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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schraubenanordnung und ein Verfahren
zur Herstellung derselben.
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Die
Erfindung hat zum Beispiel einen Kugelgewindetrieb zum Gegenstand,
bei dem eine Anzahl von rollenden Elementen, wie z.B. Kugeln, zwischen
einer Spindel und einem Muttern-Element zum Umlauf angeordnet sind.
Die spezielle Kugelumlaufspindel hat ein Umlenkelement für die Rückführung rollender
Elemente, die in einem Gewindegang einer Laufrille entlang rollen,
welche in der Spindel ausgebildet ist zu einem Abschnitt eines vorhergehenden
Gewindegangs von dieser.
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Aus
dem Stand der Technik ist ein Kugelgewindetrieb bekannt, bei dem
eine Anzahl von Kugeln, die zwischen einer Spindel und einem Muttern-Element
angeordnet sind, umlaufen. Bei einem solchen Kugelgewindetrieb ist
eine Kugellaufrille mit einer vorbestimmten Steigung an einer Außenumfangsfläche der
Spindel ausgebildet, wobei die Kugellaufrille eine Bahn darstellt,
an der die Kugeln entlang rollen. An seiner Innenumfangsfläche hat
das Muttern-Element eine belastete Kugellaufrille, die der Kugellaufrille
der Spindel gegenüberliegt.
Die belastete Kugellaufrille stellt ebenfalls eine Bahn dar, auf
der die Kugeln entlang rollen. Nach der Montage sind die Kugeln
zwischen diesen Kugellaufrillen der Spindel und dem Muttern-Element
untergebracht und angeordnet.
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Weiterhin
ist das Muttern-Element mit einem Rückführkanal ausgebildet, der ein
Ende der belasteten Kugellaufrille mit deren anderem einen Ende
zur Rückführung der
Kugeln verbindet, die in der Kugellaufrille von einem Ende zu dem
entsprechenden anderen Ende umlaufen, so dass dadurch ein Umlaufen
der Kugeln ermöglicht
wird. Der Rückführkanal
kann aus verschiedenen Arten von Bauteilen zusammengesetzt sein,
zum Beispiel einem Umlenkrohr, und als ein Beispiel ist ein Umlenkelement
zur Rückführung der
Kugeln, die in der Kugelumlaufrille rollen, zu einem Abschnitt des
vorherigen Gewindegangs der Kugellaufrille, bekannt.
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Insbesondere
ist 9 eine perspektivische
Ansicht einer Kugelspindel von bekannter Konstruktion, das mit solchen
Umlenkelementen 1,1 versehen ist. Die Kugelspindel
ist an einem Muttern-Element 2 befestigt, das mit einer
belasteten Kugellaufrille 2a in Form einer Spirale mit
einer Mehrzahl von Gewindegängen
ausgebildet ist. Jedes der Umlenkelemente 1,1 ist
mit einer im Wesentlichen S-förmigen Kugelrückführrille
ausgebildet, wobei ein Ende mit einem Gewindegang der belasteten
Kugellaufrille 2a verbunden ist und ein weiteres Ende mit
einem weiteren Gewindegang verbunden ist, d.h. dem vorherigen einen
Gewindegang der belasteten Kugellaufrille 2a. Die Umlenkelemente 1,1 sind
in Einführlöcher 2b, 2b für das Umlenkelement
vom Äußeren des
Muttern-Elements 2 her eingepasst. Die Umlenkelemente 1,1 sind
mit angeflanschten Abschnitten 1a, 1a zum Anbringen
der Umlenkelemente 1,1 an dem Muttern-Element 2 versehen,
und andererseits ist das Muttern-Element 2 mit Einführlöchern 2b, 2b für das Umlenkelement
ausgebildet, und umfasst einen Höhenunterschied
für den
Eingriff mit den angeflanschten Abschnitten 1a, 1a.
Die Umlenkelemente 1,1 sind in die Einführlöcher 2b, 2b vom Äußeren des
Muttern-Elements 2 her eingepasst. Nachdem die Umlenkelemente 1,1 so
positioniert sind, dass die belastete Kugellaufrille 2a des
Muttern-Elements 2 ständig
mit den Kugelrückführrillen der
Umlenkelemente 1,1 verbunden ist, werden die Umlenkelemente 1,1 mittels
Schrauben oder einem Haft-/Klebemittel an dem Muttern-Element 2 befestigt.
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Jedoch
ist es bei einem Kugelgewindetrieb, der mit solchen bekannten Umlenkelementen
versehen ist, erforderlich, die Umlenkelemente während der Montage zu positionieren
und sie mittels Schraube oder Haft-/Klebemittel an dem Muttern-Element 2 zu
befestigen. Dies macht die Montage zeitaufwändig und verursacht auch Montagekosten
und ist daher unvorteilhaft. Da die Umlenkelemente an den Muttern-Elementen
zudem ohne Spiel befestigt sind, sind die Umlenkelemente beim Umlaufen
der Kugeln heftigen Stößen ausgesetzt,
und in einem solchen Fall kommt es nicht zu einem gleichmäßigen Umlauf
der Kugeln.
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FR-A-2703122
zeigt beispielhaft eine Kugelumlaufspindel mit einem Umlenkelement,
das mit Spiel in das Muttern-Element eingeführt ist, um ein Umlaufen der
Kugeln zu unterstützen.
