CH640616A5

CH640616A5 - Kugelumlauf-spindelantrieb.

Info

Publication number: CH640616A5
Application number: CH76679A
Authority: CH
Inventors: Guenter Blaurock; Ernst Albert
Original assignee: Star Kugelhalter Gmbh Dt
Priority date: 1978-02-07
Filing date: 1979-01-25
Publication date: 1984-01-13
Also published as: US4274297A; JPS54113762A; DE2805141A1; DE2805141C2; GB2014270B; IT1123977B; IT7912450A0; FR2416402A1; JPS6120749B2; FR2416402B1; GB2014270A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kugelumlauf-Spindelantrieb gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Dabei bedeutet der Hinweis auf einen Mutternkörper eine Abgrenzung gegenüber solchen Kugelumlauf-Spindelan trieben, bei denen die Spindelmutter aus zwei axial hintereinander auf der Spindel angeordneten Teilmuttern gebildet wird, welche gegeneinander auf der Spindel verspannt werden, bis eventuell vorhandenes Spiel ausgeglichen ist oder eine gewünschte Vorspannung erreicht ist (vgl. DE-OS 1936546).

Der Hinweis auf einen Ausgleichsschlitz bedeutet, dass ein Spalt von endlicher Breite gebildet wird, dass also die Schlitzbegrenzungsflächen nicht einfach in jedem Betriebszustand der Spannvorrichtung starr aneinander anliegen und eine «Spannung» somit gar nicht möglich ist.

Ein Kugelumlauf-Spindelantrieb der eingangs bezeichneten Art ist aus der US-PS 2 694942 bekannt. Bei diesem bekannten Kugelumlauf-Spindelantrieb ist die Spannvorrichtung derart ausgebildet, dass durch sie die genutete Innenfläche des Mutternkörpers eine elliptische Verformung erhält (siehe US-PS 2 694942, Spalte 1, Zeilen 65 ff). Dies führt beabsichtigtermassen dazu, dass die in den Bereichen des grossen Ellipsendurchmessers befindlichen Kugeln innerhalb der schraubenförmigen Nut in radialer und axialer Richtung Spiel haben und deshalb nicht zum Tragen kommen. Es tragen demnach nur diejenigen Kugeln, die sich jeweils gerade in den Bereichen des kleinen Ellipsendurchmessers befinden. Der Zweck dieser Massnahme ist es, einen stossfreien Ein- und Auslauf der Kugeln in bzw. aus der schraubenförmigen Nut in den Bereichen der grossen Ellipsendurchmesser zu erhalten und auch einen stossfreien Durchlauf der Kugeln durch die mit den Bereichen grossen Ellipsendurchmessers zusammenfallenden Schlitzbereiche.

Nachteilige Folge dieser Massnahme ist aber, dass bei vorgegebener Axiallast die Flächenpressung zwischen der reduzierten Zahl von tragenden Kugeln und den Nuten des Mutternkörpers

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bzw. den Gewindegängen der Spindel entsprechend gross ist. Anders ausgedrückt: um bei gegebener Axiallast eine bestimmte Flächenpressung einzuhalten, muss der Kugelumlauf-Spindelantrieb und insbesondere der Mutternkörper in seinen Bauabmessungen vergrössert werden, um eine ausreichende Anzahl von Kugeln in den Bereichen des kleinen Ellipsendurchmessers zum Tragen zu bringen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kugelum-lauf-Spindelantrieb der eingangs bezeichneten Art anzugeben, der es erlaubt, eine vorgegebene Axialkraft unter Einhaltung einer vorbestimmten Flächenpressung mit einer verringerten Anzahl von Kugeln in der schraubenförmigen Nut zu übertragen und dabei gleichzeitig das Auftreten von Stössen beim Durchgang der Kugeln durch den Schlitzbereich weitgehend zu unterdrücken. Anders ausgedrückt kann die Aufgabe auch dahin verstanden werden, mit einer vorgegebenen Anzahl von Kugeln in der schraubenförmigen Nut bei Einhaltung einer vorbestimmten Flächenpressung eine grössere Axialkraft übertragen zu können oder bei vorgegebener Axialkraft und vorgegebener Anzahl von Kugeln die Flächenpressung zu reduzieren, wobei immer auch wieder die Forderung bestehen bleibt, dass Stösse am Durchgang der Kugeln durch den Ausgleichsschlitz weitgehend vermieden werden. Die Forderung nach Reduzierung der Gesamtzahl der Kugeln in der schraubenförmigen Nut ist gleichbedeutend mit der Forderung nach Verminderung der Bauabmessungen des Kugelumlauf-Spindelantriebes und insbesondere des Mutternkörpers.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass eine die Rundheit des Mutternkörpers gewährleistende Spannvorrichtung vorgesehen ist, welche im wesentlichen alle in der schraubenförmigen Nut des Mutternkörpers befindlichen Kugeln zum Tragen bringt, und dass nur an den Einmündungen dieser Nut in den Ausgleichsschlitz der Nutquerschnitt ausgerundet ist.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass durch die Ausrundung des Nutquerschnitts an den Einmündungen in den Ausgleichsschlitz die Stösse der Kugeln beim Durchgang durch die Ausgleichsnut weitgehend vermieden werden können, obwohl die Kugeln unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Ausgleichsschlitz tragende Kugeln sind. Überraschend ist diese Erkenntnis insofern, als man es ausweislich der durch die US-PS 2694942, aber auch durch die sehr viel ältere US-PS 888619 und die jüngere US-PS 3 577 796 belegten Entwicklungsgeschichte bis zum Anmeldungstag geradezu ängstlich vermieden hat, Kugeln über einen Ausgleichsschlitz endlicher Breite hinweglaufen zu lassen. Nach der bereits im Jahre 1908 veröffentlichten US-PS 888 619 wurde der im Hinblick auf die Herstellung des Rückführkanals längsgeteilt ausgeführte Mutternkörper starr, d. h. ohne Ausgleichsschlitz zusammengehalten, so dass auf solche Weise die Notwendigkeit des Überlaufs der Kugeln über einen Ausgleichsschlitz endlicher Breite vermieden wurde, andererseits aber auch nicht die Möglichkeit der Erzeugung einer echten Ringspannung in dem Mutternkörper besteht, welche für das axiale Tragen der Kugeln in beiden Belastungsrichtungen und für ein spielfreies Verhalten beim Lastrichtungswechsel verantwortlich ist. Die US-PS 3 577796, veröffentlicht am 14. Mai 1971, zeigt, dass man noch kurz vor der Erfindung versucht hat, Stösse beim Durchgang der Kugeln durch den Ausgleichsschlitz zu vermeiden, dass man die Kugeln gar nicht mehr über den Ausgleichsschlitz hinweglaufen liess, sondern nach jeweils einem halben Umlauf durch einen besonderen Rückführkanal zurückführte. Diese Lösung ist aber fertigungstechnisch und montagetechnisch äusserst aufwendig und führt zu grossen Abmessungen des Mutternkörpers.

