DE4447709C2

DE4447709C2 - Kugelumlaufspindelvorrichtung

Info

Publication number: DE4447709C2
Application number: DE4447709A
Authority: DE
Inventors: Toru Tsukada
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1994-10-06
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2014-10-07
Also published as: DE4435759A1; DE4435759C2; US5694811A; US5749266A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelumlaufspindelvorrichtung mit einer Gewindespindel, einer Kugelumlaufmutter sowie einer Anzahl zwischen der Gewindespindel und der Kugelumlaufmutter aufgenommener Wälzkörper. Erfindungsgemäß erfolgt die Schmierung der Wälzkörper durch ein, ein Schmiermittel abgebendes Polymerteil, das in einer Ausnehmung aufgenommen ist, die sich nahe einem, eine Last aufnehmenden Berührungspfad zwischen den Wälzkörpern und der Gewindespindel bzw. der Kugelumlaufmutter erstreckt. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, über eine vergleichsweise lange Zeitperiode hinweg eine zuverlässige Versorgung der Wälzkörper mit einem Schmiermittel zu gewährleisten. Die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel eignet sich insbesondere für Anwendungen in Reinräumen, da durch die erfindungsgemäße Schmiermittelzuführung eine Kontamination der Umgebung der Kugelumlaufspindel durch das Schmiermittel weitgehend ausgeschlossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelumlaufspindelvorrichtung gemäß dem Ober begriff des unabhängigen Patentanspruchs 1 oder des unabhängigen Patentanspruchs 8 bzw. gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 9.

Linear-Führungs- und Antriebsvorrichtungen, wie beispielsweise Kugelumlaufspindelvor richtungen, werden zur Lagerung eines Maschinentisches, z. B. eines X-Y-Tisches, ver wendet. Jede dieser Vorrichtungen ist so aufgebaut, daß eine Anzahl von Rollelementen (Kugeln) zwischen einer sich linear erstreckenden Führungswelle und einem sich bewe gendem Körper, der sich linear bewegt, während er durch die Führungswelle geführt wird, zwischengefügt sind. Diese Rollelemente zirkulieren entlang Elementenrollnuten, die in dem Bewegungskörper gebildet sind, während sie innerhalb der Elementenrollnu ten rollen. Mit diesem Aufbau läuft der Bewegungskörper weich und stabil.

In der herkömmlichen Kugelumlaufspindelvorrichtung wird eine Kugelumlaufmutter, die ein Gewinde an ihrer inneren Oberfläche besitzt, an einer Gewindespindel mit einem Gewinde an deren Außenoberfläche befestigt, wobei eine Anzahl von Kugeln zwischen den Gewinden eingesetzt sind. Wenn die Kugelumlaufspindelvorrichtung arbeitet, bewe gen sich die Kugeln durch Drehung entlang eines wendelförmigen Zwischenraums, der durch das Gewinde der Gewindespindel und das Gewinde der Kugelumlaufmutter, die dem ersteren gegenüberliegt, festgelegt ist. Die Kugeln führen durch den Kugelzirkulati onsdurchgangsweg hindurch und laufen durch den wendelförmigen Zwischenraum und kehren zu der Ausgangsposition zurück. Auf diese Weise zirkulieren die Kugeln. Durch eine solche wendelförmige, zirkulierende Bewegung der Kugeln bewegt sich die Gewin despindel linear relativ zu der Kugelumlaufmutter. Kugelzirkulationsrohre, Kugelzirkuati onsführungsplatten und dergleichen können für die Einrichtungen zur Bildung des Zirku lationsdurchgangswegs verwendet werden.

Um eine weiche Zirkulationsbewegung der Kugeln sicherzustellen, wird die Innenseite der Kugelumlaufmutter mit einem Schmiermittel, wie beispielsweise ein Fett oder ein Schmieröl, vor dem Zusammenbau überzogen oder gefüllt. Oder das Schmiermittel wird zu der Kugelumlaufmutter durch ein Ölzuführsystem zugeführt.

Die Kugelumlaufmutter, die das Öl- oder Fett-Schmierverfahren einsetzt, besitzt die nachfolgenden Probleme hinsichtlich der Schmiermitteltechnik.

1. Dort, wo das Schmieröl verwendet wird, ist eine periodische Zuführung des Öls derart erforderlich, daß immer ein Ölfilm in den Schraubengewinden, in denen die Kugeln rol len, gebildet wird. Deshalb muß ein teures Ölzuführsystem und ein dazugehöriger Rohr leitungskreis verwendet werden.
2. Das Ölzuführsystem/der Rohrleitungskreis müssen gewartet werden, um eine vorge gebene Zuführung des Schmieröls sicherzustellen. Dies führt zu einer komplizierten Wartungsarbeit.
3. Dort, wo das Schmieröl verwendet wird, muß die Menge des zugeführten Öls opti miert werden. Wenn eine übermäßige Menge des Schmieröls zu der Kugelumlaufspin delvorrichtung zugeführt wird, und zwar in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine, wie beispielsweise einer Drehmaschine, vermischt sich das herausleckende Schmieröl mit dem Schneidöl, so daß die Arbeitsfähigkeit der Werkzeugmaschine verschlechtert wird. Falls die Menge des Schmieröls im großen Umfang unzureichend ist, wird die Kugelum laufspindel abnormal abgenutzt, so daß die Lebensdauer verkürzt wird.
4. Dort, wo Fett verwendet wird, ist der fettgefüllte Zwischenraum der Kugelumlaufspin del groß und die Dichtung des Zwischenraums ist unzureichend. Dementsprechend nimmt das eingefüllte Fett leicht ab und wird durch seine Oxidation verschlechtert.
5. Es ist unmöglich, daß eine erforderliche Menge eines Fetts nur zu notwendigen Schraubengewindeteilen zugeführt wird. Demzufolge wird Fett fortlaufend in einer unzu reichenden Menge aufgebracht. Wenn eine übermäßige Menge an Fett aufgebracht wird, wird das übermäßige Fett zu feinen Teilchen. Diese Fett-Teilchen werden zu der Außenseite der Kugelumlaufspindelvorrichtung zerstreut, so daß die Reinraumbedingun gen des Reinraums kontaminiert werden.

