WO2014173403A1 - Spindelmutter und zugehöriger kugelgewindetrieb - Google Patents

Spindelmutter und zugehöriger kugelgewindetrieb Download PDF

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WO2014173403A1 PCT/DE2014/200097 DE2014200097W WO2014173403A1 WO 2014173403 A1 WO2014173403 A1 WO 2014173403A1 DE 2014200097 W DE2014200097 W DE 2014200097W WO 2014173403 A1 WO2014173403 A1 WO 2014173403A1
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ball groove
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ball
ring
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Mario Kreutzer
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Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg
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    • F16H25/00—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/18—Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying or interconverting oscillating or reciprocating motions
    • F16H25/20—Screw mechanisms
    • F16H25/22—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16H25/20—Screw mechanisms
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    • F16H25/2204—Screw mechanisms with balls, rollers, or similar members between the co-operating parts; Elements essential to the use of such members with balls
    • F16H2025/2242—Thread profile of the screw or nut showing a pointed "gothic" arch in cross-section

Definitions

  • the invention relates to a spindle nut for a ball screw, with a fixed outer diameter, formed on its inner side helical ball groove and formed on its outer side, an annular ball groove having inner ring which forms a support bearing together with an outer ring and balls arranged therebetween.
  • a spindle nut is part of a ball screw, which converts a rotational movement between a threaded spindle and the spindle nut in a displacement between the threaded spindle and the spindle nut.
  • a ball screw there is mainly an axial main load.
  • applications are possible in which the provided on the spindle nut support bearing to replace a separate radial bearing, z. B. in a coupling with an electric motor or a belt drive.
  • a spindle nut for a ball screw which has at one end a step with an outwardly enlarged diameter, wherein in the region of the step, a separate inner ring is attached, whereby a ball groove is formed for balls, by which an outer ring is rotatably supported relative to the spindle nut.
  • the invention has for its object to provide a spindle nut for a ball screw, which has a low space requirement and can be easily and inexpensively manufactured.
  • the inner ring is a first up to Having a ball groove extending stepped portion with a fixed outer diameter, which is followed by a second stepped portion with a reduced outer diameter on the other side of the ball groove.
  • the spindle nut has several stages on its outside. Over most of its length, the spindle nut has a constant predetermined outside diameter. In the region of one end, the spindle nut has on its outer side a circumferential annular ball groove, which is suitable for the formation of a support bearing.
  • a first fixed diameter portion extends from the predetermined outer diameter portion to the ball groove.
  • This first portion has a reduced or increased outer diameter compared to the particular outer diameter of the spindle nut.
  • a second stepped portion extends with a reduced outer diameter. This reduced outer diameter is smaller than the outer diameter of the first stepped portion.
  • the outer ring it is preferable for the outer ring to have a first shoulder (Sa2) with a defined inner diameter extending up to the ball groove of the outer ring, to which a second stepped shoulder with an enlarged inner diameter (Sa1) adjoins on the other side of the ball groove , Accordingly, the outer ring on both sides of the ball groove on a similar gradation as the spindle nut.
  • the pressure angle on the spindle nut can be increased and set so far that results in a maximum load capacity in the main load direction, that is, in the axial direction.
  • the pressure angle which is established on the outer ring can be reduced as much as is possible for a certain radial load.
  • These diameters are reduced as far as possible for the given radial load.
  • the difference of the inner diameter (Sa1) of the second shoulder of the outer ring and the portion of the first inner ring with a fixed outer diameter (Sil) is greater than the diameter of a ball. This ensures trouble-free mounting of the bearing.
  • the difference of the inside diameter (Sa2) of the first shoulder of the outer ring and the second stepped portion of the inner ring of reduced outer diameter (Si2) is larger than the diameter of a ball. To ensure trouble-free installation, both conditions must be met.
  • a development of the invention provides that the annular ball groove of the inner ring has an asymmetric Gothic profile. Accordingly, a ball contacts the ball groove at two spaced apart points.