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Jedoch
steht auch hier zu befürchten,
dass wie auch immer geartete Partikel, zum Beispiel Staub, Unrat,
Späne oder Ähnliches
oder Flüssigkeiten
beispielsweise Kühlmittel,
durch den kleinen Spalt zwischen den Seitenflächen des Umlenkelements und
den Einführlöchern für die Umlenkelemente
in die Arbeitsräume
[engl. workings] des Spindel-Elements eindringen können.
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FR-A-2208490
beschreibt eine Kugelumlaufspindel, die eine Spindel aufweist mit
einer Außenumfangsfläche, an
der eine erste Laufrille in Form einer Spirale mit einer Mehrzahl
von Gewindegängen
ausgebildet ist, ein Muttern-Element
mit einer Innenumfangsfläche,
an der eine zweite Laufrille in Form einer Spirale ausgebildet ist,
und eine Anzahl von rollenden Elementen, die so angeordnet sind,
dass sie sich zwischen der ersten und zweiten Laufrille befinden,
wenn das Muttern-Element auf der Spindel montiert ist, und wobei
die Kugelumlaufspindel des Weiteren ein Umlenkelement aufweist,
das an dem Muttern-Element
angebracht ist und so angeordnet ist, dass ein rollendes Element,
das auf einem Gewindegang der ersten Laufrille umläuft, in
einen Abschnitt eines vorherigen Gewindegangs von dieser rückgeführt wird,
wobei
das Umlenkelement einen Umlenkkörper aufweist, das mit einer
Rückführrille
für die
Rückführung des
rollenden Elements versehen ist, und ein Paar Flügelteile, welche jeweils von
einem entsprechenden Seitenabschnitt des Umlenkkörpers vorstehen und so geformt
sind, dass sie in die zweite Laufrille passen,
das Muttern-Element
ein Einführloch
für das
Umlenkelement aufweist, und
ein elastisches Dichtelement um
den Umlenkkörper
herum so angeordnet ist, dass ein Inneres der Kugelumlaufspindel
abgedichtet ist, das Dichtelement aus einem O-Ring besteht und in
eine ringförmige
Nut eingepasst ist, die in einem Abschnitt einer Seitenfläche des
Umlenkkörpers
in Umfangsrichtung ausgebildet ist.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kugelumlaufspindel dieses
Typs weiterzubilden.
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Nach
Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung ist eine vorstehend definierte
Kugelumlaufspindel dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring aus Silikon
besteht und dass das Einführloch
für das
Umlenkelement so angeordnet ist, dass ein Schwingen des Umlenkelements
während
des Betriebes ermöglicht
wird.
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Ausführungsformen
einer erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel
ermöglichen
es, Montagezeit und Montagekosten zu reduzieren, den Aufprall der
rollenden Kugeln gegen die Umlenkelemente abzumildern, um ein gleichmäßiges Umlaufen
der rollenden Elemente zu fördern,
und um das Eindringen von Partikeln oder Flüssigkeit in die Arbeitsräume der
Kugelumlaufspindel durch kleine Spalten oder Spiel zwischen den
Umlenkelementen und den Einführlöchern für die Umlenkelemente
im Wesentlichen zu unterbinden.
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In
einer Ausführungsform
wird das Schwingen des Umlenkelements im Betrieb durch ein zwischen dem
Einführloch
für das
Umlenkelement und dem darin eingesetzten Umlenkkörper vorhandenes Spiel ermöglicht,
wobei das mit einem O-Ring gebildete Umlenkelement von einem Inneren
des Muttern-Elements her in das Einführloch für das Umlenkelement eingesetzt
worden ist.
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Vorzugsweise
ist ein Kantenabschnitt des Einführlochs
für das
Umlenkelement auf der Innenumfangsfläche des Muttern-Elements abgerundet
oder gefast ausgebildet.
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Die
rollenden Elemente sind bevorzugt Kugeln.
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Eine
Mehrzahl von Umlenkelementen kann an dem Muttern-Element angebracht
und eine Mehrzahl von Einführlöchern für ein Umlenkelement
kann in dem Muttern-Element ausgebildet sein.
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In
einem Ausführungsbeispiel
ist die in dem oder jedem Umlenkkörper ausgebildete Rückführrille
im Wesentlichen von S-förmiger
Gestalt, die geeignet ist, das rollende Element in einem Gewindegang
der ersten Laufrille zu dem vorherigen Gewindegang rückzuführen.
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Die
Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren zum Herstellen einer
Kugelumlaufspindel, das aufweist: Montieren eines Muttern-Elements
mit einer Innenumfangsfläche,
auf der eine zweite Laufrille ausgebildet ist auf einer Spindel
mit einer Außenumfangsfläche, an
der eine erste Laufrille ausgebildet ist, wobei die erste Laufrille
die Form einer Spirale und eine Mehrzahl von Gewindegängen aufweist,
und Montieren eines Umlenkelements an dem Muttern-Element in der
Art, dass das Umlenkelement so angeordnet ist, dass ein rollendes
Element, das auf einem Gewindegang der ersten Laufrille umläuft, zu
einem Abschnitt des vorherigen Gewindegangs von dieser rückgeführt wird,
wobei
das Umlenkelement aus einem Umlenkkörper besteht, der mit einer
Rückführrille
versehen ist, durch die das rollende Element zurückläuft, und mit Flügelteilen,
die an den entsprechenden Seitenteilen des Umlenkelements vorstehen,
wobei die Flügelteile
dergestalt ausgeführt
sind, dass sie von der Form her mit der Form der zweiten Laufrille übereinstimmen,
um hieran befestigt werden zu können,
wobei ein elastisches Dichtelement den Umlenkkörper so umschließt, dass
ein Inneres der Kugelumlaufspindel abgedichtet ist, wobei das Dichtelement
ein O-Ring ist, der in eine ringförmige Nut eingepasst ist, die
in einem in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt der Seitenfläche des
Umlenkkörpers
ausgebildet ist, und wobei ein Einführloch für das Umlenkelement in dem
Muttern-Element ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der O-Ring aus Silikon besteht und das Einführloch für das Umlenkelement so angeordnet
wird, dass ein Schwingen des Umlenkelements während des Betriebs ermöglicht wird.
