DE3808989A1 - Fuehrungsbaugruppe zur fuehrung zusammengesetzter bewegungen sowie fuehrungsvorrichtung unter verwendung einer derartigen fuehrungsbaugruppe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Führungsbaugruppe zur Führung zusammengesetzter Bewegungen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art, sowie auf eine Führungsvorrich­ tung unter Verwendung derartiger Führungsbaugruppen.

Derartige Führungsbaugruppen und Führungsvorrichtungen werden beispielsweise für die Arme eines Industrierobotors oder der­ gleichen verwendet, um Bewegungen in Axialrichtung und in Drehrichtungen zu führen.

Bekannte Bewegungs-Führungsmechanismen schließen eine Kugel­ mutter und eine Kugel-Keilwelle ein. Die Kugelmutter weist eine Welle mit Kugelschraubennuten auf, die schraubenlinienförmig in der Außenumfangsfläche der Welle ausgebildet sind, und eine Mutter ist auf die Welle aufgesetzt, wobei eine große Anzahl von Kugeln zwischen der Mutter und der Welle eingefügt ist, um die zwischen der Kugelmutter und der Schraubenspindel hervorge­ rufene Reibung zu verringern und damit eine gleichförmige Bewegungsübertragung zu ermöglichen. Die Kugelkeilwelle weist eine Keilwelle mit geradlinig verlaufenden Kugelkeilnuten auf, die in der äußeren Umfangsoberfläche derart ausgebildet sind, daß sie sich in axialer Richtung erstrecken, und ein äußerer Zylinder oder eine Keilwellenhülse ist auf die Keilwelle aufge­ setzt, wobei eine große Anzahl von Kugeln zwischen diesen Teilen eingefügt ist, um eine gleichförmige Führung der geradlinigen Bewegung zu erzielen und gleichzeitig eine Drehmomentübertragung zu ermöglichen.

Die vorstehend beschriebene bekannte Kugelmutter ist lediglich zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung geeig­ net, während die Kugelkeilwelle lediglich die Funktion der gleichförmigen Führung der Linearbewegung bei einer Drehmoment­ übertragung erfüllt. Wenn daher diese beiden Funktionen in einer Vorrichtung erforderlich sind, müssen in dieser Vorrichtung sowohl die Kugelmutter als auch die Kugelkeilwelle vorgesehen werden. Hierdurch wird die Anzahl der Teile vergrößert und der Aufbau der Vorrichtung ist kompliziert.

Es ist weiterhin ein Bewegungs-Führungsmechanismus bekannt, der einen Wellenkörper einschließt, der Kugelkeilnuten und Kugel­ schraubennuten aufweist. Bei derartigen Bewegungs-Führungs­ mechanismen sind jedoch die Kugel-Keilnuten und die Kugel­ schraubennuten an getrennten Teilen des Wellenkörpers angeord­ net, sodaß dieser Wellenkörper relativ lang ist, woraus große Abmessungen der Vorrichtung folgen. Eine Vergrößerung der Länge des Wellenkörpers verringert die Drehsteifigkeit, wodurch ein Festigkeitsproblem entsteht. Weiterhin wird jede Verringe­ rung der Größe der Vorrichtung verhindert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend be­ schriebenen Nachteile zu beseitigen und eine Führungsbaugruppe zur Führung zusammengesetzter Bewegungen sowie eine diese Führungsbaugruppe verwendende Führungsvorrichtung zu schaffen, die gleichzeitig als Kugelschraubenmutter als auch als Kugel- Keilnut-Hülse wirken kann und die eine Verringerung der Gesamt­ größe der Baugruppe oder Vorrichtung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale gelöst.

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

Entsprechend einem Grundgedanken der Erfindung wird eine Führungsbaugruppe zur Führung zusammengesetzter Bewegungen ge­ schaffen, die eine Welle einschließt, die mit schraubenlinien­ förmigen Kugelschraubennuten in ihrer Außenumfangsfläche sowie mit Kugelkeilnuten versehen ist, die in der Außenumfangsfläche der Welle derart ausgebildet sind, daß sie sich in der Axial­ richtung quer zu den Kugelschraubennuten erstrecken. Eine Kugel­ mutter und eine Kugel-Keilwellenhülse oder ein äußerer Zylinder sind auf die Welle derart aufgesetzt, daß sie mit den Kugel­ schraubennuten bzw. den Kugelkeilnuten über eine große Anzahl von Kugeln in Eingriff stehen.

Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist die Führungsvorrichtung zur Führung einer zusammengesetzten Be­ wegung eine Welle auf, die mit in ihrer Außenoberfläche ausge­ bildeten schraubenlinienförmigen Kugelschraubennuten und mit Kugelkeilnuten versehen ist, die in der Außenumfangsfläche der Welle derart ausgebildet sind, daß sie sich in Axialrichtung quer zu den Kugelschraubennuten erstrecken. Eine Kugelschrauben­ mutter und eine Kugel-Keilwellenhülse sind auf die Welle derart aufgesetzt, daß sie mit den Kugelschraubennuten bzw. den Kugel­ keilnuten über eine große Anzahl von Kugeln in Eingriff bringbar sind. Die Vorrichtung weist weiterhin ein Gehäuse auf, in dem die Kugelmutter und die Kugel-Keilwellenhülse drehbar gelagert sind, wobei erste und zweite Antriebseinrichtungen zur Drehung der Kugelmutter bzw. der Kugel-Keilwellenhülse vorgesehen sind.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wirken die Keilwellen­ hülse und die Welle zusammen als Kugelkeilnut-Anordnung. Die Kugelmutter und die Welle wirken hierbei zusammen als Kugel­ schraubenantrieb. Eine zusammengesetzte Bewegung wie zum Bei­ spiel eine Drehbewegung und eine geradlinige Bewegung ist unter Verwendung sowohl der Keilwellenhülse als auch der Kugelmutter möglich.

Bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Welle durch Antreiben der Kugelschraubenmutter hin- und herbewegt. Andererseits wird die Welle durch Antreiben der Kugel-Keilwel­ lenhülse in Drehung versetzt. Auf diese Weise kann eine zuammen­ gesetzte Bewegung der Welle erzielt werden, bei der die Welle hin- und herbewegt wird, während sie gedreht wird, und zwar da­ durch, daß die ersten und zweiten Antriebseinrichtungen gleich­ zeitig angesteuert werden. Weiterhin kann die Geschwindigkeit, mit der die Welle hin- und herbewegt wird, durch Einstellen geeigneter Werte der Drehbewegung der Kugelmutter und der Keilwellenhülse mit Hilfe der ersten und zweiten Antriebsein­ richtungen geändert werden.

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

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht wesentlicher Teile einer Ausführungsform der Führungsbaugruppe zur Führung zusammengesetzter Bewegungen

Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform der Kugel-Keilwellenhülse nach Fig. 1

Fig. 3 eine Vorderansicht eines Kugelhalters oder Käfigs für die Keilwellenhülse nach Fig. 2

Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Kugelhalters nach Fig. 3

Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht einer in dem Kugel­ halter nach Fig. 3 gehaltenen Kugel

Fig. 6 eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform einer Führungsvorrichtung zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung

Fig. 7 und 8 den Aufbau weiterer Ausführungsformen von Führungsvorrichtungen zur Führung zusammengesetzter Bewegungen unter Verwendung der Führungsbaugruppe nach den Fig. 1-5.

In den Fig. 1-5 ist eine Ausführungsform einer Führungs­ baugruppe zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung darge­ stellt. Diese Führungsbaugruppe (1) besteht aus einer Welle (4) mit Kugelschraubennuten (2) und Kugelkeilnuten (3), die im wesentlichen in der Außenumfangsfläche der Welle (4) ausgebil­ det sind, wobei eine Kugelschraubenmutter (6) und eine Kugel­ Keilwellenhülse oder ein äußerer Zylinder (7) unter Zwischen­ fügung einer großen Anzahl von Kugeln (5) auf die Welle aufge­ setzt sind. Die Kugelschraubenuten (2) sind in der Außenumfangs­ fläche der Welle schraubenlinienförmig über die gesamte Länge der Welle mit einer vorgegebenen Steigung ausgebildet. Die Kugelkeilnuten (3) sind geradlinig derart ausgebildet, daß sie die Kugelschraubennut in einem Bereich der Welle (4) kreuzen, in dem die Schraubennut ausgebildet ist, das heißt bei dieser Ausführungsform über die gesamte Länge der Welle (4). Die zwei oder mehr (bei der dargestellten Ausführungsform vier) Kugelkeilnuten (3) sind unter gleichen Abständen in Umfangs­ richtung der Welle (4) angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist die Tiefe der Kugelkeilnuten (3) geringer ausgebildet, als die Tiefe der Kugelschraubennuten (2).