  • the annular ball groove of the outer ring on an asymmetric Gothic profile.
  • a variant of the spindle nut according to the invention can provide that the inner ring is made as a separate component and connected to the spindle nut, in particular pressed, is.
  • the invention relates to a ball screw, with a spindle with a helical ball groove, a spindle nut and arranged between the spindle and spindle nut balls.
  • the ball screw according to the invention is characterized in that it has a spindle nut of the type described. Short description of the drawing
  • the drawing shows a sectional side view of a spindle nut according to the invention. Detailed description of the drawing
  • the figure shows a spindle nut 1 for a ball screw in a sectional side view. With regard to the radial symmetry, only one half of the spindle nut 1 is shown.
  • the spindle nut 1 has a tubular basic shape, on its inner side 2 it has a helical ball groove (not shown).
  • the ball groove serves as a raceway for trained as balls rolling elements, by means of which the spindle nut 1 relative to a spindle is movable.
  • the spindle also has on its outer side a corresponding helical ball groove, by a rotational movement of the spindle or the spindle nut, which is effected by an electric drive, the respectively non-driven component is axially displaced.
  • An arrow 3 indicates that the spindle nut 1 is mainly loaded in the axial direction.
  • the spindle nut 1 has on its outer side an annular ball groove 4 which is part of an inner ring 5 of a support bearing 6.
  • the support bearing 6 also includes an outer ring 8, which has a ball groove 9.
  • the inner ring 5 has a first up to the ball groove 4 extending stepped portion 10 with a fixed outer diameter (Sil), to which on the opposite side of the ball groove 4, a second stepped portion 1 1 followed by a reduced outer diameter (Si2).
  • the outer diameter (Sil) of the first stepped portion 10 is smaller than the outer diameter (AD) of the spindle nut 1 in this embodiment, the outer diameter (Si2) of the second stepped portion 1 1 is smaller than the outer diameter (Sil) of the first stepped portion 10th
  • the outer diameter AD is used in the design of the ball screw This drive can be both larger and smaller than the specified outer diameter (Sil).
  • the outer ring 8, which is part of the support bearing 6, has a first groove 13 extending to the ball groove 9 with a fixed inner diameter (Sa2), to which on the opposite side of the ball groove 9, a second stepped shoulder 12 with an enlarged inner diameter (Sa1) connects.
  • the difference of the inner diameter (Sa1) of the second shoulder 12 of the outer ring and the first stepped portion 10 of the inner ring 5 with a fixed outer diameter (Sil) is greater than the diameter of a ball 7.
  • the other Condition satisfies that the difference of the inner diameter (Sa2) of the first shoulder 13 of the outer ring 8 and the second stepped portion 1 1 of the inner ring 5 with reduced outer diameter (Si2) is greater than the diameter of a ball 7.
  • the pressure angle 14 resulting on the inner ring 5 and the diameter of the first, up to the ball groove extending stepped portion 10 with a fixed outer diameter (Sil) in the direction indicated by the arrow 3 main load direction has been increased so far that the bearing capacity of the support bearing 6 is maximum for a given load.
  • the pressure angle 15 which sets itself on the outer ring 8 and the reduced outer diameter (Si2) of the second stepped portion 11 and the inner diameter (Sa1) of the second shoulder 12 of the outer ring 8 are reduced to the extent required for a given radial load.
  • the inner ring is made as a separate component and connected to the spindle nut, in particular, the inner ring can be pressed.