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In
einem Ausführungsbeispiel
ist zwischen dem Einführloch
für das
Umlenkelement und dem Umlenkkörper
in eingesetztem Zustand ein Spiel vorgesehen, und das mit dem O-Ring
versehene Umlenkelement ist von der Innenseite des Muttern-Elements
her in das Einführloch
für das
Umlenkelement eingesetzt.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird ein Kantenabschnitt des Einführlochs für das Umlenkelement an der
Innenumfangsseite des Muttern-Elements
entfernt, um eine runde Fläche
auszubilden. Dadurch werden sämtliche
scharfen Kanten beseitigt und das Einsetzen des Umlenkelements in
das Einführloch für das Umlenkelement
vereinfacht.
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Vorzugsweise
werden die Flügelteile
des Umlenkelements, das von der Innenseite des Muttern-Elements
her eingesetzt wird, an der zweiten Laufrille befestigt, so dass
das Umlenkelement im Hinblick auf das Muttern-Element einfach zu
positionieren ist. Das Umlenkelement wird dann ebenfalls, sobald
es in dem Muttern-Element eingesetzt und positioniert ist, durch
den O-Ring um das Umlenkelement an den Seiten des Schlitzes des
Muttern-Elements infolge der durch den O-Ring an der Seitenfläche des
Schlitzes des Muttern-Elements ausgeübten elastischen Kräfte gehalten.
Dies ist ein wichtiges Merkmal, das für Flexibilität bei der
Planung der Montageabläufe
sorgt, wie zum Beispiel zunächst
das Ermöglichen
einer Vormontage von Kugelmutter und Umlenkelement vor der endgültigen Montage
von Kugelmutter und Spindel. Folglich kann der zeitliche und finanzielle
Aufwand für
die Montage der Kugelumlaufspindel reduziert werden. Auf Grund des Spiels
zwischen dem Einführloch
für das
Umlenkelement und dem Seitenabschnitt des Umlenkkörpers, wodurch
ein entsprechendes Schwingen des Umlenkelements darin ermöglicht wird,
schwingt das Umlenkelement selbst dann, wenn das rollende Element
während
seines rollenden Umlaufs gegen das Umlenkelement anstößt, und
die Stöße auf Grund
des Aufeinanderprallens könnten
absorbiert werden, um dadurch einen gleichmäßigen Umlauf der rollenden
Elemente zu erreichen.
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Weiterhin
ermöglicht
der elastische und um die Seitenfläche des Umlenkkörpers zur
Abdichtung des Inneren der Kugelumlaufspindel angeordnete O-Ring
ein Schwingen des Umlenkelements während des Betriebs und verhindert
auch, dass Verunreinigungen (Schmutzstoffe) in die Vorrichtung eindringen
können.
Somit kann verhindert werden, dass Späne, Staub oder ähnliche
Partikel in den Arbeitsraum der Vorrichtung über das kleine Spiel zwischen
dem Umlenkkörper
und dem Einführloch
für das
Umlenkelement eindringen.
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Das
das Umlenkelement umgebende Dichtelement sorgt auch für eine größere Laufruhe
der Vorrichtung, indem es verhindert, dass das Umlenkelement gegen
den Wandabschnitt des Einführlochs
für das
Umlenkelement in dem Muttern-Element anschlägt.
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Da
sich das elastische Dichtelement des O-Rings auf einfache Weise
um den Umlenkkörper
herum aufziehen lässt,
können
Montagezeit und -aufwand reduziert werden. Da der O-Ring aus Silikon
besteht, das die Eigenschaft hat leicht komprimierbar zu sein, kann
der Umlenkkörper
weiterhin auf einfache Weise in das Einführloch des Umlenkelements eingesetzt
werden und darüber
hinaus kann das Eindringen von Verunreinigungen oder Ähnlichem
in das Innere der Vorrichtung mit Sicherheit verhindert werden,
obwohl das Umlenkelement schwingt.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand eines Beispiels
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht
einer Kugelumlaufspindel für
ein rollendes Element gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei ein Muttern-Element teilweise
als Schnittansicht gezeigt wird;
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2 eine Draufsicht auf das
Muttern-Element, das mit der Spindel zusammenzubauen ist;
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3 eine Seitenansicht des
Muttern-Elements;
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4 eine Seitenansicht eines
Umlenkelements, das mit der Kugelumlaufspindel der 1 zu montieren ist;
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5 eine Ansicht des Umlenkelements
von 4 von unten;
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6 eine Ansicht einer gegenseitigen
Anordnung zwischen Muttern-Element
und Umlenkelement;
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7 eine Draufsicht, die das
Muttern-Element und das Umlenkelement zeigt; und
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8 eine Ansicht des Muttern-Elements,
wobei (A) eine Seitenansicht des Muttern-Elements zeigt und (B)
eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII von (A) zeigt;
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9 eine perspektivische Ansicht
eines Kugelgewindetriebs, der mit Umlenkelementen herkömmlicher
Bauart versehen ist.