Aus der DE-AS 1128714 ist schliesslich ein Kugelumlauf-Spindelantrieb bekannt, welcher keine Kugelrückführung und deshalb keine endlos umlaufenden Kugeln aufweist, jedoch mit der Erfindung insofern vergleichbar ist, als der Mutternkörper

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axiale Schlitze aufweist und durch einen Gewindespannring mit konischer Spannfläche zur Einwirkung auf eine Gegenspannflä-che des Mutternkörpers in radialer Richtung spannbar ist. Bei dieser Ausführungsform ist aber zur stossfreien Überführung der Kugeln über die von den Schlitzen angeschnittenen Bereiche der schraubenförmigen Nut eine Drahtwendel vorgesehen, auf welcher die Kugeln laufen, so dass sie mit den Verschneidungen der schraubenförmigen Nut und der Schlitze überhaupt nicht in Berührung kommen. Diese Ausführung zeigt also einmal mehr die Ablehnungshaltung, welche in der Fachwelt gegen die erfin-dungsgemäss beschrittene Primitivstlösung bestanden hat, dass man die Kugeln in einem belasteten Bereich über den Schlitz einfach hinweglaufen lässt und unerwünschte Stösse einfach durch die Ausrundung vermeidet.

Die Spannvorrichtung nach der Erfindung kann mit einer konischen Spannhülse ausgeführt sein, welche auf die komplementärkonische äussere Umfangsfläche des Mutternkörpers durch axiale Spannmittel aufpressbar ist.

Dabei können an der Spannhülse im Bereich des verengten Endes axial verstellbare Anschlagmittel für den Mutternkörper vorgesehen sein.

Eine Alternative zu dieser Spannvorrichtung baut darauf auf, dass die Spannvorrichtung eine geschlitzte Spannhülse mit Schlitz überbrückenden Spanngliedern aufweist, und sieht vor, dass die im wesentlichen kreisringförmige Spannhülse einseitig geschlitzt ist.

Fertigungstechnisch besonders einfach ist eine Lösung, bei welcher der oder die Ausgleichsschlitze in dem Mutternkörper längs Mantellinien verlaufen. Andererseits mag es im Hinblick auf die verringerte Gefahr einer Tragzahlminderung in einem bestimmten Umfangsbereich auch von Vorteil sein, wenn der oder die Ausgleichsschlitze in dem Mutternkörper schräg oder spiralförmig zur Mutterachse verlaufen.

Für die Erzielung einer definierten Anlage der Kugeln an den beiden Flanken des jeweiligen Gewindegangs bzw. Nutquerschnitts im Sinne eines Tragens in beiden Richtungen und im Sinne einer Verminderung von Spiel beim Lastrichtungswechsel ist es möglich, dass die Nuten von Spindel und gegebenenfalls Mutternkörper im Querschnitt etwa die Form eines Spitzbogens aufweisen, dessen Bogenteile als Kreisbögen mit einem gegenüber dem Kugelradius grösseren Radius augebildet sind.

Im Hinblick auf eine Vereinfachung der Fertigung und eine Vermeidung von Unrundheit ist es für die Herstellung des Rückführkanals vorteilhaft, wenn der Rückführkanal für die Kugeln in der Ebene des Ausgleichs liegt.