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Abstract

Spindelmutter (1) für einen Kugelgewindetrieb, mit einem festgelegten Außendurchmesser (AD), einer an ihrer Innenseite (2) ausgebildeten schraubenförmigen Kugelrille, einem an ihrer Außenseite ausgebildeten, eine ringförmige Kugelrille (4) aufweisenden Innenring (5), der gemeinsam mit einem Außenring (8) und dazwischen angeordneten Kugeln (7) ein Stützlager (6) bildet, wobei der Innenring (5) einen ersten sich bis zur Kugelrille (4) erstreckenden abgestuften Abschnitt (10) mit festgelegtem Außendurchmesser (Si1) aufweist, an den sich an der anderen Seite der Kugelrille (4) ein zweiter abgestufter Abschnitt (11) mit einem verringertem Außendurchmesser (Si2) anschließt.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Spindelmutter und zugehöriger Kugelgewindetrieb Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb, mit einem festgelegten Außendurchmesser, einer an ihrer Innenseite ausgebildeten schraubenförmigen Kugelrille und einem an ihrer Außenseite ausgebildeten, eine ringförmige Kugelrille aufweisenden Innenring, der gemeinsam mit einem Außenring und dazwischen angeordneten Kugeln ein Stützlager bildet.
Hintergrund der Erfindung
Eine Spindelmutter ist Bestandteil eines Kugelgewindetriebs, der eine Drehbewegung zwischen einer Gewindespindel und der Spindelmutter in eine Verschiebung zwischen Gewindespindel und der Spindelmutter umwandelt. Bei bestimmten Anwendungen eines Kugelgewindetriebs liegt hauptsächlich eine axiale Hauptlast vor. Daneben sind Anwendungen möglich, bei denen das an der Spindelmutter vorgesehene Stützlager ein separates Radiallager ersetzen soll, z. B. bei einer Kopplung mit einem Elektromotor oder einem Riementrieb.
Es ist bereits bekannt, einen Kugelgewindetrieb bzw. dessen Spindelmutter mit einem separaten Axiallager und/oder einem separaten Radiallager oder einem Vierpunktlager zu kombinieren, um einen Kugelgewindetrieb mit einer Lager- funktion zu versehen. Nachteilig ist dabei jedoch, dass der benötigte Bauraum wegen der mehreren benötigten Einzellager groß ist, zumal gegebenenfalls weitere Bauteile wie Federelemente oder dergleichen erforderlich sind. Herkömmliche Vierpunktlager scheiden für bestimmte Anwendungen aus Kosten- gründen aus, zudem benötigen sie eine axiale Sicherung der Innenringe. Ein herkömmliches Vierpunktlager mit einteiligen Ringen und symmetrischer Laufbahn, das grundsätzlich für derartige Anwendungen in Frage käme, benötigt einen vergleichsweise großen Bauraum. In der DE 10 2007 026 605 A1 ist ein Kugelgewindetrieb vorgeschlagen worden, bei dem die Spindelmutter an einem Ende einen Abschnitt mit vergrößertem Durchmesser aufweist, der an seiner Außenseite eine Kugelrille zur Bildung eines Lagers aufweist. Aus der DE 10 2004 040 360 A1 ist ein Kugelgewindetrieb bekannt, dessen Spindelmutter an einem Ende eine angeformte Kugelrille aufweist, so dass ein Ring mittels Wälzkörpern drehbar bezüglich der Spindelmutter gelagert werden kann. Aus der DE 10 2009 031 71 1 A1 ist eine Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb bekannt, die an einem Ende eine Stufe mit einem nach außen vergrößerten Durchmesser aufweist, wobei im Bereich der Stufe ein separater Innenring befestigt ist, wodurch eine Kugelrille für Kugeln gebildet wird, durch die ein Außenring drehbar bezüglich der Spindelmutter gelagert wird.