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1 zeigt eine Kugelumlaufspindel,
die mit einem Umlenkelement gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung versehen ist.
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Bei 1 werden Kugeln als rollende
Elemente einer Kugelumlaufspindel verwendet, die mit Umlenkelementen
versehen ist, und die Kugeln rollen entlang der Umfangsfläche einer
Spindel und werden zu einer spiralförmigen Spindelrille von einem
Abschnitt eines Gewindegangs zu einem Abschnitt eines anderen Gewindegangs
rückgeführt, d.h.
dem vorherigen einen Gewindegang der spiralförmigen Spindelrille, was nachstehend
im Einzelnen beschrieben wird.
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Die
Kugelumlaufspindel, die mit Umlenkelementen versehen ist, weist
eine schraubenartige Spindel 5, ein an der Spindel angebrachtes
Muttern-Element 6 und eine Anzahl rollender Elemente 7, 7,
---, 7, auf, d.h. Kugeln in dieser Ausführungsform. Die Spindel 5 ist
an ihrer Umfangsfläche
mit einer Kugellaufrille 5a in Form einer Spirale ausgebildet
(Laufrille für
rollendes Element). Das Muttern-Element 6,
das an der Spindel 5 angebracht ist, ist an seiner Innenumfangsfläche mit
einer belasteten Kugellaufrille 6a in Form einer Spirale
ausgebildet (Laufrille für
belastetes rollendes Element), welche lagemäßig der Kugellaufrille 5a der
Spindel 5 entspricht. Die Anzahl der Kugeln 7, 7 ---, 7 sind
in einem endlosen Kugelumlenkkanal untergebracht und angeordnet,
einschließlich
eines belasteten Umlaufkanals, der aus der entsprechenden Kugelumlaufrille 5a und
der belasteten Kugelumlaufrille 6a ausgebildet ist.
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Das
Muttern-Element 6 ist mit Umlenkelementen 8, 8,
---, 8, so genannten Flügel(umlenk)elementen, zusammengebaut,
wobei jedes so funktioniert, dass es die Kugeln 7, die
in einem Gewindegang einer spiralförmigen Kugellaufrille 5a umlaufen,
aufnimmt und die Kugeln 7 zu dem vorherigen einen Gewindegang
hiervon zurückführt (vor
dem Gewindegang, bei dem die Kugeln 7 aufgenommen werden).
Jedes der Umlenkelemente 8 ist mit einer Rückführrille
gebildet, die ein Ende hat, das mit einem Gewindegang der belasteten
Kugellaufrille 6a des Muttern-Elements 6 in Verbindung
steht und ein weiteres Ende, das mit einem vor herigen einen Gewindegang
davon in Verbindung steht. Obwohl die genaue Konstruktion des Umlenkelements
selbst nachstehend im Einzelnen beschrieben wird, funktioniert das
Umlenkelement 8 so, dass es die Kugeln 7, die entlang
der Kugellaufrille 5a der Spindel 5 in Richtung
einer radialen Richtung von dieser entlang rollen, aufnimmt, über ein
Gewinde der Spindel 5 hinüberbringt und die Kugeln 7 zu
dem Abschnitt des vorherigen einen Gewindegangs der Kugellaufrille 5a rückführt (vor
1 Gewindesteigung), wodurch es die Kugeln 7 umlaufen lässt.
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Die
belastete Laufrille und ein Rückführkanal,
der durch diese Rückführrille
gebildet wird, bilden einen Endlos-Kugelumlaufkanal, der im Wesentlichen
an einem Abschnitt außerhalb
der Spindel 5 ringförmig
ausgebildet ist. Gemäß der relativen
Rotation der Spindel 5 in Bezug auf das Muttern-Element 6 laufen
die Kugeln 7, 7, ---, 7 zwischen der
Kugellaufrille 5a und der belasteten Kugellaufrille 6a (um),
und gleichzeitig führt
das Muttern-Element 6 eine lineare Bewegung in Bezug auf
die Spindel 5 in Achsenrichtung von dieser aus.
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Wie
bereits erwähnt,
ist auf der Außenumfangsfläche der
Spindel 5 eine spiralförmige
Kugellaufrille 5a mit vorbestimmter Steigung ausgebildet.
Diese Kugellaufrille 5a hat einen annähernd halbkreisförmigen Querschnitt,
der einen Krümmungsradius
aufweist, der geringfügig
größer ist
als ein Radius jeder Kugel 7. Des Weiteren kann die Kugellaufrille 5a so
ausgebildet sein, dass sie eine Querschnittsform aufweist, die einen
einzigen Kreisbogen (d.h. kreisbogenförmige Rille) beschreibt, wobei
die Kugel 7 die Kugellaufrille 5a an einem Punkt
an einem Boden der Kugellaufrille 5a berührt oder
zwei Kreisbögen
beschreibt (d.h. spitzbogenförmige Rille),
wobei die Kugel 7 die Kugellaufrille 5a an zwei
Punkten berührt.
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Das
Muttern-Element 6 hat einen Innendurchmesser, der größer ist
als ein Außendurchmesser
der Spindel 5, und das Muttern-Element ist mit einem vorbestimmten
Spalt an der Spindel befestigt oder angebracht. Das Muttern-Element 6 hat
im Wesentlichen eine zylindrische Form und ist an einem Endabschnitt
von diesem mit einem flanschförmigen
Abschnitt 6b versehen, welcher zu verbinden ist mit einem
Teil, wie z.B. einem von der Kugelumlaufspindel zu führende Objekt.