Der erfindungsgemässe Kugelumlauf-Spindelantrieb ist vor allem zur Verwendung für Vorschübe von Präzisionswerkzeugmaschinen geeignet, weil er bei kleiner Baugrösse, geringer Flächenpressung an den Kugeln und grosser axialer und radialer Belastbarkeit einen vibrationsfreien und ratterfreien Vorschub gewährleistet und ein Umkehrspiel bei einem Wechsel der Vorschubrichtung ausschaltet. Die erfindungsgemäss erreichbare Verringerung der Bauabmessungen, insbesondere auch in Längsrichtung des Mutternkörpers, ist für diesen Anwendungsfall von besonderer Bedeutung, wobei hinzukommt, dass axial kurze Mutternkörper weniger empfindlich gegenüber Steigungsfehlern der Spindel sind und eine geringere Elastizität in Axialrichtung besitzen.

Für die Erzielung optimaler Rundheit des Mutternkörpers und damit gleichmässiger Kugeltragung über den ganzen Muttern-körperumfang kann das Vorhandensein mehrerer Ausgleichsschlitze gelegentlich vorteilhaft sein.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschlitz durch eine Spindel, einen Mutternkörper sowie eine letzteren umgebende geschlitzte Hülse;

Fig. 2 einen Querschnitt gemäss der Linie II-II in Fig. 1 ;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Spindel, einen Mutternkörper mit konischer Aussenmantelfläche sowie eine Hülse mit konischer Innenmantelfläche;

Fig. 4 einen Querschnitt gemäss der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 4 im Bereich des Kugelkanals und des Ausgleichsschlitzes;

Fig. 6 einen vergrösserten Ausschnitt aus Fig. 3 im Bereich eines Kugelkanals;

Fig. 7 einen Querschnitt durch einen Spindelantrieb gemäss den Fig. 3 bis 6 im Bereich des Spindelhülsenendes;

Fig. 8 einen Schnitt gemäss der Linie VIII-VIII in Fig. 7;

Fig. 9 einen Schnitt gemäss der Linie IX-IX in Fig. 7;

Fig. 10 eine Darstellung gemäss Fig. 7 eines anderen Ausführungsbeispieles;

Fig. 11 einen Schnitt gemäss der Linie XI-XI in Fig. 7;

Fig. 12 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel eines Spindelantriebes;

Fig. 13 einen Schnitt gemäss der Linie XIII-XIII in Fig. 12;

Fig. 14 einen Schnitt gemäss der Linie XIV-XIV in Fig. 12;

Fig. 15 und 16 Ansichten von Spindelhülsen mit unterschiedlichen Ausgleichsschlitzen;

Fig. 17 einen Querschnitt gemäss der Linie XVII-XVII in Fig. 16;

Fig. 18 einen Längsschlitz etwa entsprechend Fig. 1 mit einem geschlitzten Schraubring als axiale Sicherung der Spindelmutter;

Fig. 19 eine Ansicht des Schraubringes der Fig. 18 in Richtung des Pfeiles XIX;

Fig. 20 einen Längsschnitt etwa entsprechend Fig. 1 mit einem Flanschdeckel zur axialen Sicherung der Spindelmutter;

Fig. 21 eine Ansicht des Flanschdeckels von Fig. 20 in Richtung des Pfeiles XXI;

Fig. 22 eine Spindelmutter mit mehreren in Umfangsrichtung versetzten Einsätzen zur Kugelumlenkung;

Fig. 23 eine Ergänzung zu Fig. 5.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kugelumlauf-Spindelan-trieb umfasst im wesentlichen eine Spindel 2, eine Spindelmutter mit Mutternkörper 4 und eine den Mutternkörper umgebende Hülse 6. Die Spindel 2 ist mit einem Aussengewinde 8 des Mutternkörpers 4 mit einem Innengewinde 10 gleicher Steigung versehen. Das Aussengewinde 8 und das Innengewinde 10 ergänzen sich zusammen zu einem die Spindel schraubenlinien-förmig umgebenden Kugelkanal 12, welcher in bekannterWeise mit Kugeln 14 zur Übertragung von Axialkräften zwischen Spindel und Spindelmutter gefüllt sind.

Der Mutternkörper 4 ist innerhalb der Hülse 6 in axialer Richtung einerseits durch den an der Hülse ausgebildeten Anschlagbund 16, andererseits durch einen Sicherungsring 18 gesichert, welcher in eine in der Hülse 6 ausgebildeten Nut 20 einrastbar ist.

Wie insbesondere Fig. 2 zeigt, ist die Hülse 6 in Längsrichtung durchgehend geschlitzt. Der sich ergebende Längsschlitz 22 wird beispielsweise von zwei Schrauben 24 überbrückt, welche durch Bohrungen 26 in dem in Fig. 2 links des Längsschlitzes 22 befindlichen Hülsenteils hindurchragen und in Gewindelöcher 28 rechts des Längsschlitzes 22 einschraubbar sind. Die Schraubenköpfe 30, welche beispielsweise mit einem Innensechskant 32 versehen sind, legen sich jeweils gegen an der Hülse 6 ausgearbeitete Absätze 34 an. Durch Drehen der Schrauben 24 kann die Hülse 6 zusammengespannt und dadurch den relativ dünnwandigen Mutternkörper 4 eingeengt werden. Dadurch werden die Kugeln 14 gegen die Flanken der Nut 10 bzw. der Nut 8 gedrückt und j egliches Spiel ausgeglichen, wie weiter hinten noch genauer dargestellt wird.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, welches wiederum eine Spindel 36, einen Mutternkörper 38 sowie eine diesen umgebende Hülse 40 umfasst. Der Mutternkörper 38 weist eine konische Aussenmantelfläche 42 auf, die Hülse 40 eine entsprechende konische Innenmantelfläche 44. Das Aussengewinde 46 der

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Spindel 36 sowie das Innengewinde 48 des Mutternkörpers 38 bilden den Kugelkanal 50, welcher mit Kugeln 52 gefüllt ist.