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spindelmutter für einen Kugelgewindetrieb anzugeben, die einen geringen Bauraumbedarf hat und einfach und kostengünstig hergestellt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Spindelmutter der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Innenring einen ersten sich bis zur Kugelrille erstreckenden abgestuften Abschnitt mit festgelegtem Außendurchmesser aufweist, an den sich an der anderen Seite der Kugelrille ein zweiter abgestufter Abschnitt mit einem verringertem Außendurchmesser anschließt. Erfindungsgemäß ist somit vorgesehen, dass die Spindelmutter an ihrer Außenseite mehrere Stufen aufweist. Über den größten Teil ihrer Länge weist die Spindelmutter einen gleichbleibenden bestimmten Außendurchmesser auf. Im Bereich eines Endes weist die Spindelmutter an ihrer Außenseite eine umlaufende ringförmige Kugelrille auf, die für die Bildung eines Stützlagers geeignet ist. Ein erster Abschnitt mit festgelegtem Durchmesser erstreckt sich von dem Abschnitt mit dem bestimmten Außendurchmesser bis zur Kugelrille. Dieser erste Abschnitt weist einen verringerten oder vergrößerten Außendurchmesser im Vergleich zu dem bestimmten Außendurchmesser der Spindelmutter auf. An der anderen, gegenüberliegenden Seite der Kugelrille erstreckt sich ein zweiter abgestufter Abschnitt mit einem verringerten Außendurchmesser. Dieser verringerte Außendurchmesser ist kleiner als der Außendurchmesser des ersten abgestuften Abschnitts.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, dass der Außenring eine sich bis zur Ku- gelrille des Außenrings erstreckende erste Schulter (Sa2) mit einem festgelegten Innendurchmesser aufweist, an die sich an der anderen Seite der Kugelrille eine zweite abgestufte Schulter mit einem vergrößerten Innendurchmesser (Sa1 ) anschließt. Dementsprechend weist der Außenring an beiden Seiten der Kugelrille eine ähnliche Abstufung wie die Spindelmutter auf. Durch die Festle- gung der Stufen bzw. deren Außendurchmesser können der Druckwinkel an der Spindelmutter soweit erhöht und festgelegt werden, dass sich eine maximale Tragfähigkeit in Hauptlastrichtung, das heißt in Axialrichtung, ergibt. Andererseits kann der sich an dem Außenring einstellende Druckwinkel soweit reduziert werden, wie für eine bestimmte Radiallast möglich ist. Dasselbe gilt für den zweiten abgestuften Abschnitt mit dem verringerten Außendurchmesser (Si2) und die zweite Schulter des Außenrings mit dem festgelegten Innendurchmesser (Sa1 ). Diese Durchmesser werden soweit reduziert, wie für die gegebene Radiallast möglich ist. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Differenz des Innendurchmessers (Sa1 ) der zweiten Schulter des Außenrings und des Abschnitts des ersten Innenrings mit festgelegtem Außendurchmesser (Sil ) größer als der Durchmesser einer Kugel ist. Auf diese Weise ist eine problemlose Montierbar- keit des Lagers gewährleistet. In ähnlicher Weise wird es bei der erfindungsgemäßen Spindelmutter bevorzugt, dass die Differenz des Innendurchmessers (Sa2) der ersten Schulter des Außenrings und des zweiten abgestuften Abschnitts des Innenrings mit verringertem Außendurchmesser (Si2) größer als der Durchmesser einer Kugel ist. Zur Sicherstellung einer problemlosen Montage müssen beide Bedingungen eingehalten werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die ringförmige Kugelrille des Innenrings ein asymmetrisches gotisches Profil aufweist. Dementsprechend berührt eine Kugel die Kugelrille an zwei voneinander beabstandeten Punkten.
Vorzugsweise weist auch die ringförmige Kugelrille des Außenrings ein asymmetrisches gotisches Profil auf. Eine Variante der erfindungsgemäßen Spindelmutter kann vorsehen, dass der Innenring als separates Bauteil hergestellt und mit der Spindelmutter verbunden, insbesondere aufgepresst, ist.