Die spiralförmige
belastete Kugellaufrille 6a, die an der Innenumfangsfläche des
Muttern-Elements 6 ausgebildet ist, hat eine Steigung,
die der der Spindel entspricht. Die belastete Kugellaufrille 6a hat
ebenfalls einen annähernd
halbkreisförmigen
Querschnitt, der einen Krümmungsradius
aufweist, der geringfügig
größer ist
als der Radius der Kugel 7. Des Weiteren kann die belastete Kugellaufrille 6a so
ausgebildet sein, dass sie eine Querschnittsform aufweist, die einen
einzigen Kreisbogen (d.h. kreisbogenförmige Rille) beschreibt, wobei
die Kugel 7 die belastete Kugellaufrille 6a an
einem Punkt an einem Boden von dieser berührt, oder zwei Kreisbögen beschreibt
(d.h. spitzbogenförmige
Rille), wobei die Kugel 7 die belastete Kugellaufrille 6a an
zwei Punkten berührt.
Der belastete Rollkanal wird gebildet aus der gegenüberliegenden
Kugellaufrille 5a der Spindel 5 und der belasteten
Kugellaufrille 6a des Muttern-Elements 6, um eine
im Wesentlichen kreisförmige
Querschnittsform bereitzustellen.
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2 und 3 stellen das Muttern-Element 6 dar,
das mit Einführlöchern 9, 9 ---, 9 für das Umlenkelement
(zum Befestigen oder Anbringen) bzw. zum Anbringen der Umlenkelemente 8, 8 ---, 8,
ausgebildet ist. Jedes der Einführlöcher 9 für das Umlenkelement
wird aus einem Schlitz gebildet, der das Muttern-Element 6 von der Außenumfangsfläche zur
Innenumfangsfläche
hiervon durchdringt. Ein solches Einführloch (Schlitz) 9 für das Umlenkelement
wird zum Beispiel durch einen Langlochfräser in der Art und Weise ausgebildet,
dass sich Langlochfräser
und Mittellinie des Muttern-Elements 6 kreuzen. Genauer
gesagt wird das Einführloch 9 für das Umlenkelement
dadurch ausgebildet, dass der Langlochfräser mit einem Neigungswinkel α zu einer Linie,
die rechtwinklig zur Mittellinie des Muttern-Elements 6 verläuft, bewegt
wird. Dieser Neigungswinkel α wird
vorzugsweise auf ca. 20 bis 40 Grad eingestellt, so dass die Rollrichtung
der Kugeln 7, die in der Kugellaufrille 5a umlaufen,
in der am Umlenkelement 8 ausgebildeten Rückführrille
nicht schnell verändert
wird. Des Weiteren ist ein Umlenkelement 8 an einem Gewindegang
der Kugeln 7 angeordnet, die sich in der Kugelumlaufspindel
befinden. Da die Anzahl der Umläufe
der Kugeln 7 gemäß einer
an die Kugelspindel angelegten Belastung usw. festgelegt wird, wird
auch die Zahl der Umlenkelemente 8 bedarfsweise nach der
Belastung der Kugelspindel festgelegt (zum Beispiel sechs Umlenkelemente 8).
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Eine
Mehrzahl solcher Einführlöcher 9, 9 ---, 9 für ein Umlenkelement
werden entlang der Umfangsrichtung des Muttern-Elements 6 in
gleichmäßigen Abständen ausgebildet
und angeordnet, so dass die zwei benachbarten Einführlö cher 9, 9 für ein Umlenkelement
durch einen Abstand voneinander getrennt sind, der mehr als einer
Steigung in Achsenrichtung des Muttern-Elements 6 entspricht.
Die Größe des Einführlochs 9 für das Umlenkelement
wird so festgesetzt, dass sie eine äußere Gestaltung des Umlenkelements 8 geringfügig übersteigt,
um einen kleinen Spalt zwischen dem Umlenkelement 8 und
dem Einführloch 9 für das Umlenkelement 9 bereitzustellen,
jedoch dieses wird nachstehend noch genauer ausgeführt.
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Eine
Anzahl von Kugeln 7 wird zwischen der belasteten Kugellaufrille 6a des
Muttern-Elements 6 und der Kugellaufrille 5a der
Spindel 5 untergebracht und angeordnet, und durch diese
Kugeln 7 werden das Muttern-Element 6 und die
Spindel 5 mit einem vorbestimmten Spalt zwischen diesen
gestützt.
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4 bis 6 zeigen die detaillierte Konstruktion
des Umlenkelements 8, das in das Einführloch 9 für das Umlenkelement
eingesetzt ist, wobei 4 eine
Seitenansicht des Umlenkelements 8 darstellt, 5 eine entsprechende Ansicht
von unten und 6 eine
Ansicht darstellt, die die gegenseitige Lage zwischen der Spindel 5 und
dem Umlenkelement 8 darstellt.
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Bei 4 bis 6 weist das Umlenkelement 8 einen
Umlenkkörper 8a auf,
der mit der Rückführrille
für die
Rückführung der
Kugeln 7 und einem Paar Flügelteilen 8b, 8b ausgebildet
ist, die von beiden Seitenabschnitten 12, 12 des
Umlenkkörpers 8a hervorstehen,
wobei die Flügelteile 8b, 8b so
geformt sind, dass sie der Form der belasteten Kugellaufrille 6a des
Muttern-Elements 6 entsprechen, das daran zu befestigen
ist. Das Umlenkelement 8 wird zum Beispiel durch ein Spritzgussverfahren
unter Verwendung von Kunstharzmaterial hergestellt.