Aus der Druckschrift DE 41 18 189 A1 ist eine kugelgelagerte Spindeleinrichtung mit wendelförmiger Nut bekannt. Diese wendelförmige Nut ist an der äußeren Umfangsflä che einer Spindel ausgebildet. Eine Muffe wird auf der Spindel gelagert, wobei eine Mehrzahl von Kugeln zwischen der Spindel und der Muffe angeordnet sind. Diese Ku geln sind jeweils durch einen kalottenförmigen Kugelhalter gelagert, der in ein radiales Loch der Muffe eingeschraubt ist. In der Muffe und den Kugelhaltern ist eine Druckmit telleitung ausgebildet, so daß ein Druckmittel zugeführt werden kann, um ein hydrody namisches Lager zwischen den Kugelhaltern und den Kugeln zu bilden. Ferner ist eine Mehrzahl von festen Schmiermittelkörpern vorgesehen, die alternierend mit den Kugeln an der Muffe angeordnet sind und in die wendelförmige Nut der Spindel gedrückt wer den, um die Nut dauernd geschmiert zu halten.

Aus der Druckschrift US 4 811 618 ist ein Spindeltrieb bekannt, bei dem eine Spindel mit einer Mutter ohne Verwendung von Wälzkörpern gekoppelt wird. Die Mutter ist mit einer wendelförmigen Nut ausgebildet, die korrespondierend zu einer wendelförmigen Nut auf der Spindel ausgebildet ist. In der wendelförmigen Nut der Spindel ist ein Streifen aus Kunststoff eingesetzt und wird an der Mutter gehalten. Dieser Streifen greift in die wen delförmige Nut der Spindel ein.

Eine Kugelumlaufspindelvorrichtung der jeweils eingangs genannten Art ist aus der Druckschrift JP OS 52-40267 bekannt. Gemäß dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, sowohl spindelseitig als auch mutternseitig die Gewindenuten mit einer Einlage zu ver sehen, die sich in der Tragzone der Nuten erstreckt. Diese Einlage ist aus einem tragfä higen Material mit vergleichsweise geringer Fressneigung, wie beispielsweise Messing, Lagerbronze oder dergleichen gebildet. Dadurch wird ein schmiermittelfreier Betrieb der Kugelumlaufspindelvorrichtung möglich.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelumlaufspindelvorrichtung der jeweils eingangs genannten Art zu schaffen, bei der eine automatische und stabile Zu führung einer optimalen Menge eines Schmiermittels zu den Kugeln sichergestellt ist.

Gemäß einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Kugelumlaufspindelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Mit einem derartigen Aufbau wird Schmiermittel aus dem schmiermittelenthaltenden Po lymer, das an einem keine Belastung aufnehmenden Flächenteil der Gewindenut einge setzt ist, durch Drehen der Kugeln herausgedrückt bzw. herausgequetscht und wird sta bil und gleichförmig zu den Kugeln für eine lange Zeit zugeführt. Durch den Temperatur anstieg und den Druck, der durch das Rollen der Kugeln verursacht wird, wird Schmier mittel von dem Schmiermittelzuführteil herausgedrückt bzw. herausgequetscht. Das her ausgedrückte Schmiermittel gelangt mit den Kugeln in Berührung und haftet daran an und erreicht die Oberfläche der Gewindenuten. Dadurch wird ein Ölfilm gebildet. Es ist nicht erforderlich, einen Schmiermittelströmungskreis zu schaffen und das Schmiermittel unter Druck in Richtung entgegen der Schwerkraft zu richten. Eine optimale Menge an Schmiermittel wird auf natürliche Weise zu den bestimmten Teilen und Bereichen zuge führt.

In der Kugelumlaufspindelvorrichtung wird mit dem Schmiermittelzuführteil Schmiermittel von dem Schmiermittelzuführteil, das aus einem schmiermittelenthaltendem Polymer hergestellt ist, herausgedrückt und gleichmäßig über die Gewindeflächen der Gewinde welle verteilt. Eine stabile Schmiermittelzuführung wird für eine lange Zeit sichergestellt.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Kugelumlaufspindelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Kugelumlaufspindelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9.

Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsformen in Verbin dung mit den beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeich nungen zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht, die eine Kugelumlaufspindelvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht, welche die Kugelumlaufspindelvorrichtung der Fig. 1 darstellt;

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht, die einen wendelförmigen Zwischenraum zeigt, der durch die wendelförmigen Gewinde einer Gewindespindel und einer Kugel umlaufmutter in der Kugelumlaufspindelvorrichtung der Fig. 1 festlegt wird;

Fig. 4 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Gewindenut gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt;

Fig. 5 eine vergrößerte Querschnittsansicht, die eine Gewindenut gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt;

Fig. 6 eine Draufsicht, die eine Kugelumlaufspindelvorrichtung einer vierten Ausfüh rungsform darstellt;

Fig. 7 eine Längsschnittansicht, welche die Kugelumlaufspindelvorrichtung der Fig. 6 darstellt;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht, teilweise aufgebrochen, welche die Kugelumlauf spindelvorrichtung der Fig. 6 darstellt;

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht, die eine Kugelumlaufspindelvorrichtung des Zir kulationsformplattentyps gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt;

Fig. 10 eine vergrößerte, perspektivische Ansicht, die eine Zirkulationsformplatte dar stellt, die in der Kugelumlaufspindelvorrichtung der Fig. 9 verwendet wird;

Fig. 11 eine Seitenansicht, teilweise aufgebrochen, welche die Kugelumlaufspindelvor richtung der Fig. 9 darstellt; und

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht, die ein Schmiermittelzuführteil darstellt, das in der Kugelumlaufspindelvorrichtung der Fig. 9 verwendet wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform einer Kugelumlaufspindelvorrichtung, bei der es sich um eine typische Vorrichtung einer angetriebenen linearen Bewegungsvor richtung handelt.