Daneben betrifft die Erfindung einen Kugelgewindetrieb, mit einer Spindel mit einer schraubenförmigen Kugelrille, einer Spindelmutter und zwischen Spindel und Spindelmutter angeordneten Kugeln. Der erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb zeichnet sich dadurch aus, dass er eine Spindelmutter der beschriebenen Art aufweist. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Spindelmutter. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
Die Figur zeigt eine Spindelmutter 1 für einen Kugelgewindetrieb in einer geschnittenen Seitenansicht. Im Hinblick auf die radiale Symmetrie ist lediglich eine Hälfte der Spindelmutter 1 gezeigt. Die Spindelmutter 1 besitzt eine rohr- förmige Grundform, an ihrer Innenseite 2 weist sie eine (nicht gezeigte) schraubenförmige Kugelrille auf. Die Kugelrille dient als Laufbahn für als Kugeln ausgebildete Wälzkörper, mittels denen die Spindelmutter 1 gegenüber einer Spindel bewegbar ist. Die Spindel weist an ihrer Außenseite ebenfalls eine entsprechende schraubenförmige Kugelrille auf, durch eine Drehbewegung der Spin- del oder der Spindelmutter, die durch einen elektrischen Antrieb bewirkt wird, wird die jeweils nicht angetriebene Komponente axial verschoben.
Ein Pfeil 3 zeigt an, dass die Spindelmutter 1 hauptsächlich in axialer Richtung belastet ist. Damit die Spindelmutter 1 gleichzeitig die Funktion eines Radialla- gers übernehmen kann, weist die Spindelmutter 1 an ihrer Außenseite eine ringförmige Kugelrille 4 auf, die Bestandteil eines Innenrings 5 eines Stützlagers 6 ist. Neben dem Innenring 5 und Kugeln 7 umfasst das Stützlager 6 auch einen Außenring 8, der eine Kugelrille 9 aufweist. Der Innenring 5 weist einen ersten sich bis zur Kugelrille 4 erstreckenden abgestuften Abschnitt 10 mit festgelegtem Außendurchmesser (Sil ) auf, an den sich an der gegenüberliegenden Seite der Kugelrille 4 ein zweiter abgestufter Abschnitt 1 1 mit einem verringerten Außendurchmesser (Si2) anschließt. Der Außendurchmesser (Sil ) des ersten abgestuften Abschnitts 10 ist in diesem Ausführungsbeispiel geringer als der Außendurchmesser (AD) der Spindelmutter 1 , der Außendurchmesser (Si2) des zweiten abgestuften Abschnitts 1 1 ist kleiner als der Außendurchmesser (Sil ) des ersten abgestuften Abschnitts 10. Der Außendurchmesser AD wird im Rahmen der Auslegung des Kugelgewinde- triebs bestimmt, dieser kann sowohl größer als auch kleiner als der festgelegte Außendurchmesser (Sil ) sein.
Der Außenring 8, der Bestandteil des Stützlagers 6 ist, weist eine sich bis zur Kugelrille 9 erstreckende erste Schulter 13 mit einem festgelegten Innendurchmesser (Sa2) auf, an die sich an der gegenüberliegenden Seite der Kugelrille 9 eine zweite abgestufte Schulter 12 mit einem vergrößerten Innendurchmesser (Sa1 ) anschließt. Um die Montierbarkeit des Stützlagers 6 zu gewährleisten, ist die Differenz des Innendurchmessers (Sa1 ) der zweiten Schulter 12 des Außenrings und des ersten abgestuften Abschnitts 10 des Innenrings 5 mit festgelegtem Außendurchmesser (Sil ) größer als der Durchmesser einer Kugel 7. Daneben ist die weitere Bedingung erfüllt, dass die Differenz des Innendurchmessers (Sa2) der ersten Schulter 13 des Außenrings 8 und des zweiten abgestuften Abschnitts 1 1 des Innenrings 5 mit verringertem Außendurchmesser (Si2) größer als der Durchmesser einer Kugel 7 ist.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist sowohl die ringförmige Kugelrille 4 des Innenrings 5 als auch die ringförmige Kugelrille 9 des Außenrings 8 ein asymmetrisches gotisches Profil auf.