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Der
Umlenkkörper 8a hat
eine flachere [engl.: planer] Form, mit einer quadratischen Form
an seinem zentralen Abschnitt und einer halbkreisförmigen Form
an beiden Endabschnitten davon. Die Seitenfläche des Umlenkkörpers 8a hat
die Form eines Kreisbogens gemäß der Kreisform
im Schnitt des Muttern-Elements 6. Die
Grundfläche
des Umlenkelements 8 ist mit einer im Wesentlichen S-förmigen Rückführungsaussparung 11 ausgebildet,
um die Kugelrollrichtung zu ändern,
um die Kugeln 7, die in einem Gewindegang der Kugellaufrille 5a der
Spindel 5 rollen, in einen Abschnitt, der eine Windung
davor liegt, der Kugellauf rille 5a rückzuführen. Weiterhin hat die Kugelrückführungsaussparung 11 einen
tiefsten Abschnitt an dem zentralen Abschnitt des Umlenkkörpers 8a,
damit die Kugeln 7, die sich in der Kugelrückführungsaussparung 11 nach
vorn bewegen, den Außendurchmesserabschnitt
der Spindel 5 überwinden
können.
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Die
paarigen Flügelabschnitte 8b, 8b sind
so ausgebildet, dass sie an den Seitenflächen 12, 12 des Umlenkkörpers 8 hervorstehen,
indem man sie um den einer Steigung entsprechenden Betrag verschiebt,
so dass die entsprechenden Flügelteile 8b, 8b an
der benachbarten belasteten Kugellaufrille 6a des Muttern-Elements 6 befestigt
werden. Jeder Flügelteil 8b, 8b ist
so ausgebildet, dass eine spiralförmige zylindrische Form bereitgestellt
wird, damit sie der Form der belasteten Kugellaufrille 6a entspricht,
und er ist auch so ausgebildet, dass eine im Schnitt halbkreisförmige Gestalt
bereit gestellt wird, um eine Störung
mit der Kugellaufrille 5a (siehe 6) zu vermeiden.
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Der
Mittelpunkt P des Halbkreises des Flügelteils 8b liegt
stets auf der Mittellinie 13 einer Bahn der Kugeln 7.
Der Krümmungsradius
dieses Halbkreises entspricht dem Radius der Kugel 7 und
ist etwas kleiner eingestellt als der Krümmungsradius der belasteten
Kugellaufrille 6a. Das heißt, ein kleines Spiel ist auch
zwischen den Flügelteilen 8b, 8b und
der belasteten Kugellaufrille 6a ausgebildet. Konstruktionsgemäß kann,
wie bereits erwähnt,
dadurch dass der Umlenkkörper 8a und
das Einführloch 9 für das Umlenkelement
mit dem kleinen Spiel dazwischen angeordnet sind und dass die Flügelteile 8b, 8b und
die belastete Kugellaufrille 6a ebenfalls mit dem kleinen
Spiel dazwischen angeordnet sind, das Umlenkelement 8 im
Hinblick auf das Muttern-Element 6 in Schwingungen (Schwenkbewegungen)
versetzt werden. Die Länge
W des Flügelteils 8b ist auf
das 0,5 bis 0,6-fache des Durchmessers der Kugel 7 eingestellt.
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Sodann
wird bezüglich
der 4 und 5 eine ringförmige Nut 14 um
die Seitenfläche 12 des
Umlenkkörpers 8a herum
beim Gießen
desselben ausgebildet. Vor dem Einführen des Umlenkelements 8 in
das Muttern-Element 6 wird ein elastisches ringförmiges Dichtelement
(O-Ring) 15 an der ringförmigen Nut 14 befestigt,
um einen Innenabschnitt der Kugelumlaufspindel abzudichten. Der
O-Ring 15 hat
einen Außenumfangsabschnitt,
der sich gegen eine Innenwandfläche
des Einführlochs 9 für das Umlenkelement
verschieben kann, während
er diese eng kontaktiert. Der O-Ring 15 verhindert, dass
Schmutz in ein Inneres der Kugelumlaufspindel gelangt, verhindert
jedoch nicht das Schwingen des Umlenkelements während des Betriebs.
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Der
O-Ring 15 könnte
aus einem von einer Anzahl von Materialien gebildet worden sein,
wenn nur die Verschleißfestigkeit
gegen Kühl-
und Schmiermittel gefordert wäre.
Erfindungsgemäß wird der
O-Ring 15 jedoch aus Silikon gebildet, da dieses leicht
zusammendrückbar
ist und die Montage der Kugelumlaufspindel erleichtert. Es wurde
festgestellt, dass der O-Ring aus Silikon hervorragend abdichtet
und das Innere der Kugelumlaufspindel selbst dann gegen Verschmutzungen
schützt,
wenn das Umlenkelement während
des -Betriebs schwingt.
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Des
Weiteren ist ebenfalls bevorzugt, dass ein Kantenabschnitt 16 (siehe 8) des Einführlochs 9 für das Umlenkelement
an der Innenumfangsfläche
des Muttern-Elements 6 manuell durch Verwendung eines Luftturbinenwerkzeugs
oder maschinell gerundet (gefast) ausgebildet wird. Das heißt, der
scharfkantige Abschnitt 16 des Einführlochs 9 für das Umlenkelement
könnte
abgerundet werden.
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Das
mit einem ringförmigen
Dichtelement 15 versehene Umlenkelement 8 wird
vom Inneren des Muttern-Elements 6 her in das Einführloch 9 für das Umlenkelement
eingesetzt.
