) zum anderen bildet und eine bogenförmige Form aufweist und starr an der Außenseite der Kugelmutter (12) befestigt ist, wobei die gegenüberliegenden Endteile (28, 30) der Kugelrücklaufführung (26) von zwei öffnungen (36) aufgenommen werden, die durch die Kugelmutter (12) hindurch an Positionen ausgebildet sind, die einen Abstand in Axialrichtung und in TTmfangsrichtung aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede öffnung (36) in

der Kugelmutter (12) im wesentlichen aus einem ersten Teil mit halbkreisförmigem Querschnitt., der sich geradlinig in einer Tangentialrichtung eines Zylinders erstreckt, der im Inneren der Kugelmutter umgrenzt ist, sowie aus einem zweiten Teil mit halbkreisförmigem Querschnitt besteht, der von dem ersten Teil fort gekrümmt ist, während er sich aus der Kugelmutter (12) heraus erstreckt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kugelrück- !Aufführung (26) mit einem konstanten Radius gekrümmt ist.