An die konische Innenmantelfläche 44 schliessen sich an den Hülsenenden jeweils zylindrische Abschnitte 54,56 an, welche mit jeweils einem Innengewinde 58,60 versehen sind. In diese Innengewinde sind Schraubringe 62,64 bis zur Anlage am Mutternkörper 38 einschraubbar. Mit Hilfe dieser Schraubringe ist die axiale Lage des Mutternkörpers 38 in der Hülse 40 und damit der Grad der Einengung des Mutternkörpers veränderbar. Um beispielsweise ein Spiel im Spindelantrieb nachzustellen oder eine Vorspannung zu erreichen, wird der Schraubring 64 gelöst und der Mutternkörper 38 durch Nachziehen des Schraubringes 62 weiter in die Hülse 40 hineingeschoben und dadurch weiter eingeengt. Wenn Spielfreiheit bzw. die gewünschte Vorspannung erreicht sind, wird der Schraubring 64 wieder bis zur Anlage am Mutternkörper 38 gebracht, so dass sich die Einstellung nicht mehr verändern kann. Wird z.B. ein Konuswinkel von 1:50 und für die Gewinde 58,60 eine Steigung von2mm gewählt, so wird der Durchmesser des Mutternkörpers 38 bei einer Umdrehung der Schraubringe 62,64 um 0,04 mm verändert (je nach Drehrichtung verengt oder erweitert).

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, sind die Schraubringe 62,64 jeweils mit einem Innenabsatz 66,68 versehen in den jeweils ein Dichtring 70,72 eingesetzt ist. Die Dichtringe reichen bis zur Spindel 36 und dichten auf diese Weise das Innere des Mutternkörpers 38 nach aussen ab, so dass keine Späne, Schmutz oder dgl. eindringen können.

Wie insbesondere aus Fig. 4 hervorgeht, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Mutternkörper 38 mit einem beispielsweise längs einer Mantellinie verlaufenden Ausgleichsschlitz 74 versehen. Auf diese Weise lässt sich auch ein relativ dickwandiger Mutternkörper mit geringen Kräften in seinem Durchmesser einengen und damit ein Spielausgleich bzw. eine Vorspannung erzielen. Wie weiter aus Fig. 4 hervorgeht, weist der Ausgleichsschlitz 74 im Querschnitt gesehen einen erweiterten Bereich auf, welcher als Rückführkanal 76 für die Kugeln vom Auslauf des Kugelkanals 50 an einem Stirnende zu dessen Einlauf am anderen Stirnende dient.

Wie insbesondere der vergrösserte Ausschnitt in Fig. 5 zeigt, kann der Rückführkanal 76 radial nach aussen mit einengenden Rändern 78 versehen sein, welche ein Herausfallen der Kugeln 52 auch dann verhindern, wenn die Hülse 40 noch nicht montiert ist.

Um zu gewährleisten, dass die Kugeln 52 den Ausgleichsschlitz 74 weitgehend stossfrei passieren, ist das Innengewinde 48 des Mutternkörpers 38 im Bereich dieses Ausgleichsschlitzes mit Ausrundungen 80 versehen. Die Ausrundungen sind vorzugsweise über dem ganzen Gewindegangquerschnitt ausgebildet, in jedem Fall jedoch im Bereich der Berührung zwischen Kugeln und Gewindeflanken.

Von wesentlicher Bedeutung ist die Form der Nut von Spindel und Mutternkörper. Wie in Fig. 6 erkennbar ist, weisen die Nutgänge der Spindel 2 bzw. 36 sowie des Mutternkörpers 4 bzw. 38 jeweils etwa die Form eines Spitzbogens auf, dessen beide Bogenteile als Kreisbögen mit einem gegenüber dem Kugelradius grösseren Radius ausgebildet sind. Diese Formgebung gewährleistet, dass jede Kugel 14 bzw. 52 jeden Nutgang mit zwei Punkten 82 bzw. 84, d. h. also an beiden Flanken berührt. Bei spielfreier Einstellung zwischen Spindel und Kugeln einerseits bzw. Kugeln und Mutternkörper andererseits ist damit sichergestellt, dass jede der Kugeln Kräfte in beiden Vorschubrichtungen überträgt. Die Flanken der Nutgänge von Spindel und Mutternkörper sind im Bereich der Berührungspunkte 82 bzw. 84 mit den Kugeln etwa 45" zur Spindelachse geneigt. Die Berührungspunkte liegen etwa auf 45° Breitenkreisen 86,87 zu einer parallel zur Spindelachse liegenden Äquatorialebene 88.

Fig. 6 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es sind jedoch auch andere Formen der Nutgänge denkbar, beispielsweise mit im Querschnitt geradliniger Flankenform.