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Nachstehend
wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kugelumlaufspindel für rollende
Elemente erläutert,
die mit den Umlenkelementen der vorstehend aufgeführten Konstruktionen
versehen ist.
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Zuerst
wird die Kugel(rollendes Element)rückführungsaussparung 11 an
dem Umlenkkörper 8a durch ein
Spritzguss- oder ähnliches
Verfahren ausgebildet, und dann werden die Flügelteile 8b, 8b,
die von den Seitenabschnitten 12, 12 des Umlenkkörpers 8a hervorstehen,
in Formübereinstimmung
mit der belasteten Kugellaufrille 6a ausgebildet.
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Als
Nächstes
wird der O-Ring 15 als elastisches ringförmiges Dichtelement
an dem Umfangsabschnitt der Seitenfläche des Umlenkkörpers 8a angebracht,
um den Innenabschnitt der Kugelumlaufspindel abzudichten.
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Andererseits
wird das Einführloch
(Schlitz) 9 für
das Umlenkelement an dem Muttern-Element 6 mit einem Spiel
zwischen der Seitenfläche
des Umlenkkörpers 8a und
dem Innenwandabschnitt des Einführlochs 9 für das Umlenkelement
ausgebildet, so dass das Umlenkelement 8 während des
Betriebs der Kugelumlaufspindel darin schwingen kann.
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Danach
wird der scharfkantige Teil des Einführlochs 9 für das Umlenkelement,
das auf der Innenumfangsfläche
des Muttern-Elements 6 angebracht ist, entfernt, um eine
runde Fläche
bereitzustellen.
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Schließlich wird
das Umlenkelement 8, das mit dem O-Ring 15 verbunden
ist, in das Einführloch 9 für das Umlenkelement
von der Innenseite des Muttern-Elements 6 her
eingesetzt.
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Wenn
das Umlenkelement 8 in das Einführloch 9 für das Umlenkelement
eingepasst ist, stehen die Flügelteile 8b, 8b hiervon
in Verbindung mit der belasteten Kugellaufrille 6a des
Muttern-Elements 6, wobei das Umlenkelement 8 zum
Muttern-Element 6 hin ausgerichtet ist und die Rückführungsaussparung 11 ebenfalls
zu der belasteten Kugellaufrille 6a hin ausgerichtet ist,
wodurch verhindert wird, dass sich das Umlenkelement 8 in
der Längsrichtung
von dem Muttern-Element 6 löst. Des Weiteren, da eine Anzahl
von Kugeln 7, 7 ---, 7 zwischen dem Umlenkkörper 8a und
der Spindel 5 angeordnet ist, wird das Umlenkelement 8 von
diesen Kugeln 7 in etwa so getragen, als ob es in konstanter
Entfernung von der Spindel 5 schwebt.
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Unter
Bezugnahme auf 7, eine
Draufsicht auf das Muttern-Element 6 und das Umlenkelement 8, besteht
durchgängig
ein Spiel h, wie bereits vorstehend dargestellt, sofern das Umlenkelement 8 in
das Einführloch 9 für das Umlenkelement
eingesetzt ist, zwischen dem Umlenkelement 8a und dem Wandabschnitt 9a des
Einführlochs 9.
Dieses Spiel h ist zum Beispiel auf ca. 5% des Durchmessers der
Kugel 7 veranschlagt. Ist ein solches Spiel h vorhanden,
wird das Umlenkelement 8 soweit gekippt, dass der Umlenkkörper 8a gegen den
Wandabschnitt 9a des Einführlochs 9 für das Umlenkelement
anstößt, wodurch
dieses in die Lage versetzt wird, während des Betriebs der Kugelumlaufspindel
im Einführloch 9 zu
schwingen. Selbst wenn die Kugeln 7 gegen die Umlenkelemente 8 stoßen, werden
daher die Umlenkelemente 8 in Schwingung versetzt und die Stoßkräfte der
Kugeln 7 gegen die Umlenkelemente 8 können dadurch
abgemildert werden.
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Beispiele
der vorliegenden Erfindung [in Form] einer Kugelumlaufspindel wurden
hergestellt und zahlreiche Tests in der nachstehen erläuterten
Weise durchgeführt,
um zum Beispiel Dichtleistung und Haltbarkeit zu vergleichen.
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Beispiel
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Ein
montiertes Teil (Test 1) unter Verwendung eines O-Rings aus Nitril
sowie ein weiteres montiertes Teil (Test 2) unter Verwendung eines
O-Rings aus Silikon wurden vorbereitet, um die Dichtleistung und
die Haltbarkeit derselben zu vergleichen.
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Test 1
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Der
O-Ring wurde aus Nitrilkautschuk gebildet, der ölresistent ist und bei Betriebstemperaturen
von 20 bis 100°C
eingesetzt werden kann. Eine Kugelumlaufspindel wurde montiert,
um mit einer Vorspannung von 1,3 kg eingesetzt zu werden. Der O-Ring
wurde um das Umlenkelement platziert, und das Umlenkelement wurde
von der Innenseite des Muttern-Elements her in das Einführloch (Schlitz)
eingesetzt. Das Einsetzen des Umlenkelements in das Muttern-Element
gestaltete sich als schwierig und dauerte daher etwa 3 Minuten.
Die Ursache hierfür
war die Störung
des O-Rings, welcher erforderlich war, um eine gute Luftundurchlässigkeit (Dichtleistung)
zwischen dem Umlenkelement und dem Einführloch für das Umlenkelement zu gewährleisten, und
die Härte
des O-Rings.