Eine Kugelumlaufmutter 22 als ein sich bewegender Körper ist auf der Gewindespindel 21 als eine Führungswelle aufgeschraubt. Ein Gewinde 21b ist an der äußeren Oberflä che 21a der Gewindespindel 21, die sich linear erstreckt, gebildet. Ein Gewinde 22b als eine Elementenrollnut, die dem Gewinde 21b der Gewindespindel 21 entspricht, ist an der Oberfläche 22a der Kugelumlaufmutter 22 gebildet. Eine Anzahl von Kugeln 23 ist zwischen der Gewindespindel 21 und der Kugelumlaufmutter 22 eingesetzt. Ein Zirkula tionsrohr 25 ist an der äußeren Oberfläche des rohrförmigen Teils der Kugelumlaufmut ter 22 befestigt. Das Zirkulationsrohr 25 wirkt mit einem wendelförmigen Zwischenraum zusammen, der durch die wendelförmigen Gewinde 21b und 22b festgelegt ist, die ge genüberliegend zueinander angeordnet sind und einen Zirkulationsdurchgangsweg bil den, durch den die Elemente (Kugeln) 23 zirkulieren. Das Zirkulationsrohr 25, das U- förmig geformt ist, ist mit Rohrzungen versehen, die an dessen beiden Enden angeord net sind. Ein Paar Durchgangsöffnungen, die nicht dargestellt sind, ist in der Kugelum laufmutter 22 gebildet. Die Durchgangsöffnungen erstrecken sich von der äußeren Ober fläche der Kugelumlaufmutter zu dem wendelförmigen Gewinde, auf deren innerer Ober fläche, wobei die Durchgangsöffnungen voneinander um einen Abstand beabstandet sind, der eine Mehrzahl von Gewindegängen entspricht. Das Zirkulationsrohr 25 ist an der Außenseite der Kugelumlaufmutter 22 derart befestigt, daß beide Enden des Zirkula tionsrohrs 25 in die Durchgangsöffnungen eingesetzt sind und an der Kugelumlaufmutter 22 durch ein Rohrhalteteil 28 und Schrauben 29 befestigt sind.

Das Gewinde 21b der Gewindespindel 21 und das Gewinde 22b an den inneren Ober flächen der Kugelumlaufmutter 22 sind als Spitzbogengewinde (gotisches Bogengewin de) geformt, wie in Fig. 3 dargestellt ist. Jedes Gewinde umfaßt einen, eine Belastung aufnehmenden Flächenteil P, der mit den Kugeln 23 in Berührung steht, und einen, keine Belastung aufnehmenden Flächenteil NP, der nicht mit den Kugeln 23 in Berührung steht. In dieser Ausführungsform ist eine kleine Nut 26 wendelförmig in dem Nutboden als der keine Belastung aufnehmende Flächenteil NP des Gewindes 22b der Kugelum laufmutter 22 gebildet. Ein Schmiermittelzuführteil 27 als schmiermittelenthaltendes Po lymer ist an die kleine Nut 26 angeheftet oder daran befestigt.

Wenn sich die Gewindespindel 21 dreht, rollen die Kugeln 23 in der Richtung der Dre hung der Gewindespindel entlang eines wendelförmigen Zwischenraums, der durch die wendelförmigen Gewinde 21b und 22b festgelegt wird, und zirkulieren durch das Zirkula tionsrohr 25. Mit dem Rollen der Kugeln 23 wird die Kugelumlaufmutter 22 linear entlang der Gewindespindel 21 geführt. Wenn die Kugelumlaufspindelvorrichtung angetrieben wird, wird Schmiermittel nach und nach aus dem Schmiermittelzuführteil 27, (als schmiermittelenthaltendes Polymer) herausgedrückt, das an der Kugelumlaufmutter 22 befestigt ist, und zu den Kugeln 23, während sie das schmiermittelenthaltende Polymer berühren, zugeführt. Das Schmiermittel verteilt sich gleichförmig über die gesamten wendelförmigen Gewinde 21b und 22b. Eine stabile Zuführung des Schmiermittels für eine lange Zeit wird sichergestellt. Dem gemäß läuft die Kugelumlaufspindelvorrichtung gut unter einem niedrigen Drehmoment für eine lange Zeit ohne irgendeine spezielle Zufuhr eines Schmiermittels.

Eine Kugelumlaufspindelvorrichtung, bei der ein Vorspannungsdruck durch Abweichung der Gewindesteigung der Gewinde der Gewindespindel und derjenigen der Gewinde der Kugelumlaufmutter ausgerüstet wird, wird häufig benutzt. Bei diesem Typ ist die Flan kenfläche, die mit den Kugeln in Berührung steht, eine der Flächen des Gewindes. Dem gemäß kann ein Schmiermittelzuführteil in einer kleinen Nut, die in der Flankenfläche der Nut gebildet ist, wie dies in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, platziert werden.

