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Kugel schraubgetriebe
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Die Erfindung betrifft ein Kugelschraubgetriebe mit einer Gewindespindel
mit einer Außenschraubnut, mit einer Mutter mit einer Innenschraubnut, wobei die
Mutter die Gewindespindel umgibt und auf derselben verschiebbar ist, und mit einer
Mehrzahl lastübertragenden Kugeln, die in einem durch Teile der Schraubnuten begrenzten
Kugelkanal angeordnet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Kugelführung,
die für den Transport der Kugeln von der einen Stelle zu einer anderen Stelle im
Kugel kanal dient und in einer in der Seite der Mutter vorhandenen Uffnung angeordnet
ist. Die Kugelführung hat eine Kugel bahn, welche die Enden des Kugel kanals miteinander
verbindet. Die sich von den gegenüberliegenden Seiten der Kugelführung erstreckenden
Vorsprünge der Kugel bahn stehen dabei über den Rand der Uffnung vor.
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Während des Betriebs des Kugelschraubgetriebes besteht ein vordringliches
Problem darin, die Kugeln durch den Kugelkanal umlaufen zu lassen, wenn die Mutter
gegenüber der Gewindespindel bewegt wird.
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Die Enden der Kugel bahn innerhalb der Kugelführung müssen dabei genau
mit den entsprechenden Schraubnuten der Gewindespindel und der Mutter übereinstimmen.
Bedeutender ist noch, daß die Kugelführung während der Relativbewegung zwischen
Gewindespindel und Mutter erheblich belastet wird, wodurch die Kugelführung aus
ihrer Uffnung in der Mutter herausgedrückt werden kann.
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In der US-PS 3 176 535 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der die
Kugelführung in ihrer durch die Mutter hindurchgehenden Uffnung durch eine kraftschlüssige
dadurch festgehalten ist, daß die Kugelführung etwas größer als ihre Aufnahmeöffnung
ist. Die Kugelführung wird beim Zusammenbau unter Druck in die Uffnung hineingedrückt
und dabei verformt, was hinsichtlich einer exakten Anordnung der Kugelführung von
Nachteil ist.
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In der GB-PS 20 178 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der die
Kugelführung in ihrer Uffnung durch eine Büchse festgehalten ist,
die
sehr genau mit einem geringen Abstand über die Mutter gezogen wird, um die gewünschte
Position der Kugelführung beizubehalten.
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Die Büchse erstreckt sich dabei über die gesamte Länge der Mutter.
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Dies hat zur Folge, daß der Außendurchmesser der Mutter in unvorteilhafter
Weise vergrößert wird.
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In der US-PS 3 580 098 sind Befestigungsmittel beschrieben, beispielsweise
Stifte, die in Teile des Körpers der Kugelführung eingreifen, um auf diese Weise
diese Teile in dem zusammengebauten Zustand festzulegen.
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In der GB-PS 897 008 ist die Verwendung einer Kugelführung beschrieben,
die einen Innenflansch aufweist, der in den Zwischenraum zwischen der Mutter und
der Gewindespindel hineinragt. Der Flansch muß dabei eine gewisse Dicke und Stärke
haben, um den dynamischen Belastungen standzuhalten, die von den Kugeln beim Durchlaufen
der Kugelführung aufgebracht werden. Daher müssen die Schraubnuten in der Gewindespindel
und in der Mutter flach ausgebildet sein und die Gewindespindel muß zwischen den
Schraubnuten einen relativ breiten schraubenförmigen Steg haben. Das zuerst genannte
Erfordernis ist hinsichtlich der Tragbelastfähigkeit des Kugelschraubgetriebes nachteilig
und das zweite Erfordernis ist deshalb von Nachteil, weil eine große Gewindesteigung
für die Gewindespindel auf Grund des breiten Steges erforderlich ist.