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Test 2
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Der
O-Ring wurde aus Silikonkautschuk gebildet, der ölresistent ist und bei Betriebstemperaturen
von –70
bis 250°C
eingesetzt werden kann. Eine Kugelumlaufspindel wurde montiert,
um mit einer Vorspannung von 1,3 kg eingesetzt zu werden. Der O-Ring
wurde um das Umlenkelement herum platziert. Ein scharf kantiger Abschnitt
der Innenumfangsfläche
des Einführlochs
für das
Umlenkelement wurde manuell mit einem Luftturbinenwerkzeug entfernt,
um eine runde Fläche
zu erhalten. Danach wurde das Umlenkelement in das Einführloch für das Umlenkelement
(Schlitz) vom Inneren des Muttern-Elements her eingesetzt. Für die Montage
wurde weniger Zeit benötigt
als dies bei Test 1 der Fall war, da der Kantenabschnitt des Einführlochs
für das
Umlenkelement abgerundet war und der O-Ring aus Silikon sich ohne
Aufwand zusammendrücken
ließ.
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Die
solchermaßen
vorbereiteten Tests 1 und 2 als Kugelumlaufspindeln erfolgten auf
einem Prüfstand oder
dergleichen, um zu erproben bzw. zu prüfen, welche Schmutzstoffe (Verunreinigungen)
in das innerhalb des Muttern-Elements befindliche Umlenkelement
eindringen. Bei diesen Tests wurden verschiedene Materialarten und
Mischungen verwendet. Einzelheiten zu den Tests sowie Prüfergebnisse
sind den nachstehenden Tabellen 1 und 2 zu entnehmen.
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Tabelle
1 Test
1 mit O-Ring aus Nitril
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Eine
Dauerprüfung
wurde durchgeführt,
wobei sich die Kugelumlaufspindel 8 Stunden lang mit 1000 UpM auf
dem Prüfstand
befand. Dann wurde die Kugelumlaufspindel von dem Prüfstand entfernt
und deren Umlenkelement einer genauen Betrachtung unterzogen. Die
Beobachtungen ergaben, dass 2 von 6 O-Ringen aufgeplatzt waren und
die restlichen beschädigt
waren. Ursächlich
für den
Schaden war der Presssitz und das scharfkantige Einführloch für das Umlenkelement
zum Zeitpunkt des Einführens
des Umlenkelements in dieses.
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Tabelle
2 Test
2 mit O-Ring aus Silikon
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Eine
Dauerprüfung
wurde in gleicher Weise wie bei Test 1 durchgeführt. Danach wurde die Kugelumlaufspindel
von dem Prüfstand
entfernt und deren Umlenkelement einer genauen Betrachtung unterzogen.
Die Beobachtungen ergaben, dass kein einziger der O-Ringe aus Silikon
wie in Test 1 aufgerissen war, jedoch immerhin 3 der 6 O-Ringe minimal
beschädigt
waren. Ursächlich
für diese
Schäden
war das Einführen
des Umlenkelements in die Mutter. Durch die Beseitigung der scharfen
Kanten an dem Einführloch
für das
Umlenkelement und den Austausch des O-Ringmaterials könnten die
Schäden
während
der Montage jedoch verringert werden.
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Schlussfolgerung
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Den
obigen Prüfungsergebnissen
ist zu entnehmen, dass die O-Ringe aus Silikon das Eindringen sämtlicher
Späne und
Flüssigkeiten
durch das Umlenkelement hindurch in die Kugelumlaufspindel verhindern, während bei
O-Ringen aus Nitril minimale Mengen an Schaum und Wasser in die
Kugelumlaufspindel gelangen können,
jedoch keine Späne.
Die eingedrungene Menge an Schaumöl wäre nicht schlechter als bei
den vorliegenden Dichtungen, (wobei das Silikon eine Füllung zwischen
dem Umlenkelement und dem Einführloch für das Umlenkelement
nach dem Einführen
des Umlenkelements, der kein ringförmiges Dichtungselement aufweist,
bildet). Zu empfehlen wäre
die Verwendung von O-Ringen aus Silikon, da sie das Eindringen jeglicher Schmutzstoffe
in die Kugelumlaufspindel verhindern und sie leichter zu montieren
sind.
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Weiterhin
wird in der beschriebenen Ausführungsform
durch die Bereitstellung eines ringförmigen Dichtungselements für den Umlenkkörper das
Innere der Kugelumlaufspindel völlig
abgedichtet und ein Schwingen des Umlenkelements ermöglicht,
aber es mag erwogen werden, dass das Silikon zwischen das Umlenkelement
und das Einführloch
für das
Umlenkelement nach dem Einführen
des kein ringförmiges
Dichtungselement aufweisenden Umlenkelements in das Einführloch für das Umlenkelement
eingefüllt
wird. Bei einer solchen Verfahrensvariante erfordert das Füllen mit
Silikon einen größeren Verarbeitungsaufwand,
ist mit einem größeren Zeit-
und Kostenaufwand verbunden, wodurch es unvorteilhaft ist. Weiterhin
erfolgt das Füllen mit
Silikon nicht konstant, was zu einer unzureichenden Abdichtung führt. Außerdem kann
das Silikon durch die Vibrationen der Kugelumlaufspindel abgelöst werden.
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Somit
ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die
beschriebene Ausführungsform beschränkt ist
und etliche weiteren Änderungen
und Modifikationen erfolgen können,
ohne den Rahmen der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.