Fig. 4 zeigt eine Gewindenut 5 gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei eine der Flankenflächen mit den Elementen (Kugeln) 8 in Kontakt ist (diese berühren sich zum Beispiel gegenseitig in der Richtung der Belastungswirkungslinie S). In dieser Ausfüh rungsform ist eine Nut 16A über den gesamten keine Belastung aufnehmenden Flä chenteil NP der Gewindenut 5 gebildet, während eine kleine Nut 26 in dem Boden der Gewindenut 5 in der vorgenannten Ausführungsform gebildet ist. Ein Schmiermittelzu führteil 16, das aus einem schmiermittelenthaltenden Polymer besteht, das so dimensio niert ist, daß es die Nut 16A auffüllt, ist an der Nut 16A befestigt. In dieser Ausführungs form kann der Flächenbereich zur Aufnahme des Schmiermittelzuführteils groß sein. Dem gemäß kann eine erhöhte Menge eines Schmiermittels von dem Schmiermittelzu führteil 16 zugeführt werden. Die Betriebsweise dieser Ausführungsform ist im wesentli chen dieselbe wie diejenige der ersten Ausführungsform. Allerdings wird eine längere Lebensdauer sichergestellt.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform, die als eine Modifikation der zweiten Ausfüh rungsform angesehen werden kann.

In dieser Ausführungsform ist eine Nut 17 in jeder der Gewindenuten 5 gebildet. Die Größe der Nut 17 entspricht im wesentlichen der Hälfte des keine Belastung aufneh menden Flächenteils NP. Ein Schmiermittelzuführteil 18, das aus einem schmiermittel enthaltenden Polymer besteht, das so dimensioniert ist, daß es die Nut 17 auffüllt, ist an der Nut 17 befestigt. Das Schmiermittelzuführteil kann die Menge des Schmiermittels zwischen den Mengen des Schmiermittels, das in dem Schmiermittelzuführteil 27 der ersten Ausführungsform und des Schmiermittelzuführteils 16 der zweiten Ausführungs form enthalten ist, enthalten. Die Betriebsweise und die nützlichen Effekte dieser Aus führungsform sind mit denjenigen der zweiten Ausführungsform vergleichbar.

Modifikationen der ersten bis dritten Ausführungsformen, die das schmiermittelenthal tende Polymer als Schmiermittelzuführung verwenden, werden nun beschrieben. Die Kugelumlaufspindelvorrichtung kann derart modifiziert werden, daß der innere Zwischen raum beim Herstellen der Vorrichtung mit Fett aufgefüllt wird. Die Modifikation, die so wohl das Schmiermittelzuführverfahren, das das Schmiermittelzuführteil verwendet, als auch das direkte Schmiermittelzuführverfahren zur Schmiermittelzuführung einsetzt, be sitzt den nachfolgend angegebenen fehlersicheren Effekt. Wenn die Schmiermittelzu führleitung verstopft ist, wird die Schmiermittelzuführung fortgeführt, da das Schmiermit telzuführteil normalerweise dahingehend arbeitet, Schmiermittel zuzuführen. Dem ge mäß ist eine so modifizierte Vorrichtung frei hinsichtlich des Problems des Verstopfens der Ölleitungen sowie einer abnormalen Abnutzung und der Verkürzung der Vorrich tungslebensdauer.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen eine Kugelumlaufspindelvorrichtung des Rohrzirkulationstyps ei ner vierten Ausführungsform.

Wie dargestellt ist, ist das Gewinde 102 an der äußeren Oberfläche 101a der Gewinde spindel 101 gebildet. Eine Kugelumlaufspindelvorrichtung 103, rohrförmig in ihrer Form, ist auf die Gewindespindel 101 aufgeschraubt. Ein Gewinde 104 ist an der inneren Ober fläche der Kugelumlaufmutter 3 gebildet. Das Gewinde 104 liegt dem Gewinde 102 der Gewindespindel 101 gegenüber, wenn die Kugelumlaufmutter 103 die Gewindespindel 101 aufnimmt. Ein Teil der äußeren Oberfläche der Kugelumlaufmutter 103 ist zu einem flachen Flächenbereich 105 geschnitten. Zwei Paare Durchgangsöffnungen 106a und 106b und 106c und 106d sind in dem flachen Flächenbereich 105 der Kugelumlaufmutter 103 gebildet. Diese Durchgangsöffnungen reichen zu dem Gewinde 104 der Kugelum laufmutter 103. Das Paar der Durchgangsöffnungen 106a und 106b ist diagonal hinsicht lich des Gewindes 104 derart angeordnet, daß die Durchgangsöffnungen 106a an der rechten, oberen Position und die Durchgangsöffnungen 106b an der linken, unteren Po sition angeordnet sind. Ein anderes Paar Durchgangsöffnungen 106c und 106d ist in einer ähnlichen Anordnung angeordnet. Die Durchgangsöffnungen 106a und 106d sind voneinander um einen Abstand einer halben Umdrehung des Gewindes 104 beabstan det.

Zwei Zirkulationsrohre 107A und 107B, U-förmig geformt, verlaufen parallel zueinander. Genauer gesagt sind beide Enden des Zirkulationsrohres 107A in das Paar Durch gangsöffnungen 106a und 106b eingesetzt, während beide Enden des Zirkulationsrohrs 1078 in die gepaarten Durchgangsöffnungen 106c und 106d eingesetzt sind. Diese Zir kulationsrohre 107A und 107B, die so eingesetzt sind, werden an dem flachen Flächen bereich 105 durch eine Befestigungsformplatte 108 und Schrauben 109 befestigt.

Wenn die Gewindespindel 101 in die innere Öffnung der Kugelumlaufmutter 103 einge setzt wird, liegt das Gewinde 102 dem Gewinde 104 der Kugelumlaufmutter 103 gegen über, um einen Belastungskugelrollzwischenraum, kreisförmig im Querschnitt, zu bilden. Der Belastungskugelrollzwischenraum und zwei Zirkulationsrohre 107A und 107B bilden zwei Kugelzirkulationsdurchgangswege. Ein Anzahl von Kugeln 110 ist in den Zirkulati onsdurchgangswegen so platziert, daß sich die Kugeln entlang jedes Zirkulationsdurch gangswegs durch ständiges Drehen bewegen.