Fig. 7 bis 9 zeigen in verschiedenen Darstellungen einen Spindelantrieb im Bereich eines Spindelmutterendes, wo der 5 Übergang vom letzten Gang des Kugelkanals 50 zum Rückführkanal 76 stattfindet. Dieser Übergang wird durch ein Umlenkstück 90 gebildet, welches mit dem Mutterngetriebe einstückig oder, wie in den Fig. 7 bis 9 dargestellt, als gesondertes Einsatzstück ausgebildet sein kann. Dieses Umlenkstück enthält einen io gekrümmten Kanal 92, welcher den Anschluss vom Kugelkanal 50 zum Rückführkanal 76 herstellt. Ein in den aus dem Mutternkörper herauslaufenden Nutgang 94 der Spindel 36 hineinragender Fortsatz 96 gewährleistet eine stossfreie Umlenkung der Kugeln 52 aus dem Kugelkanal 50 in den gekrümmten Kanal 92. 15 Bei umgekehrter Vorschubrichtung dient das Umlenkstück 90 dazu, die Kugeln 52 vom Rückführkanal 76 in den Kugelkanal 50 überzuleiten. Um den Übergang der Kugeln vom Kugelkanal 50 in den gekrümmten Kanal 92 oder umgekehrt möglichst stossfrei zu bewerkstelligen, ist der Übertrittsquerschnitt des Kugelkanals 20 mit einer Ausrundung 98 versehen. Damit die Einengung bzw. Ausdehnung des Mutternkörpers 38 nicht behindert wird, kann . das Umlenkstück 90 in Flucht mit dem Ausgleichsschlitz 74 geteilt sein oder es hat einseitig Spiel im Schlitz des Mutternkörpers 38; es kann aber auch das Umlenkstück aus einem leicht 25 deformierbaren Werkstoff, z. B. Kunststoff, hergestellt sein. Natürlich muss dann der gekrümmte Kanal 92 im Umlenkstück 90 gegenüber dem Kugeldurchmesser so überdimensioniert sein, dass auch bei der stärksten Zusammendrückung des Umlenkstücks 90 die Kugeln noch passieren können. Diese Forderung 30 gilt natürlich auch für den Rückführkanal 76, wie in Fig. 5 dargestellt. Es sei noch erwähnt, dass am anderen Ende des Mutternkörpers 38 ein entsprechendes Umlenkstück angeordnet ist, welches je nach Vorschubrichtung den Einlauf oder Auslauf der Kugeln aus dem Kugelkanal 50 steuert.

35 Die Fig. 10 und 11 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel für die Einrichtungen zur Umlenkung der Kugeln aus dem Kugelkanal 50 in den Rückführkanal 176. Zu diesem Zweck ist in dem Mutternkörper 138 ein Umlenkröhrchen 100 eingebettet, welches mit einem löffelartigen Fortsatz 102 in den letzten, aus dem 40 Mutternkörper 138 herauslaufenden Nutgang 104 hineinreicht. Diese Umlenkröhrchen können entweder kurz ausgeführt sein, so dass sie nur die Verbindung zwischen dem Kugelkanal 50 und dem Rückführkanal 176 bilden. Sie können jedoch auch, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel so lang sein, dass sie den 45 ganzen Rückführkanal 176 auskleiden. In diesem Falle sind beispielsweise zwei Röhrchen vorgesehen, welche jeweils von einem Spindelmutterende bis zur Mitte der Spindelmutter reichen. Damit die Ausgleichsbewegung des Mutternkörpers bei der Spieleinstellung nicht behindert wird, zieht sich der Aus-50 gleichsschlitz 174 auch durch die Röhrchen hindurch. Eine andere Möglichkeit ist, die Röhrchen mit seitlichem Spiel gegenüber dem Schlitz 176 oder elastisch auszuführen mit dem notwendigen Übermass des Innendurchmessers gegenüber dem Kugeldurchmesser.

55 Die Fig. 12 bis 14zeigen ein Ausführungsbeispiel, welches sich von den vorangehenden Ausführungsbeispielen im wesentlichen durch die Ausbildung der Spindelmutter, insbesondere der Einrichtungen zur Rückführung der Kugeln, unterscheidet. Der Mutternkörper 238 ist mit einem gegenüber den vorher beschrie-60 benen Ausführungsbeispielen wesentlich breiteren Ausgleichsschlitz 274 versehen. In diesen ist ein über die ganze Länge des Mutternkörpers 238 gehendes Einsatzstück 110 eingesetzt. Dieses ist mit mehreren, im wesentlichen in Umfangsrichtung verlaufenden Rückführkanälen 112 versehen, von denen in Fig. 12 nur 65 einer dargestellt ist. Die Anzahl der Rückführkanäle entspricht der Anzahl der innerhalb des Mutternkörpers 238 verlaufenden Nutgänge, deren jeder mit Hilfe der Rückführkanäle zu einem geschlossenen Kugelkreislauf verbunden wird.