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Eine überentwickelte Lösung ist aus der US-PS 3 815 435 ersichtlich,
in der eine Vorrichtung beschrieben ist, die zwei Vorsprünge aufweist, welche von
den gegenüberliegenden Seiten der Kugelführung über den Rand der die Kugelführung
aufnehmenden Uffnung vorstehen. Die Vorsprünge besetzen Teile von zwei benachbarten
Mutterschraubnuten, zwischen denen die Rückführung der Kugeln erfolgt. Aus diesem
Grund sind die Vorsprünge in der Längsrichtung gekrümmt ausgebildet, um so eine
Obereinstimmung mit der Krümmung der Innenschraubnut der Mutter zu erreichen. Jeder
Vorsprung hat dabei eine Querschnittsgröße und -form, die hinsichtlich Größe und
Gestalt mit dem Querschnitt der Schraubnut in der Mutter übereinstimmt. Die Kugelführung
ist dabei außerhalb des Schraubenschaftes mit in die Schraubnuten der Mutter
eingreifenden
Vorsprüngen von den Kugeln selbst gehalten, so daß die Kugelführung in ihrer Position
an den entgegengesetzten Enden der Vorsprünge gehalten wird, während die Kugeln
in die und aus den Schraubnuten der Mutter abgelenkt werden. Das Eintreten der Kugeln
in die Kugelführung und ihr Austreten aus derselben verursacht jedoch, daß sich
die Vorsprünge aufgrund der dynamischen Wirkung der Kugeln in die und aus den Schraubnuten
bewegen. Deshalb ändert sich die Durchgangslänge für die Kugeln zwischen den Schraubnuten
in einer pulsierenden Weise, was zu einer nachteiligen änderung des Momentes führt,
das von dem Kugelschraubgetriebe übertragen wird. Dies ist bei den heutzutage üblichen
Anwendungen, wie beispielsweise bei modernen NC-Drehbänken, nicht zulässig. Ferner
müssen die Vorsprünge und die Schraubnuten mit einer extremen Genauigkeit hergestellt
sein, um so Ruckbewegungen der Kugelführung auf ein Minimum abzusenken.
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Nichtsdestoweniger sind die Querschnitte der Vorsprünge zu klein,
um die Belastung aufzunehmen, wenn die Kugelführung bei Schraubschäften verwendet
wird, die einen kleinen Nenndurchmesser haben. Schließlich sind derartige Kugelschraubgetriebe
im Betrieb sehr geräuschvoll.
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Ein wesentliches Anliegen der Erfindung besteht darin, die Nachteile
der bekannten Lösungen zu beseitigen und ein verbessertes Kugelschraubgetriebe zu
schaffen, welches gegenüber den bekannten Vorrichtungen insgesamt leichter und kostengünstiger
herzustellen und zusammenzubauen ist und das im Betrieb betriebssicherer und handlicher
ohne irgendeine Schwankung des Obertragungsmomentes arbeitet und dabei auch viel
geräuscharmer ist, aber eine längere Lebensdauer hat.
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Durch die Erfindung wird insbesondere erreicht, daß die oben genannte
Aufgabe durch die Konstruktion der Kugelführung, der Mutter und deren Verbindung
gelöst wird.
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Gemäß der Erfindung sind die von den gegenüberliegenden Seiten der
Kugelführung über den Rand der Uffnung vorstehenden Vorsprünge entlang der Seiten
der Kugelführung ausgebildet, die parallel zu einem Mittelteil der Kugel bahn in
der Kugelführung verlaufen, wobei jeder Vorsprung durch eine zylindrische Außenfläche
begrenzt ist, und an
Innenseite der Mutter in dieser zur wenigstens
teilweisen Aufnahme der Vorsprünge geeignete Sitze ausgebildet sind.
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Vorteilhafterweise ist zwischen der Kugelführung und der Uffnung in
der Mutter wie auch zwischen den Vorsprüngen und ihren Außenflächen ein Spalt freigelassen,
der mit einem Füllmaterial wie beispielsweise einem Haftmittel, während des Zusammenbaus
aufgefüllt werden kann. Dabei kann die Kugelführung in einer optimalen Lage in der
Uffnung so lange gehalten werden, bis das Füllmaterial hart wird.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die äußeren
Begrenzungsflächen der Vorsprünge Teile desselben Zylinders, dessen Mittelachse
durch den Knickpunkt der Kugel bahn der Kugelführung verlaufen kann und die Achse
der Gewindespindel rechtwinklig schneidet.
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Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden
anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, aus der eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ersichtlich ist. In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 eine Seitenansicht
des Kugelschraubgetriebes, Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Fig.
1, Fig. 3 einen Teilschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen Querschnitt
entlang der Linie IV-IV in Fig. 3 und Fig. 5 einen Ausschnitt eines Querschnittes
entlang der Linie V-V in Fig. 3.
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Wie aus Fig. 1, in der eine beispielhafte Ausführungsform dargestellt
ist, ersichtlich ist, hat das Kugelschraubgetriebe eine Gewindespindel 1 mit einer
Außenschraubnut 2 und eine Mutter 3 mit einer Innenschraubnut 4. Die Mutter 3 ist
auf der Gewindespindel 1 verschiebbar und die Innenschraubnut 4 hat annähernd die
gleiche Querschnittsgröße und -form wie die Außenschraubnut 2. Die beiden Schraubnuten
2
und 4 sind derart aufeinander ausgerichtet, daß sie einen Kugelkanal 5 (Fig. 3)
zwischen der Gewindespindel 1 und der Mutter 3 bilden. Eine Mehrzahl von in dem
Kugel kanal 5 vorhandenen lastübertragenden Kugeln 6 trägt die auf der Gewindespindel
1 abgestützte Mutter 3.