Die Kugeln zirkulieren durch einen der Zirkulationsdurchgangswege in der folgenden Art und Weise. Die Kugeln treten zum Beispiel über die Durchgangsöffnungen 106a in den Belastungskugelrollzwischenraum ein, bewegen sich um etwa eine Umdrehung der Ge windespindel 101 wendelförmig, erreichen die Durchgangsöffnung 106b, treten in das Kugelzirkulationsrohr 107A ein, bewegen sich entlang des Rohrs, treten wieder durch den Zwischenraum hindurch und kehren zu der Durchgangsöffnung 106a zurück. Die Kugeln zirkulieren durch den anderen Zirkuationsdurchgangsweg in der folgenden Art und Weise. Die Kugeln treten über die Durchgangsöffnung 106c in den wendelförmigen Belastungskugelrollzwischenraum ein, bewegen sich mit etwa einer Umdrehung der GEWINDESPINDEL 101 wendelförmig, erreichen die Durchgangsöffnung 106d, treten in das Kugelzirkulationsrohr 107B ein, bewegen sich entlang des Rohrs, treten wieder durch den Zwischenraum hindurch und kehren zu der Durchgangsöffnung 106c zurück.

Ein Blockierzwischenraum (wendelförmiger Raum) 111 zum Blockieren des Laufs der Kugel ist zwischen der Durchgangsöffnung 106a eines der zwei Kugelzirkulationsdurch gangswege und der Durchgangsöffnung 106d des anderen vorgesehen. Die Länge des Blockierzwischenraums 111 beträgt ungefähr eine halbe Umdrehung des Belastungsku gelrollzwischenraums, der sich entlang der Schraubengewinde 102 und 104 erstreckt.

Der Blockierzwischenraum 111 ist im wesentlichen mit schmiermittel enthaltendem Po lymer aufgefüllt. Das schmiermittelenthaltende Polymer dient als Schmiermittelzuführteil 112, das ähnlich wie ein halber Ring geformt ist.

Das schmiermittelenthaltende Polymer des Schmiermittelzuführteils, das für die Kugel umlaufspindelvorrichtung verwendet wird, kann aus den Materialien hergestellt werden, die nachfolgend beschrieben sind.

Um das schmiermittelenthaltende Polymerteil zu bilden, wird ein Parafinkohlenwasser stofföl mit 80 Gew.-% als Schmiermittel in Polyethylen enthaltendes, niedrigmolekular gewichtiges Polyethylen mit 14 Gew.-% (Molekulargewicht: 1 × 10³ bis 5 × 10⁵) und ultrahochmolekuargewichtigem Polyethylen mit 6 Gew.-% (Molekulargewicht: 1 × 10⁶ bis 5 × 10⁶) gemischt. Die sich ergebende Mischung wird erhitzt und geschmolzen. Die ge schmolzene Mischung wird in eine Gießform eingespritzt und gekühlt und unter Druck verfestigt.

Das Schmiermittel, das in dem schmiermittelenthaltenden Polymerteil enthalten ist, wird fluidisiert und sickert nach und nach heraus. Die Menge des Öls, das in dem schmier mittelenthaltenden Polymerteil enthalten ist, kann durch geeignete Auswahl des Inhalts des Schmiermittels in dem schmiermittelenthaltenden Polymerteil bestimmt werden.

Das schmiermittelenthaltende Polymerteil für das Schmiermittelreservoir, das für die Vor richtung verwendet wird, ist aus synthetischem Kunststoff, der zuvor mit dem Schmier mittel imprägniert ist, hergestellt. Die Zusammensetzung und das Herstellverfahren für das bevorzugte schmiermittelenthaltende Polymerteil, wird nun beschrieben.

Schmiermittel, das aus Parafinkohlenwasserstofföl, Mineralöl, wie beispielsweise Poly-α- Olefinpolymer, Naphthenkohlenwasserstofföl, Mineralöl, Ähteröl, wie beispielsweise Di alkyldiphenylätheröl, Esteröl, wie beispielsweise Phthalatestertrimetallithsäureester, wird in ein Polymer eingemischt, das aus einer Gruppe vom Poly-α-Olefinpolymeren einer im wesentlichen gleichen, chemischen Basisstruktur, wie beispielsweise Polyethylen, Po lypropylen, Polybuthylen und Polymetylpenthen, gemischt. Die sich ergebende Mischung wird durch Wärme geschmolzen und in eine vorgegebene Gießform unter Druck einge spritzt und gekühlt und verfestigt. Falls es erforderlich ist, werden Additive, wie bei spielsweise ein Antioxidiermittel, ein Rostschutzmittel, ein Abnutzungsvorbeugungsmit tel, ein Aufschäumungsmittel und ein HochdrucKugelumlaufmutterittel, zuvor zugefügt.

Die Gruppe der Polymere besitzen dieselben chemischen Basisstrukturen, allerdings liegen deren mittlere Molekulargewichte in dem Bereich von 1 × 10³ bis 5 × 10⁶. Von die sen Polymeren wird das Polymer eines relativ niedrigen Molekulargewichts von 1 × 10³ bis 1 × 10⁶ und/oder das Polymer mit ultrahohem Molekulargewicht von 1 × 10⁶ bis 5 × 10⁶ als bedarfsmäßige Forderung verwendet.

Um eine mechanische Festigkeit des schmiermittelenthaltenden Polymerteils zu erhö hen, können ein thermoplastischer Kunststoff oder ein wärmeaushärtender Kunststoff, wie dies nachfolgend aufgelistet ist, zu dem Poly-α-Olefinpolymer hinzugefügt werden.