Bei der Spindelmutter 1 ist der sich an dem Innenring 5 ergebende Druckwinkel 14 sowie der Durchmesser des ersten sich bis zur Kugelrille erstreckenden abgestuften Abschnitts 10 mit festgelegtem Außendurchmesser (Sil ) in der durch den Pfeil 3 angegebenen Hauptlastrichtung soweit erhöht worden, dass die Tragfähigkeit des Stützlagers 6 für eine bestimmte Belastung maximal ist. Im Gegenzug ist der sich an dem Außenring 8 einstellende Druckwinkel 15 sowie der verringerte Außendurchmesser (Si2) des zweiten abgestuften Abschnitts 1 1 und der Innendurchmesser (Sa1 ) der zweiten Schulter 12 des Außenrings 8 soweit reduziert, wie es für eine vorgegebene Radiallast erforderlich ist. Eine Variante des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sieht vor, dass der Innenring als separates Bauteil hergestellt und mit der Spindelmutter verbunden ist, insbesondere kann der Innenring aufgepresst sein.
Bezugszahlenliste Spindelmutter
Innenseite
Pfeil
Kugelrille
Innenring
Stützlager
Kugel
Außenring
Kugelrille
Abschnitt
Abschnitt
Schulter
Schulter
Druckwinkel
Druckwinkel

Claims

Patentansprüche
1 . Spindelmutter (1 ) für einen Kugelgewindetrieb, mit einem festgelegten Außendurchmesser (AD), einer an ihrer Innenseite (2) ausgebildeten schraubenförmigen Kugelrille, einem an ihrer Außenseite ausgebildeten, eine ringförmige Kugelrille (4) aufweisenden Innenring (5), der gemeinsam mit einem Außenring (8) und dazwischen angeordneten Kugeln (7) ein Stützlager (6) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring (5) einen ersten sich bis zur Kugelrille (4) erstreckenden abgestuften Abschnitt (10) mit festgelegtem Außendurchmesser (Sil ) aufweist, an den sich an der anderen Seite der Kugelrille (4) ein zweiter abgestufter Abschnitt (1 1 ) mit einem verringertem Außendurchmesser (Si2) anschließt.
2. Spindelmutter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (8) eine sich bis zur Kugelrille (9) des Außenrings (8) erstre- ckende erste Schulter (13) mit einem festgelegten Innendurchmesser
(Sa2) aufweist, an die sich an der anderen Seite der Kugelrille (9) eine zweite abgestufte Schulter (12) mit einem vergrößerten Innendurchmesser (Sa1 ) anschließt.
3. Spindelmutter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz des Innendurchmessers (Sa1 ) der zweiten Schulter (12) des Außenrings (8) und des Abschnitts (10) des ersten Innenrings (5) mit festgelegtem Außendurchmesser (Sil ) größer als der Durchmesser einer Kugel (7) ist.
4. Spindelmutter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz des Innendurchmessers (Sa2) der ersten Schulter (13) des Außenrings (8) und des zweiten abgestuften Abschnitts (1 1 ) des Innen- rings (5) mit verringertem Außendurchmesser (Si2) größer als der Durchmesser einer Kugel (7) ist.
Spindelmutter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Kugelrille (4) des Innenrings (5) ein asymmetrisches gotisches Profil aufweist.
Spindelmutter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Kugelrille (9) des Außenrings (8) ein asymmetrisches gotisches Profil aufweist.
Spindelmutter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring als separates Bauteil hergestellt und mit der Spindelmutter verbunden, insbesondere aufgepresst, ist.
Kugelgewindetrieb, mit einer Spindel mit einer schraubenförmigen Kugelrille, einer Spindelmutter (1 ) und zwischen Spindel und Spindelmutter (1 ) angeordneten Kugeln (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Spindelmutter (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
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