Die Kugelschraubenmutter (6) weist eine zylindrische Form auf. Die Kugelschraubenmutter (6) besteht aus einem Kugelmutterkörper (61), in deren Innenoberfläche Kugelabrollnuten (8) ausgebildet sind, die die gleiche Steigung wie die Kugelschraubennuten (2) aufweisen. Abschlußdeckel (62) sind an den beiden Enden des Kugelmutterkörpers (61) befestigt. Der Kugelmutterkörper (61) weist an zwei Stellen Kugelaustrittsbohrungen (9) auf, die jeweils einen Teil eines Umlaufweges der Kugeln (5) bilden, die zwischen der Kugelmutter (6) und der Welle (4) eingefügt sind. Jeder Abschlußdeckel (62) ist mit Richtungsänderungsnuten (10) versehen, die dazu dienen, die zwischen den Kugelschraubennuten (2) und den Kugelabrollnuten (8) der Kugelmutter (4) eingefügten Kugeln (5) in die Kugelaustrittsbohrungen (9) austreten zu lassen. Die Kugelschraubennuten (2), Kugelabrollnuten (8), die Kugelrichtungsänderungsnuten (10) und die Kugelaustrittsboh­ rungen (9) bilden zusammen Kugelumlaufwege, durch die hindurch die Kugeln gleichförmig umlaufen können. Die Kugelabrollnuten (89) für den Kugelmutterkörper (61) sind mit nicht dargestellten Steigungsunterschieden bezüglich den Kugelschraubennuten (2) auf der Welle (4) ausgebildet, um eine axiale Vorspannung der Kugeln (5) zu erzielen und damit im wesentlichen jedes Axialspiel beim Eingriff zwischen diesen Teilen zu beseitigen.

Der Mittelbereich des Außenumfangs des Kugelmutterkörpers (61) ist mit einem Flansch (63) versehen, der ein Schneckenrad bildet. Die Außenumfangsfläche dieses Flansches ist verzahnt und bildet Zähne (63 a) für den Eingriff mit einer Schneckenspindel.

Die Kugel-Keilwellenhülse (7) weist eine zylindrische Form auf. Die Innenumfangsfläche der Kugel-Keilwellenhülse (7) ist mit Kugelabrollnuten (11) versehen, die derart ausgebildet sind, daß sie den Kugelkeilnuten (3) entsprechen, sodaß eine große Anzahl von Kugeln (5) zwischen den Kugelabrollnuten (11) der Keilwellenhülse (7) und den Kugelkeilnuten (3) der Welle (4) eingefügt werden kann. Ein Halteteil oder ein Käfig (13) zum Führen der Kugeln (5) ist am Innenumfang der Keilwellenhülse (7) vorgesehen.

Wie dies in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, berühren die belas­ teten Kugeln (5) die Kugelabrollnuten (11) an zwei Punkten mit einem vorgegebenen Winkel (α) in einer radialen Richtung hier­ von und ein Berührwinkel ist bei der bevorzugten Ausführungs­ form auf ungefähr 45 Grad eingestellt. Im einzelnen ist fest­ zustellen, daß die Kugelkeilnuten (3) und die Kugelabrollnuten (11) beide die Form von kreisförmigen bogenförmigen Nuten mit jeweils einem bogenförmigen Querschnitt aufweisen. Ein die Krümmungsmittelpunkte der benachbarten Kugelkeilnuten (3, 3) der Welle (4) verbindender Winkel ist größer oder kleiner als der Winkel gewählt, der die Krümmungsmittelpunkte der Kugelabroll­ nuten (11, 11) der Keilwellenhülse (11) verbindet, und eine Berührungslinie (Y), die die Berührungspunkte der Kugel (5) mit der Kugelkeilnut (3) und der Kugelabrollnut (11) verbindet, schneidet eine Linie (L), die durch die Mittelachse der Welle (4) und den Mittelpunkt der Kugel (5) hindurchläuft, unter einem Winkel (α).