Die thermoplastischen Kunststoffe, die für das schmiermittelenthaltende Polymerteil der Ausführungsformen verfügbar sind, sind die folgenden: Polyamid, Polycarbonat, Poly buthylen, Terephtalat, Polyphenylsulfid, Polyethersulfon, Polyetherketon, Polyaimid, Po lysteren, ABS-Kunstharz und dergleichen.

Die wärmehärtenden Kunststoffe, die für das schmiermittelenthaltende Polymerteil zur Verfügung stehen, sind ungesättigte Polyesterkunstharze, Harnstoffharze, Melaminharz, Phenolharz, Polyimidharz, Epoxydharz und dergleichen.

Eines dieser Harze oder deren Kombination können verwendet werden.

Falls notwendig, kann eine geeignete Menge eines kompatiblen Mittels hinzugefügt wer den, um die Poly-α-Olefinpolymere oder andere Kunstharze gleichförmiger zu dispergie ren.

Bei der Herstellung der Kugelumlaufspindelvorrichtung des Typs, in dem das schmier mittelenthaltende Polymer auch als Dichtteil verwendet wird, wird eine Gewindespindel einer Kugelumlaufmutter verwendet oder eine Gewindespindel 5 bis 100 µm größer als diese wird an dem mittleren Teil einer vorgegebenen Gießform platziert und gegossen. In dem sich ergebenden Produkt kann ein Spalt zwischen der Kugelumlaufmutter und der Gewindespindel reduziert werden, wenn der mit demjenigen (ungefähr 0,3 bis 1 mm) der herkömmlichen Vorrichtung verglichen wird, die das Dichtteil verwendet. Zusätzlich zu diesem Vorteil verstärkt ein Ölfilm, der durch die Schmiermittel, das aus dem schmiermittelenthaltenden Polymer herausgedrückt wird, weiterhin die Dichteigenschaf ten.

Um das schmiermittelenthaltende Polymerteil als das Schmiermittelzuführteil 112 auszu bilden, wird Parafinkohlenwasserstofföl mit 80 Gew.-% als Schmiermittel in Polyethylen enthaltendem niedermolekulargewichtigen Polyethylen mit 14 Gew.-% (Molekularge wicht: 1 × 10³ bis 1 × 10⁵) und ultrahochmolekulargewichtigem Polyethylen mit 6 Gew.-% (Molekulargewicht: 1 × 10⁶ bis 5 × 10⁶) gemischt. Die sich ergebende Mischung wird erhitzt und geschmolzen. Die geschmolzene Mischung wird in eine Gießform eingespritzt und gekühlt und unter Druck verfestigt.

Alternativ werden Polyethylen und Parafinkohlenwasserstofföl gemischt und durch Hitze geschmolzen und die verfestigte Mischung wird in einen Blockierzwischenraum 111 ein gespritzt und dann gekühlt und verfestigt.

Die Betriebsweise der Kugelumlaufspindelvorrichtung, die so aufgebaut ist, wird nun be schrieben.

Wenn sich die Gewindespindel 101 dreht, bewegen sich die Kugeln 110 durch Rollen in der Richtung der Drehung der Gewindespindel 101 entlang des Belastungsrollzwischen raums, der durch die Schraubengewinde 102 und 104, die gegenüberliegend angeordnet sind, gebildet wird, und führen durch die Zirkulationsrohre 107A und 107B hindurch. Auf diese Weise zirkulieren die Kugeln entlang der Kugelzirkulationsdurchgangswege. Die Kugelumlaufmutter 103 wird linear entlang der Gewindespindel 101 durch das Rollen der Kugeln 110 bewegt. Wenn die Kugelumlaufvorrichtung so betrieben wird, wird Schmier mittel aus dem Schmiermittelzuführteil 112 des schmiermittelenthaltenden Polymerteils, das in dem Blockierzwischenraum 111 der Kugelumlaufmutter 103 zurückgehalten wird, herausgedrückt. Das herausgedrückte Schmiermittel wird zu den Schraubengewinden 102 und 104 zugeführt. Das Schmiermittel wird gleichförmig über die Kugeln 110 verteilt, die entlang des Belastungskugelrollzwischenraums rollen, der durch die Gewinde 102 und 104 festgelegt wird. Ein guter Schmiermittelfilm wird gebildet. Eine stabile Zuführung des Schmiermittels für eine lange Zeit wird sichergestellt. Dem gemäß läuft die Kugel umlaufspindelvorrichtung gut unter einem niedrigen Drehmoment für eine lange Zeit oh ne irgendeine spezielle, externe, periodische Zuführung des Schmiermittels. Es ist nicht erforderlich, ein teueres Ölzuführsystems zu verwenden. Die Vorrichtung ist hinsichtlich einer Instandhaltungsarbeit frei, wie beispielsweise einer periodischen Inspektion. Zu sätzlich ist die Maschine von dem Problem eines Vermischens des herausleckenden Schmiermittels mit Schneidöl frei.

Das Schmiermittel wird im schmiermittelenthaltenden Polymer gespeichert. Demzufolge wird weniger Schmiermittel verschwendet und es wird nur gering oxidiert, da es nicht der Luft ausgesetzt ist. Eine optimale Menge eines Schmiermittels wird zu dem Belastungs kugelrollzwischenraum zugeführt. Das Problem der Ölverteilung durch eine übermäßige Zuführung eines Schmiermittels und eine Verschmutzung durch die Verteilung von Öl tritt nicht auf.

Die Fig. 9 bis 12 zeigen eine Kugelumlaufspindelvorrichtung des Formplattenzirkulati onstyps gemäß einer fünften Ausführungsform.