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Fig. 13 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XIII-XIII der Fig. 12. Daraus ist ersichtlich, wie die Kugeln 52 durch den Rückführkanal 112 über den zwischen den beiden Nutgängen 114,116 angeordneten Steg 118 geführt werden. Fig. 14 zeigt einen Schnitt entlang der Linie XIV-XIV in Fig. 12. Sie zeigt den Querschnitt eines Rückführkanals 112 und lässt insbesondere auch erkennen, dass der Rückführkanal radial nach aussen offen, aber so weit eingeengt ist, dass die Kugeln 52 nicht herausfallen können. Das Einsatzstück kann zum Zwecke der Spieleinstellung aus einem elastischen Werkstoff, beispielsweise aus Kunststoff, ausgebildet oder mit seitlichem Spiel in den Schlitz 274 eingelegt sein. Alternativ zur in Fig. 14 dargestellten Ausführungsform können die Rückführkanäle 112 auch nach innen offen und nach aussen geschlossen sein. Eine weitere Variante dieses Ausführungsbeispiels ist, das Einsatzstück nicht einstückig auszuführen, sondern für jeden Rückfuhrkanal ein eigenes Einsatzstück vorzusehen . Diese werden dann vorzugsweise über den Umfang verteilt angeordnet, um eine Tragzahlminderung an einer Stelle des Umfanges zu vermeiden. Bei dieser Variante erfolgt die Spieleinstellung über einen zusätzlichen schmalen Schlitz oder eine dünnwandige Mutter, die im Durchmesser eingeengt wird. Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Fig. 22 beschrieben.

Ein Mutternkörper mit einem einzigen längs einer Mantellinie verlaufenden Ausgleichsschlitz stellt die fertigungstechnisch einfachste Ausführungsform dar. Es kann jedoch aus Funktionsgründen von Vorteil sein, andere Ausführungen des oder der Ausgleichsschlitze vorzusehen. Fig. 15 zeigt einenMuttemkör-per 338 in einer Ansicht, bei der der Ausgleichsschlitz 374 schräg zur Achse des Mutternkörpers angeordnet ist. Dadurch ergibt sich gegenüber einem längs einer Mantellinie geschlitzten Mutternkörper eine geringere radiale Federung und damit eine geringere Tragzahlminderung. Auch dieser Ausgleichsschlitz kann wiederum mit einer Erweiterung versehen sein, welche als Rückführkanal 376 dient, wie gestrichelt dargestellt ist.

Fig. 16 zeigtin einer Ansicht einen Mutternkörper438 mit mehreren spiralförmig angeordneten Ausgleichsschlitzen 474, von denen einer zum Zwecke der Rückführung der Kugeln wiederum zu einem Rückführkanal 476 erweitert sein kann. Ein Querschnitt durch einen derartigen Mutternkörper 438 ist in Fig. 17 dargestellt. Die Ausgleichsschlitze 474 sind gleichmässig über den Umfang des Mutternkörpers verteilt. Jeder Ausgleichsschlitz ist mit Ausrundungen 480 zur Gewährleistung eines stossfreien Übertritts der Kugeln über die Ausgleichsschlitze versehen. Der in Fig. 17 obere Ausgleichsschlitz ist im Querschnitt gesehen mit einer Erweiterung versehen, welche als Rückführkanal 476 für die Kugeln dienen kann. Die Umlenkstücke für den Übertritt der Kugeln aus den Kugelkanälen in die Rückführkanäle kann beispielsweise wie in den Fig. 7 bis 11 ausgebildet sein und ist deshalb nicht näher dargestellt. Die Anordnung von mehreren Ausgleichsschlitzen kann von Vorteil sein, da eine bessere Rundheit des Mutternkörpers bei allen Einengungszuständen gewährleistet ist.

Fig. 18 zeigt eine Anordnung, welche im wesentlichen der in Fig. 1 dargestellten entspricht, mit einer Spindel 2, einer Spindelmutter mit Mutternkörper 4 und einer den Mutternkörper umgebende Hülse7. Im Unterschied zu Fig. 1 ist die axiale Sicherung des Mutternkörpers gegen eine Verschiebung nach rechts durch einen Schraubring 9 gewährleistet, welcher mit einem Aussengewinde 11 in ein in der Hülse 7 ausgebildetes Innengewinde 13 einschraubbar ist, bis er am Mutternkörper 4 anliegt.

Fig. 19 zeigt eine Ansicht des Schraubringes 9 in Richtung des Pfeiles XIX. Der Schraubring ist an einer Stelle mit einem Schlitz 15 versehen, welcher es erlaubt, dass der Schraubring eine Einengungsbewegung der Hülse 7 mitmacht.

Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in den Fig. 20 und 21 dargestellt. Zur Sicherung des mit der Spindel 2 zusammenwirkenden Mutternkörpers 4 in axialer Richtung wird gegen die Stirnseite 17 der geschlitzten Hülse 19 ein Flanschdeckel 21 mittels Schrauben 23 geschraubt, welcher sich mit einem axialen Bund 25 gegen den Mutternkörper legt. Ein Schlitz 27 erlaubt dem Flanschdeckel 21 ein Mitmachen der Einengungsbewegung der Hülse 19. Der Flanschdeckel 21 wird vorzugsweise so befestigt, dass der Schlitz 27 mit dem Schlitz der Hülse fluchtet.