Wie dies weiter oben beschrieben wurde, ist der Berührungswinkel der Kugel (5) in Radialrichtung geneigt, sodaß die Lasttrag­ fähigkeit bezüglich nicht nur der Belastung in der Radialrich­ tung sondern auch der Belastung in Drehrichtung vergrößert wird und ein relativ großes Drehmoment bei der ausgeübten radialen Belastung übertragen werden kann.

Insbesondere dann, wenn der Berührungswinkel auf ungefähr 45 Grad eingestellt ist, sind die radiale Lasttragfähigkeit oder Belastbarkeit und die Drehmomentbelastbarkeit in äußerst ge­ eigneter Weise ausgeglichen. Weiterhin kann die Neigung der Kugel (5) in Radialrichtung eine Vorspannung in Winkelrichtung bezüglich der Kugel (5) hervorrufen, sodaß im wesentlichen jedes Winkelspiel beseitigt ist. Entsprechend kann die Einstellgenau­ igkeit in Drehrichtung verbessert werden und weiterhin kann auch das Betriebsansprechverhalten verbessert werden. Die durch ein Winkelspiel hervorgerufenen Geräusche können im Betrieb im wesentlichen beseitigt werden und die Haltbarkeit der Baugruppe wird verbessert.

Das Halteteil (12) weist eine zylindrische Form und eine dünne Wandstärke auf. Das Halteteil (12) weist Schlitze (13) auf, die an Positionen angeordnet sind, an denen sie auf die Kugelabroll­ nuten (11) gerichtet sind, um belastete Kugeln zu führen. Die äußere Umfangsoberfläche des Halteteils (12) ist mit Kugelaus­ trittsnuten (14) versehen, die jeweils einen Teil eines Kugel­ umlaufweges bilden. Das jeweilige Ende jedes der Schlitze (13) ist mit einer Kugelabroll-Richtungsänderungsnut (15) versehen, durch die die Lastkugel (5), die entlang des Schlitzes (13) geführt wurde, in die entsprechende Kugelaustrittsnut (14) überführt wird, die in der äußeren Umfangsoberfläche des Halte­ teils (12) angeordnet ist. Die die Kugelrollrichtung ändernde Nut (15) weist eine U-Form auf. Das Ende jedes der Schlitze (13) ist verjüngt, um eine Abhebeoberfläche (15 a) zu bilden, mit deren Hilfe die Richtung der Kugeln, die entlang des Schlitzes (13) ankommen, gleichförmig geändert wird.

Der Mittelbereich des Außenumfanges der Keilwellenhülse (7) ist mit einem Flansch (71) versehen, der in einer derartigen Weise geformt ist, daß er in Radialrichtung nach außen hin vorspringt, wie dies auch bei der Kugelmutter (6) der Fall ist. Die Außen­ umfangsoberfläche des Flansches (71) ist verzahnt, um Zähne (71) zu bilden.

Bei der in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildeten Führungsbaugruppe für eine zusammengesetzte Bewegung dienen die Kugelmutter (6) und die Welle (4) zusammen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung. Andererseits bewirken die Kugel-Keilwellenhülse (7) und die Welle (4) zusammen die Führung einer Linearbewegung. Die zwischen der Kugel-Keilwellen­ hülse (7) und der Welle (4) eingefügten Kugeln (5) werden durch das Halteteil (12) geführt.

Die Kugeln (5) werden in dem Lastabschnitt zwischen der Keil­ wellenhülse (7) und der Welle (4) derart gehalten, daß sie sich frei sowohl in Drehrichtung als auch in Axialrichtung der Welle (4) bewegen können. An den Schnittpunkten der Kugelschraubennut (2) und der Kugelkeilnuten (3) wird der Eingriff zwischen den Kugeln (5), der Keilwellenhülse (7) und der Welle (4) aufge­ hoben. Dennoch werden sie in Drehrichtung der Welle (4) durch das Halteteil (12) geführt, sodaß die Kugeln weiter entlang der Abrolloberfläche der Kugelkeilnuten (3) rollen.

Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Führungsvorrichtung zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung. Bei dieser Aus­ führungsform wird die Führungsbaugruppe (1) zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung, wie sie anhand der Fig. 1 - 5 be­ schrieben wurde, von einem Gehäuse (20) gehaltert, das als Hal­ terungsteil dient. Das Gehäuse (20) ist mit einer Bohrung (21) versehen, durch die hindurch die Welle (4) eingesetzt ist. Sowohl die Kugelmutter (6) als auch die Kugel-Keilwellenhülse (7) sind drehbar am Innenumfang der Bohrung (21) über Lager (22, 23, 24 und 25) gelagert. Die Kugelmutter (6) und die Kugel-Keil­ wellenhülse (7) sind so nah wie möglich in Axialrichtung der Welle aneinander angeordnet, damit die Abmessungen der Vorrich­ tung verringert werden können. Der Innenumfang der Bohrung (21) in dem Gehäuse (20) ist mit kreisringförmigen Ausnehmungen (26 und 27) versehen, die die Flansche (63 und 71) aufnehmen, die vom Außenumfang der Kugelmutter (6) bzw. der Keilwellenhülse (7) vorspringen. Schneckenspindeln (28 und 29), die mit den Zähnen (63 a bzw. 71 a) auf den Flanschen (61 bzw. 71) der Kugelmutter (6) bzw. der Kugelwellenhülse (7) in Eingriff stehen, sind in den oberen Teilen der Ausnehmungen (26 und 27) untergebracht. Die Schneckenspindeln (28 und 29) sind unter einem rechten Winkel zur Welle (4) angeordnet und sind über Wellen (28 a und 29 a) mit (nicht gezeigten) Motoren gekoppelt. Die Motoren und die Schneckenspindel (28 und 29) bilden zusammen eine Antriebs­ einrichtung.

Die Kugelmutter (6) ist in dem Gehäuse (20) über zwei Lager (22 und 23) gelagert, die an den beiden Enden des Außenumfanges des Kugelmutterkörpers (61) in Axialrichtung angeordnet sind. Die Lager (22 und 23) sind Stirnlager mit Winkelberührung oder Schulter- oder Schrägkugellager. Die inneren Laufringe der Lager (22 und 23) stehen mit Schultern (61 a) in Eingriff, die an den beiden Enden des Außenumfanges des Kugelmutterkörpers (61) ausgebildet sind, während die äußeren Laufringe der Lager (22 und 23) auf den Innenumfang der Bohrung (21) des Gehäuses (20) aufgepaßt sind. Ähnlich wie die Kugelmutter (6) ist auch die Kugel-Keilwellenhülse (7) an dem Gehäuse (20) über die beiden Lager (24 und 25) gelagert, die vom Stirnflächenkontakt­ typ mit Winkelberührung oder vom Schräg- oder Schulterkugella­ gertyp sind. Der Außenumfang der Kugel-Keilwellenhülse (7) ist mit Schultern (71 b) versehen, auf die die Lager (24 und 25) auf­ gepaßt sind. Der Innenumfang der Bohrung (21) des Gehäuses (20) ist mit einem Vorsprung (30) versehen, der die Lager (23 und 24) in ihrer Lage festlegt, um die Kugelmutter (6) und die Keil­ wellenhülse (7) an ihren Innenseiten zu lagern. Dies bewirkt, daß die Lager (23 und 24) in Axialrichtung gegen die beiden En­ den des Vorsprunges (30) anliegen, sodaß die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse (7) voneinander durch einen festen Ab­ stand getrennt sind.

Eine Befestigungsmutter (31) ist an jedem Ende des Innenumfanges der Bohrung (21) durch Schrauben befestigt. Die Befestigungs­ muttern (31) sind jeweils mit einem sehr engen Spalt zwischen ihrer Innenumfangsfläche und der Außenumfangsoberfläche der Welle (4) ausgebildet, sodaß das Eindringen von Staub in die Bohrung (21) des Gehäuses (20) verhindert wird. Die am Außen­ durchmesser gelegene Seitenkante jeder Befestigungsmutter (31) ist mit einem kreisringförmigen Vorsprung (31 a) versehen, der gegen den äußeren Laufring des Lagers (22) bzw. (25) anliegt, das mit der Kugelmutter (6) oder der Kugel-Keilwellenhülse (7) verbunden ist und auf der Seite des offenen Endes der Bohrung (21) angeordnet ist. Die Vorsprünge (31 a) dienen zum Anziehen der Befestigungsmuttern (31) in der Bohrung des Gehäuses (20), sodaß die Kugelmutter (6) und die Kugel-Keilwellenhülse (7) über die Lager (22 und 25) nach innen gedrückt werden, um eine Vorspannung auf die Kugeln in den Lagern (22 und 25) auszu­ üben, wenn die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse einander angenähert werden.