Eine Mehrzahl Zirkulationsformplatten 120 ist in dem rohrförmigen Teil der Kugelum laufmutter 103 eingebaut, die auf der Gewindespindel 101 aufgeschraubt ist. Jede der Zirkulationsformplatten 120 umfaßt einen S-förmigen Durchgangsweg 119, in den Ku geln 110, die in dem Belastungskugelrollzwischenraum rollen, der durch gegenüberlie gend angeordnete Schraubengewinde 102 und 104 festgelegt wird, für eine Zirkulation geführt werden. In einem ersten Kugelzirkulationsdurchgangsweg treten die Kugeln 110 in den S-förmigen Durchgangsweg 119 von einem Punkt A des S-förmigen Durch gangswegs 119 der Zirkulationsformplatte 120 ein, schieben sich von dort entlang vor, gehen über die äußere Oberfläche 101a der Gewindespindel 101, treten durch den Be lastungskugelrollzwischenraum hindurch und kehren zu dem Punkt A zurück. Und die Kugeln treten erneut in den S-förmigen Durchgangsweg 119 ein und durchlaufen diesel be Route. Auf diese Weise zirkulieren die Kugeln. Dieser Zirkulationsvorgang der Kugeln wird in ähnlicher Weise in einem anderen Zirkulationsdurchgangsweg vorgenommen, der eine andere Zirkulationsformplatte 120 umfaßt, die etwa zwei Umdrehungen des Belas tungskugelrollzwischenraums von dem ersten Kugelzirkulationsdurchgangsweg entfernt angeordnet ist. In dem Fall der Fig. 11 werden drei Zirkulationsformplatten verwendet und drei Kugelzirkulationsdurchgangswege, die diese Formplatten umfassen, werden gebildet.

Ein wendelförmiger Blockierzwischenraum 121 zum Blockieren des Laufs der Kugeln ist zwischen den Kugelzirkulationsdurchgangswegen vorgesehen. Die Länge des Blockier zwischenraums 121 ist im wesentlichen gleich zwei Umdrehungen des Belastungskugel rollzwischenraums, der sich entlang der Schraubengewinde 102 und 104 erstreckt. Der Blockierzwischenraum 121 ist im wesentlichen mit schmiermittelenthaltendem Polymer aufgefüllt. Das schmiermittelenthaltende Polymer dient als ein Schmiermittelzuführteil 122. Das schmiermittelenthaltende Polymer des Schmiermittelzuführteils, das für die Kugelumlaufspindelvorrichtung verwendet wird, kann aus den Materialien hergestellt werden, die schon beschrieben sind. Das Schmiermittelzuführteil 122 kann zuvor wen delförmig geformt werden, wie dies in Fig. 12 dargestellt ist, oder durch Einspritzen einer schmiermittelenthaltenden Polymerflüssigkeit in den wendelförmigen Blockierzwischen raum 121 und durch Verfestigen von diesem gebildet werden.

Die Betriebsweise und die nützlichen Effekte dieser Ausführungsform sind mit denjeni gen der vierten Ausführungsform vergleichbar.

In der vierten und fünften Ausführungsform, die vorstehend beschrieben sind, kann ein wendelförmiger Zwischenraum 123 (mit Ausnahme des Belastungskugelrollzwischen raums und des Blockierzwischenraums 111), der durch gegenüberliegend angeordnete Schraubengewinde 102 und 104 der Kugelumlaufmutter 103 und der Gewindespindel 101 definiert ist, mit Fett gefüllt sein oder mit Schmiermittel versorgt werden.

In einer anderen Art und Weise wird, um den wendelförmigen Zwischenraum 123 auf zufüllen, nachdem der wendelförmige Zwischenraum 123 mit einer Mischung aus einem Ausgangs-Polymer des schmiermittelenthaltenden Polymers und Schmiermittel gefüllt ist, die eingefüllte Mischung erhitzt, um sie zu schmelzen, und dann abgekühlt. In diesem Fall kann das schmiermittelenthaltende Polymer eingespritzt werden, bis es beide Enden der Kugelumlaufmutter 103 erreicht. Das schmiermittelenthaltende Polymer, das bis dorthin reicht, wird zum Abdichten der beiden Enden der Kugelumlaufmutter 103 ver wendet.

Falls es erforderlich ist, kann die Kugelumlaufmutter derart modifiziert werden, daß zwei Raumabschnitte 124 an beiden Enden der Kugelumlaufmutter 103 gebildet werden, und das schmiermittelenthaltende Polymer wird in einem oder zwei der Raumabschnitte 124 platziert.

In einer Kugelumlaufspindelvorrichtung ist ein Schmiermittelzuführteil, das aus schmier mittelenthaltendem Polymer hergestellt ist, in einem wendelförmigen Blockierzwischen raum in der Kugelumlaufmutter angeordnet. Mit dieser Struktur wird das Schmiermittel aus dem Schmiermittelzuführteil herausgedrückt und automatisch und gleichförmig zu den Kontaktflächen der Kugeln und des Kugelschraubengewindes zugeführt. Eine gute Schmierung der Vorrichtung wird für eine lange Zeit sichergestellt. Es ist nicht erforder lich, ein teures Ölzuführsystems zu verwenden. Deshalb wird eine lange Lebensdauer und eine wartungsfreie Kugelumlaufspindelvorrichtung realisiert.