Fig. 22 zeigt einen Mutternkörper 538, welcher etwa vier vollständige Nutgänge 500,502,504 und 506 umgibt. Die Kugeln 508 werden nach je einem Umlauf wieder vom Ende eines Nutganges in den Anfang desselben zurückgeführt. Dazu dienen mehrere Einsätze 510,512,514, welche in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sind. Die versetzte Anordnung verhindert eine zu hohe Tragzahlminderung, da ein Mittenversatz zwischen Spindel 2 und Mutternkörper 538 vermieden wird und die Kugeln 508 somit über den gesamten Umfang gleichmässig belastet werden. Die Spieleinstellung des Spindelantriebs erfolgt beispielsweise durch Einengen des Mutternkörpers, der zu diesem Zweck mit einem Ausgleichsschlitz 516 versehen ist, welcher durch die für die Aufnahme eines Einsatzes, z. B. 512, eingefräste Öffnung 518 in dem Mutternkörper 538 verlaufen kann. Die Öffnungen 520,522 zur Aufnahme der Einsätze 510,514 stehen mit der Öffnung nicht in Verbindung. Wie Fig. 22 zeigt, ist der Einsatz512 mit Spiel in Umfangsrichtung in der Öffnung 518 eingesetzt, um eine Einengung des Mutternkörpers nicht zu behindern.

Der erfindungsgemässe Kugelumlauf-Spindelantrieb kommt beispielsweise so zum Einsatz, dass die Spindel 2 drehbar gelagert und die Spindelmutter am Drehen gehindert und mit einem zu verschiebenden Bauteil verbunden ist. Die Verschiebung wird durch Drehen der Spindel bewirkt.

Die Fig. 23 zeigt einen Nachtrag zur Fig. 5. Es ist dort dargestellt, dass sich die Ausrundungen 80 am Nutenboden 49 gemessen, über einen Winkelbogen a erstrecken, welcher kleiner ist als der Radius r der Kugeln 52.

Ausserhalb des Bereiches des Ausgleichsschlitzes 74 und der Ausrundungen 80 ist die Nut 48 des Mutternkörpers auch dann, wenn dieser Mutternkörper 38 unter Spannung steht, in Eingriff mit den Kugeln 52, oder anders ausgedrückt, die Kugeln 52 haben ausserhalb des Bereichs der Ausgleichsschlitze 74 und der Ausrandungen 80 in den Kugelkanälen 50 kein Spiel in axialer Richtung. Dies bedeutet, dass sämtliche Kugeln, mit der Ausnahme solcher, die sich gerade im Bereich des Schlitzes 74 oder den Ausrundungen 80 befinden, in axialer Richtung kraftübertragend im Einsatz sind. Dies wird dadurch erreicht, dass die Nut 48, auch wenn der Mutternkörper 38 unter Spannung steht, einer Zylinderfläche folgt, welche durch den Radius des Nutenbodens 49 bestimmt ist.

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Claims

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1. Kugelumlauf-Spindelantrieb mit einer Spindel und einer Spindelmutter, zu der ein einziger Mutternkörper gehört, welcher eine durch eine Nut der Spindel zu einem schraubenförmigen Kugellaufkanal ergänzte innere schraubenlinienförmige Nut aufweist, in welchem Kugellaufkanal eine Schar von endlos umlaufenden, axial in beiden Richtungen tragenden Kugeln aufgenommen sind, wobei jede dieser Kugeln jede der beiden Nuten in zwei Berührungspunkten berührt, wobei an der Spindelmutter mindestens eine Rückführung angebracht ist und der Mutternkörper mindestens einen ihn in Längsrichtung durchschneidenden, von seiner schraubenlinienförmigen Nut angeschnittenen und von den Kugeln überlaufenen, durch eine Spannvorrichtung veränderbaren Ausgleichsschlitz aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Rundheit des Mutternkörpers (4,38) gewährleistende Spannvorrichtung (6,40,62) vorgesehen ist, welche im wesentlichen alle in der schraubenlinienförmigen Nut des Mutternkörpers befindlichen Kugeln (14,52) zum Tragen bringt, und dass nur an den Einmündungen dieser Nut (10,48) in den Ausgleichsschlitz (5,74) der Nutquerschnitt abgerundet ist (bei 7, 80).

2. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung (40,62) eine innen konische Spannhülse (40) umfasst, welche auf die komplementärkonische äussere Umfangsfläche (42) des Mutternkörpers (38) durch axiale Spannmittel (62) aufgepresst ist.

3. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Spannhülse (40) im Bereich des verengten Endes axial verstellbare Anschlagmittel (64) für den Mutternkörper (38) vorgesehen sind.

4. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannmittel und die Anschlagmittel je aus einem Schraubring (62,64) bestehen , der in einen zugehörigen, mit Innengewinde versehenen Endteil der Spannhülse (40) eingeschraubt ist, wobei vorzugsweise jeder dieser Schraubringe (62,64) mit einem Innenabsatz (66,68) versehen ist, in welchem ein Dichtring (70,72) zur Abdichtung des Mutternkörpers (38) gegenüber der Spindel (36) aufgenommen ist.

5

5. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mutternkörper (4) eine zylindrische Aussenmantelfläche aufweist, dass er von einer mit wenigstens einem Längsschlitz (22) versehenen Hülse (6) mit einer entsprechenden zylindrischen Innenmantelfläche umgeben ist, die mittels den oder die Längsschlitze überbrückenden Schraubverbindungen (24) in ihrem Durchmesser veränderbar ist, und dass Mittel zur axialen Fixierung des Mutternkörpers in der Hülse vorgesehen sind.

6. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur axialen Fixierung des Mut-ternkörpers durch zwei Sicherungsringe gebildet sind, welche in in die Innenmantelfläche der Hülse ausgebildete Nuten eingerastet sind.

7. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur axialen Fixierung des Mutternkörpers (4) durch einen an einem Ende der Hülse (6) fest angeordneten Anschlag (16) sowie einen im anderen Ende der Hülse eingesetzten Sicherungsring (18) gebildet sind.

8. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ausgleichsschlitze (74,174) in der Spindelmutter (38,138) längs Mantellinien verlaufen.

9. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ausgleichsschlitze (274,374) in dem Mutternkörper (238,338) schräg zur Spindelmutterachse verlaufen.

10

10. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ausgleichsschlitze (474) in dem Mutternkörper (438) längs einer Schraubenlinie um die Spindelmutterachse verlaufen.

11. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut des Mutternkörpers (4,38) und der Spindel (2,36) als Rinnen mit schräg zusammenlaufenden Flanken ausgebildet sind, auf denen die Kugeln (14, 52) mit jeweils zwei Berührungspunkten (82, 84) aufliegen.

12. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindegänge des Mutternkörpers (4,38,138,238,338,438) und der Spindel (2,36) im Querschnitt etwa die Form eines Spitzbogens aufweisen, dessen beide Bogenteile als Kreisbögen mit einem gegenüber dem Kugelradius grösseren Radius ausgebildet sind (Fig. 6).

13. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Flanken der Nuten des Mutternkörpers (4,38,138,238,338,438) und der Spindel (2,36) im Bereich der Berührungspunkte (82,84) mit den Kugeln etwa 45° zur Spindelachse geneigt sind (Fig. 6).

14. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Berührungspunkte (82, 84) der Kugeln (14,52) mit den Flanken der Nuten etwa auf 45°-Breitenkreisen (86,87) zu einer parallel zur Spindelachse liegenden Äquatorialebene (88) liegen (Fig. 6).

15

15. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Ausgleichsschlitze (74,174,374,474) in dem Mutternkörper im Querschnitt gesehen einen erweiterten B ereich aufweist .welcher als Rückführkanal (76, 176, 376, 476) für die Kugeln dient.

16. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erweiterte Bereich in radialer Richtung nach aussen und innen soweit verengt ist (74,78), dass die Kugeln (52) gegen Herausfallen gesichert sind (Fig. 5).

17. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Ausgleichsschlitze (274) in dem Mutternkörper (238) einen Einsatz (110) mit einem Rückführkanal und/oder Umlenkkanälen für die Kugeln aufnimmt, wobei dieser Rückführkanal radial nach aussen oder radial nach innen offen sind.

18. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach aussen oder innen weisenden Öffnungen (120) des Rückführkanals (112) soweit verengt sind, dass die Kugeln (52) gegen Herausfallen gesichert sind.

19. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenk- und/oder die Rückführkanäle (176) für die Kugeln durch Führungsröhrchen (100) gebildet sind, welche in dem Mutternkörper (138) oder in einem Einsatz gelagert sind.

20

20. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut des Mutternkörpers (238) in eine Mehrzahl von Nutabschnitten unterteilt ist, von denen jeweils Anfang und Ende durch einen Rückführkanal (112) miteinander verbunden sind.

21. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut des Mutternkörpers (238) in eine der Zahl ihrer Gänge entsprechende Zahl von Nutabschnitten unterteilt ist.

22. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführkanäle in einem Einsatz(llO) angeordnet sind, der in einem sich über die Länge des Mutternkörpers (238) erstreckenden Schlitz (274) untergebracht ist.

23. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur axialen Fixierung des Mutternkörpers (4) wenigstens einen an einem Ende der Spindelmut-terin die Hülse (7) einschraubbaren, geschlitzten Schraubring (9) umfassen.

24. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur axialen Fixierung des Mut2

25. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer der Ausgleichsschlitze (74,174,374,474) an seinen Enden mit Umlenkstücken (90) zur Umlenkung der Kugeln von dem letzten Gewindegang in den Rückführkanal (76,176,376,476) bzw. umgekehrt versehen ist.

25

30

35

40

45

50

55

60

65

ternkörpers (4) einen an wenigstens einem Ende der Spindelmutter an die Stirnseite der Hülse (9) angeschraubten, gegen den Mutternkörper mit einer axialen Schulter (25) anliegenden Flanschdeckel (21) umfasst, der vorzugsweise geschlitzt ausgeführt ist.

26. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 22 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkstücke (90), die Führungsröhrchen (100) und/oder die Einsätze (110, 510,512,514) mit Spiel in Umfangsrichtung in den zugeordneten Mutternkörper eingesetzt sind.

27. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 17 bis 22 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkstücke (90), die Führungsröhrchen (100) und/oder die Einsätze (110, 510, 512, 514) aus einem elastischen Material bestehen.

28. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Ausrundungen (80) im Bereich des Innenbodens (49) über einen Bogen (a) erstrek-ken, welcher kleiner ist als der Durchmesser (2r) der Kugeln (52), vorzugsweise kleiner als der Halbmesser (r) der Kugeln (52).

29. Kugelumlauf-Spindelantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (52) ausserhalb des Bereiches der Ausgleichsschlitze (74) und der Ausrundungen (80) auf dem gesamten Umfang des Mutternkörpers von den Kugelkanälen (50) spielfrei aufgenommen sind.