Bei der in dieser Weise ausgebildeten Führungsvorrichtung kann die Welle gedreht werden, sie kann hin- und zurückbewegt werden, und sie kann gleichzeitig gedreht und hin- und herbewegt werden, und zwar dadurch, daß entweder die Schneckenspindel (28) zum Antrieb der Kugelmutter (6) oder die Schneckenspindel (29) zum Antrieb der Kugel-Keilwellenhülse (7) oder beide gleichzeitig betätigt werden.

Die Tabellen 1-3 zeigen die verschiedenen Bewegungen der Welle (4), die erzielt werden, wenn die Antriebsrichtung und die Drehgeschwindigkeit der Kugelmutter (6) und der Kugel-Keil­ wellenhülse (7) in verschiedener Weise kombiniert werden.

Die Beziehung zwischen der Gewindeschneidrichtung der Kugel­ schraubennuten (2) und der Drehrichtung der Kugelmutter (6) ist derart ausgebildet, daß die Welle (4) nach oben bewegt wird, wenn die Kugelmutter (6) im Uhrzeigersinn gedreht wird, während die Welle (4) nach unten bewegt wird, wenn die Kugelmutter (6) im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Daher wird, wenn die Kugel- Keilwellenhülse (7) im Uhrzeigersinn gedreht wird, während die Kugelmutter (6) festgehalten wird, die Welle (4) im Uhrzeiger­ sinn gedreht, das heißt im Gegenuhrzeigersinn bezüglich der Kugelmutter (6), wodurch die Welle (4) nach unten bewegt wird. Wenn andererseits die Keilwellenhülse (7) im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, so wird die Welle nach oben bewegt.

Die Tabelle 1 zeigt verschiedene Bewegungen der Welle (4), die erzielt werden, wenn die Kugelmutter (6) im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten be­ züglich der Keilwellenhülse (7) gedreht wird, während diese Keilwellenhülse (7) im Uhrzeigersinn gedreht wird.

Im einzelnen bewegt sich, wenn die Kugelmutter (6) im Uhrzeiger­ sinn in der gleichen Richtung wie die Keilwellenhülse (7) je­ doch mit einer niedrigeren Drehgeschwindigkeit als diese Keil­ wellenhülse (7) gedreht wird, die Welle (4) nach unten, während sie im Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn die Kugelmutter mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie die Keilwellenhülse (7) gedreht wird, so dreht sich die Welle (4), bewegt sich jedoch nicht nach oben oder nach unten. Wenn die Kugelmutter mit einer Drehge­ schwindigkeit gedreht wird, die höher als die der Keilwellen­ hülse (7) ist, so bewegt sich die Welle (4) nach oben, während sie im Uhrzeigersinn gedreht wird.

Wenn andererseits die Kugelmutter (6) im Gegenuhrzeigersinn in einer Richtung entgegengesetzt zu der gedreht wird, in der die Keilwellenhülse (7) gedreht wird, so bewegt sich die Welle (4) mit einer höheren Geschwindigkeit nach unten, während sie im Uhrzeigersinn gedreht wird, und zwar selbst dann, wenn die Kugelmutter (6) mit einer höheren oder niedrigeren Drehge­ schwindigkeit gedreht wird, als die Keilwellenhülse (7).

Wenn schließlich die Bewegung der Kugelmutter (6) gestoppt wird während die Keilwellenhülse (7) im Uhrzeigersinn gedreht wird, so bewegt sich die Welle (4) nach unten, während sie im Uhrzei­ gersinn rotiert.