Claims

1. Kugelumlaufspindelvorrichtung mit
einer Gewindespindel (21), die eine Außengewindenut (21b, 5) aufweist,
einer Kugelumlaufmutter (22), die auf die Gewindespindel (21) aufgesetzt ist, und die eine Innengewindenut (22b) aufweist,
einer Anzahl Kugeln (8, 23), die bei einer Drehung der Gewindespindel (21) relativ zur Kugelumlaufmutter (22) durch Kugelzirkulationswege (25), die an der Kugel umlaufmutter (22) vorgesehen sind, zirkulieren,
dadurch gekennzeichnet, daß in einer der Gewindenuten (21b, 22b, 5) eine Ausnehmung (16A, 17, 26) derart ausgebildet ist, daß sich diese nahe einem, durch die Innenfläche der Gewindenut (21b, 22b, 5) definierten, eine Last auf nehmenden Berührungspfad (P) erstreckt, und daß ein, ein Schmiermittel abge bendes Teil (16, 18, 27) in dieser Ausnehmung (16A, 17, 26) aufgenommen ist.

2. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das das Schmiermittel abgebende Teil (16, 18, 27) aus einem ein Schmiermittel enthaltenden Polymer gebildet ist.

3. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Ausnehmung (26) als Nut ausgebildet ist, die kleiner ist als die Ge windenut (21b, 22b) und in einem Bodenbereich der Gewindenut (21b, 22b) ver läuft, wobei das das Schmiermittel abgebende Teil (27) an der Nut befestigt ist.

4. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das das Schmiermittel abgebende Teil (16, 18, 27) die Kugeln (8, 23) berührt.

5. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Gewindespindel (21) und in der Kugel umlaufmutter (22) gebildeten Gewindenuten derart ausgebildet sind, daß die in den Gewindenuten aufgenommenen Kugeln (8, 23) unter einem Vorspannungs druck an die jeweilige Flankenflache gedrängt sind.

6. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (16A, 17, 26) in einem Flächen abschnitt der jeweiligen Gewindenut ausgebildet ist, der keine Belastung auf nimmt und mit dem Schmiermittel abgebenden Teil (16, 18, 27) aufgefüllt ist.

7. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (16A) im wesentlichen die Hälfte des keine Belastung aufnehmenden Flächenabschnittes der entsprechen den Gewindenut (21b, 22b, 5) einnimmt.

8. Kugelumlaufspindelvorrichtung mit
einer Gewindespindel (21), die eine Außengewindenut (22b, 5) aufweist,
einer Kugelumlaufmutter (22), die auf die Gewindespindel (21) aufgesetzt ist, und die eine Innengewindenut (22b, 5) aufweist,
einer Anzahl Kugeln (8, 23), die bei einer Drehung der Gewindespindel (21) relativ zur Kugelumlaufmutter (22) durch einen an der Kugelumlaufmutter (22) vorgese henen Kugelzirkulationsweg (25) zirkulieren,
dadurch gekennzeichnet, daß ein Schmiermittel abgebendes Polymerteil in ei nem zwischen der Gewindespindel und der Kugelumlaufmutter gebildeten Spalt angeordnet ist.

9. Kugelumlaufspindelvorrichtung mit
einer Gewindespindel (101), die eine Außengewindenut (102) aufweist,
einer Kugelumlaufmutter (103), die auf die Gewindespindel (101) aufgesetzt ist, und die eine Innengewindenut (104) aufweist,
einer Anzahl Kugeln (110), die bei einer Drehung der Gewindespindel (101) relativ zur Kugelumlaufmutter (103) durch Kugelzirkulationswege, die an der Kugelum laufmutter (103) vorgesehen sind, zirkulieren, wobei die Kugelumlaufmutter (103) und die Gewindespindel (101) gemeinsam einen wendelförmigen Raum (111, 121) begrenzen, der von den Kugeln (110) nicht durchlaufen wird, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Schmiermittelzuführteil (112, 122) vorgesehen ist, das den wendelförmigen Raum (111, 121) zwischen der Kugelumlaufmutter (103) und der Gewindespindel (101) auffüllt.

10. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittelzuführteil (112, 122) als Schmiermittel abgebende Teil aus ei nem Schmiermittel enthaltenden Polymer gebildet ist.

11. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der wendelförmige Raum (111) zwischen Durchgangsöffnungen (106a, 106d) der Kugelzirkulationsweges angeordnet ist und eine Länge des wendelförmigen Raumes (111) sich ungefähr der Hälfte des Umfanges der Ge windespindel (101) entspricht.

12. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn zeichnet, daß der wendelförmigen Raum (121) eine Länge besitzt, die im we sentlichen dem zweifachen Umfang der Gewindespindel (101) entspricht.

13. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittelzuführteil (112, 122) vor Ein bringung in den wendelförmigen Raum (111, 121) wendelförmig ausgebildet ist.

14. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittelzuführteil (112, 122) durch Ein spritzen eines ein Schmiermittel enthaltenden Polymers in den wendelförmigen Raum (111, 121) und durch Aushärten des Polymers gebildet ist.

15. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der wendelförmigen Raum (111, 121) zwischen den Innen- und Außengewindenuten mit einer Mischung eines Schmiermittel ent haltenden Polymers ausgefüllt wird, wobei die Mischung zunächst erhitzt und ge schmolzen und anschließend abgekühlt wird.

16. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß zwei Raumabschnitte (124) an beiden Enden der Kugelum laufmutter (103) ausgebildet sind, und daß in wenigstens einem der beiden Raumabschnitte (124) ein Schmiermittel enthaltendes Polymerteil angeordnet ist.

17. Kugelumlaufspindelvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel abgebende Teil durch Mischen von Paraffinkohlenwasserstofföl mit 80 Gew.-% als Schmiermittel in Polyäthylen, das niedrigmolekulargewichtiges Polyäthylen von 14 Gew.-% (Molekulargewicht 1 × 10³ bis 5 × 10⁵) und ultrahochmolekurlargewichtiges Polyäthylen mit 6 Gew.-% (Molekulargewicht 1 × 10⁶ bis 5 × 10⁶) enthält, gebildet ist.