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Die Länge des Kugel kanals 5 ist durch etwas geringer als ein Gewindegang
der Innenschraubnut 4 in der Mutter 3 und zwischen den entgegengesetzten Enden des
Kugel kanals 5 ist eine Kugelführung 7 vorgesehen, durch die ein ständiges Umlaufen
der Kugeln im Kugel kanal ermöglicht ist und durch die die Kugeln an einem Herausrollen
aus dem zwischen Gewindespindel und Mutter gebildeten Kugel kanal gehindert sind.
Zu diesem Zweck hat die Kugelführung 7 eine Kugel bahn 12, die die entgegengesetzten
Enden des Kugel kanals 5 miteinander verbindet.
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Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, sitzt die Kugelführung 7 in
einer ovalen Uffnung 8 in der Seitenwand der Mutter 3 und besteht im wesentlichen
aus einem Körper 9 mit zwei Vorsprüngen 10, die an den gegenüberliegenden Seiten
(Fig. 3 und 5) des Körpers 9 angeordnet sind. Die Uffnung 8 hat tatsächlich die
selbe Form wie der Körper 9 der Kugelführung 7, der jedoch etwas kleiner als die
Uffnung 8 ist, so daß zwischen dem Körper 9 und den Seitenflächen der Uffnung 8
nur ein geringer Abstand bzw. Spalt vorhanden ist.
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Die Kugel bahn 12 in der Kugelführung 7 ist insgesamt S-förmig mit
einem Mittelteil, der parallel zu den Seiten der Kugelführung 7 verläuft. An diesen
sich gegenüberliegenden Seiten sind die Vorsprünge 10 ausgebildet, die zylindrische
Außenflächen haben. An der gleichen Stelle sind in der Mutter 3 Sitze 11 mit praktisch
derselben Querschnittsform wie die der Vorsprünge 10 vorgesehen. Die Sitze 11 sind
an der Innenseite in dem Körper der Mutter 3 ausgebildet.
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Auf diese Weise liegen die Sitze 11 an den Vorsprüngen 10 an, wenn
der Körper 9 der Kugelführung 7 wenigstens teilweise in die Uffnung 8 eingesetzt
wird. Derselbe Abstand wie zwischen dem Körper 9 und der Uffnung 8 ist auch zwischen
den Vorsprüngen 10 und den Sitzen 11 vorhanden.
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Vorteilhafterweise sind die zylindrischen Begrenzungsflächen der Vorsprünge
10 Teile ein und desselben Zylinders. Somit können die Sitze 11 auch derart ausgebildet
sein, daß sie von dem einen Zylinder begrenzt sind und demzufolge können die Sitze
11 an der Innenseite der Mutter 3 in diese auf sehr einfache und leichte Weise eingeschnitten
bzw. eingearbeitet werden.
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Aufgrund der sehr hohen Geschwindigkeit zwischen der Gewindespindel
1 und der Schraube 3, mit welcher heutzutage Kugelschraubgetriebe wie dasjenige
gemäß der Erfindung arbeiten, ist die größte Genauigkeit für die Lagerung der Kugelführung
7, durch welche ihre Kugelbahn 12 in genauer Ausrichtung mit dem Kugel kanal 5 gelangt,
d.h.
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mit den entsprechenden Schraubnuten 2 und 4, von besonderer Bedeutung.
Bei dieser Erfindung wird diese Genauigkeit beim Zusammenbau des Getriebes durch
ein Einsetzen der Kugelführung 7 in die Uffnung 8 erreicht, wobei die Sitze 11 an
der Innenseite der Mutter 3 die Kugelführung 7 mit Hilfe einer Vorrichtung (nicht
dargestellt) präzise in ihrer optimalen Position halten. Dann wird der geringe Spalt
zwischen dem Körper 9, der Mutter 3 und der Uffnung 8 sowie zwischen den Vorsprüngen
10 und den Sitzen 11 mit einem Füllmaterial aufgefüllt, das vorteilhafterweise ein
Haftmittel ist. Nach dem Erstarren oder Hartwerden des Haftmittels wird die Vorrichtung
von der Innenseite der Mutter 3 entfernt, so daß die Kugeln 6 zwischen die Schraubnuten
2 und 4 gelangen und die Mutter 3 - wie üblich - auf der Gewindespindel verschoben
werden kann.
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Durch die Erfindung werden nicht nur die erforderliche Genauigkeit
erreicht und der Zusammenbau vereinfacht, sondern auch die Innenseite des zusammengebauten
Getriebes gegen ein Eindringen irgendeines Stoffes, beispielsweise Schmutz, und
gleichzeitig gegen einen Verlust eines beliebigen Typs von Schmiermitteln ohne irgendwelche
Spezialeinrichtungen geschützt.
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