Die Tabelle 2 zeigt verschiedene Bewegungen der Welle (4), die erzielt werden, wenn sich die Kugelmutter (6) im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn mit verschiedenen Drehgeschwindigkei­ ten bezüglich der Keilwellenhülse (7) dreht, während diese Keilwellenhülse (7) im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. In diesem Fall bewegt sich, wenn die Kugelmutter (6) im Uhrzeiger­ sinn gedreht wird, die Welle (4) mit hoher Geschwindigkeit nach oben während sie im Gegenuhrzeigersinn rotiert und zwar unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Kugelmutter (6) be­ züglich der Drehgeschwindigkeit der Keilwellenhülse (7). Andererseits wird, wenn die Kugelmutter (6) im Gegenuhrzeiger­ sinn in der gleichen Richtung wie die Keilwellenhülse (7) ge­ dreht wird, die Welle nach oben oder nach unten bewegt oder gestoppt, und zwar in Abhängigkeit von irgendeinem Unterschied der Drehgeschwindigkeiten, mit denen die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse (7) gedreht werden.

Die Tabelle 3 zeigt verschiedene Bewegungen der Welle (4), die erzielt werden, wenn die Kugelmutter (6) im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, während die Bewegung der Keil­ wellenhülse (7) gestoppt ist. In diesem Fall bewegt sich die Welle nach oben oder nach unten, wie im Fall einer normalen Kugelmutter.

Zusätzlich ist es möglich, die Welle (4) nach oben oder nach unten mit einer sehr geringen oder großen Vorschubgeschwindig­ keit zu bewegen.

Schließlich sind die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse (7) in das gemeinsame Gehäuse (20) eingefügt und mit diesem zu­ sammengebaut, und eine Vorspannung wird auf die Lager (22, 23 bzw. 24, 25) ausgeübt, die die Kugelmutter (6) bzw. die Keil­ wellenhülse (7) lagern, um deren Steifigkeit zu verbessern, so­ daß die Momentenbelastung besonders wirkungsvoll aufgenommen werden kann. Die in die Kugelmutter (6), die Keilwellenhülse (7) und die Lager (22-25) eingesetzten Kugeln sind alle einer Vorbelastung oder Vorspannung ausgesetzt, um ihre Tragsteifig­ keit zu verbessern, sodaß das Axialspiel und das Spiel in Dreh­ richtung dieser Bauteile oder Baugruppen im wesentlichen be­ seitigt werden kann, wodurch die Einstellgenauigkeit und das Ansprechverhalten im Betrieb verbessert wird. Die Verbesserung der Steifigkeit kann wirkungsvoll örtliche Abnutzungen oder Brüche der Kugeln verhindern, die durch das vorstehend genannte Spiel hervorgerufen werden könnten, wodurch die Lebensdauer verbessert wird.

Tabelle 1

Tabelle 2

Tabelle 3

Fig. 7 zeigt in schematischer Weise eine weitere Ausführungs­ form einer Bewegungs-Führungsvorrichtung die die Führungsbau­ gruppe zur Führung der zusammengesetzten Bewegung nach den Fig. 1-5 verwendet. Gleiche Bezugsziffern sind für Teile verwendet, die denen der Führungsbaugruppe nach Fig. 1 entsprechen, wobei auf eine Beschreibung dieser Teile verzichtet werden kann. Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung ist die Kugelmutter (6) mit Hilfe eines Keils (40) festgelegt, und lediglich die Keil­ wellenhülse (7) ist drehbar. Die Keilwellenhülse (7) wird durch einen Motor (M 1) über Zahnräder (41) angetrieben, die mit der Keilwellenhülse (7) gekoppelt sind. Wenn daher die Keilwellen­ hülse (7) gedreht wird, so wird die Welle (4) über die Kugel­ keilnuten (3) gedreht. Eine Bewegung der Welle (4) gegenüber der durch den Keil festgelegten Kugelmutter (6) bewirkt eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der Welle. Die Bezugsziffern (72) bezeichnen Lager zur Lagerung der Keilwellenhülse (7) auf einem (nicht gezeigten) Halterungsteil.

Fig. 8 zeigt in schematischer Weise eine weitere Ausführungs­ form einer Führungsvorrichtung für eine zusammengesetzte Bewe­ gung, die wiederum eine Ausführungsform der Führungsbaugruppe nach den Fig. 1-5 verwendet. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen Teile, die denen der Führungsbaugruppe nach Fig. 1 entsprechen, wobei die Beschreibung dieser Teile wieder fortgelassen ist. Bei dieser Ausführungsform der Führungsvorrichtung ist die Keil­ wellenhülse (7) mit Hilfe eines Keils (43) festgelegt, während die Kugelmutter (6) über Zahnräder (44) mit einem Motor (M 2) gekoppelt ist, mit dessen Hilfe die Kugelmutter so angetrieben wird, daß die Welle (4) ohne jede Drehung nach oben oder nach unten bewegt wird.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der beschriebenen Ausführungs­ formen dient die Welle sowohl als Keilwelle als auch als Kugelspindel. Hierdurch wird eine Verringerung der Anzahl der Teile bei einer Vorrichtung ermöglicht, die sowohl die Funktion einer Keilwelle als auch die einer Kugelspindel erfordert, so­ daß der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht werden kann. Weil weiterhin die Kugelspindel-Abrollnuten und die Kugel-Keilnut- Abrollnuten in dem gleichen Abschnitt einer Welle ausgebildet sind, kann die effektive Bewegungsstrecke, das heißt der Füh­ rungshub, erreicht werden, ohne daß die Länge der Welle ver­ größert werden muß, sodaß die Gesamtgröße und die Abmessungen der Vorrichtung verringert werden können.

Weiterhin besteht ein wesentliches Merkmal der beschriebenen Ausführungsformen darin, daß verschiedene Bewegungsarten der Welle, das heißt eine Drehbewegung, eine Hin- und Herbewegung und eine aus einer Drehbewegung und einer Linearbewegung zu­ sammengesetzte Bewegung dadurch ermöglicht werden, daß eine der Antriebseinrichtungen zur Drehung der Keilwellenhülse oder der Kugelmutter oder beide gleichzeitig betätigt werden.

Claims (4)

1. Führungsbaugruppe zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung, gekennzeichnet durch eine Welle (4) mit schraubenlinienförmigen Kugelschraubennuten (2), die in einer Außenumfangsfläche der Welle (4) ausgebildet sind, und mit Kugelkeilnuten (39) die in der Außenumfangsfläche der Welle (4) derart ausgebildet sind, daß sie sich in einer Axialrichtung der Welle (4) erstrecken und die Kugelschraubennuten (2) kreuzen, eine Kugelmutter (6), die auf der Welle (4) befestigt ist und mit den Kugelschraubennuten (2) in Eingriff steht, eine Keilwellenhülse (7), die auf der Welle (4) derart befestigt ist, daß sie mit den Kugelkeilnuten (3) in Eingriff bringbar ist, und eine Anzahl von Kugeln (5), die in den Kugelschraubennuten (2) und den Kugelkeilnuten (3) abrollen.

2. Führungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kugel (5) an zwei Punkten mit jeder der Kugelabrollnuten mit einem vorgegebenen Berührungswinkel in Berührung steht.

3. Führungsbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungswinkel auf ungefähr 45 Grad eingestellt ist.

4. Führungsvorrichtung zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung, gekennzeichnet durch

• - eine Welle (4), die mit schraubenlinienförmigen Kugelschraubennuten (2), die in einer Außenumfangsfläche der Welle (4) ausgebildet sind, und mit Kugelkeilnuten (3) versehen ist, die in der Außenumfangsfläche derart ausgebildet sind, daß sie sich in Axialrichtung der Welle (4) erstrecken und die Kugelschraubennuten (2) kreuzen,
• - eine Kugelmutter (6), die auf der Welle (4) derart befestigt ist, daß sie mit den Kugelschraubennuten in (2) in Eingriff bringbar ist,
• - eine Keilwellenhülse (7), die auf der Welle (4) derart befestigt ist, daß sie mit den Kugelkeilnuten (3) in Eingriff bringbar ist, eine Anzahl von Kugeln (5), die in den Kugelschraubennuten (2) und den Kugelkeilnuten (3) abrollen,
• - ein Gehäuse (20), an dem die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse (7) jeweils drehbar befestigt sind,
• - eine erste Antriebseinrichtung (28) zum Antrieb der Kugelmutter (6), und
• - eine zweite Antriebseinrichtung (29) zum Antrieb der Keilwellenhülse (7).