DE10141996A1 - Kugelumlaufmutter - Google Patents

Kugelumlaufmutter

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Abstract

Kugelumlaufmutter, die wenigstens einen Innenzylinder (1) und ein Außengehäuse (2) aufweist, wobei der Innenzylinder (1) als Hohlkörper ausgebildet ist und aus Metall hergestellt ist, wobei der Innenzylinder (1) innen mit Gewinderillen (11) versehen ist, die dazu dienen, dass die Kugeln darin rollen, und wobei das Außengehäuse (2) außen am Innenzylinder (1) angebracht und aus Kunststoff hergestellt ist, damit der Innenzylinder (1) und das Außengehäuse (2) miteinander fest verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Kugelumlaufmutter gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die Kugelumlaufspindel hat seit langem auf die Industrie angewendet. Die herkömmliche Kugelumlaufspindel weist hauptsächlich eine Spindel, eine Kugelumlaufmutter und mehrere Schwungkugeln auf. Die Spindel ist außen mit einer Gewinderille versehen, während die Kugelumlaufmutter aus einer hohlzylindrischen Schraubenmutter und zum Kugelumlauf dienenden Bauelementen besteht. Die Schraubenmutter weist innen mit einer Gewinderille versehen, die der Gewinderille der Spindel entspricht, sodass die Gewinderillen der Spindel und der Schraubenmutter ineinander greifen. Die meisten Schwungkugeln befinden sich zwischen den Gewinderillen der Spindel und der Schraubenmutter und rollen innerhalb der Bauelemente, die zum Kugelumlauf dienen. Durch das Rollen der Kugeln dreht sich die Spindel in der Kugelumlaufmutter.
Die Schraubenmutter der oben erwähnten Kugelumlaufmutter ist völlig aus Metall hergestellt und braucht eine komplizierte Verarbeitung und eine Wärmebehandlung. Außerdem sind die zum Kugelumlauf dienenden Bauelemente schwierig herstellbar, wodurch die Herstellungskosten erheblich erhöht sind. Daher gilt die Kugelumlaufspindel als teueres Übertragungselement und kann nicht populär angewendet werden.
Von daher ist es Aufgabe der Erfindung, die oben erwähnten Mängel zu beseitigen und eine Kugelumlaufmutter zu schaffen, die die in Ansprüchen 1 bis 24 angegebenen Merkmal besitzt.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Funktion der Kugelumlaufmutter der herkömmlichen Kugelumlaufspindel erneut reflektiert. Die Kugelumlaufmutter muss die Gewinderille haben, die der Gewinderille der Spindel entspricht. In der Gewinderille befinden sich die Kugeln, um die Kraft zu übertragen. Um eine unendliche Rollbewegung der Kugeln zu ermöglichen muss die Kugelumlaufmutter eine Struktur zum Kugelumlauf aufweisen. Die Herstellungskosten dieser Struktur sind sehr hoch, wenn sie mechanisch verarbeitet ist. Daher ist die vorliegende Erfindung durch Spritzguss hergestellt, um die Herstellungskosten zu reduzieren. Bei der Kugelumlaufmutter wird die Kraft über Kugeln übertragen, wobei der Kontakt zwischen der Kugel und der Gewinderille der Kugelumlaufmutter ein Quasipunktkontakt ist. Da die Kontaktfläche des Punktkontakts sehr gering ist und ein größere Beanspruchung auf den Mittelpunkt konzentriert ist, ist der Kontaktdruck auf dem Kontaktmittelpunkt sehr groß, sodass der die Belastung der Kugeln tragende Gewinderillenteil der Kugelumlaufmutter aus Metall oder anderen harten Materialien hergestellt ist, damit die Kugelumlaufmutter ursprüngliche Leistung aufweist und der die Belastung der Kugeln tragende Gewinderille der Kugelumlaufmutter erheblich belastbar ist.
Um die Herstellungskosten zu reduzieren und die Belastungsfähigkeit der Kugelumlaufmutter für die Kugeln nicht auffallend reduziert zu werden, benutzt die vorliegende Erfindung vorteilhaft die Kugelumlaufmutter aus Doppelmaterial. Der Innenteil mit Gewinderille ist aus Metall oder anderen harten Materialien hergestellt, weil sie mit der Kugel in Berührung steht und der Übertragung der Belastung dient. Der Außenteil wird im wesentlichen geringer belastet, sodass er aus Kunststoff hergestellt ist, um die Herstellungskosten zu reduzieren. Da der Kunststoff für den Spritzguss geeignet ist und einfache Herstellung aufweist, werden die Herstellungskosten erheblich reduziert.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nehmen; es zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Innenzylinders der Fig. 1;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht des Außengehäuses der Fig. 1;
Fig. 4 einen Teilschnitt längs der Linie A-A der Fig. 1;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht einer Rücklaufpreßplatte der Fig. 1;
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter;
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht des Innenzylinders der Fig. 6;
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des Außengehäuses der Fig. 6;
Fig. 9 eine perspektivische Ansicht einer Endkappe der Fig. 6;
Fig. 10 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter;
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht des Innenzylinders der Fig. 10;
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht des Außengehäuses der Fig. 10;
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter;
Fig. 14 eine perspektivische Ansicht des Innenzylinders der Fig. 13; und
Fig. 15 eine perspektivische Ansicht des Außengehäuses der Fig. 13.
In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter dargestellt. Die erfindungsgemäße Kugelumlaufmutter weist hauptsächlich einen aus Metall hergestellten Innenzylinder 1 und ein aus Kunststoff hergestelltes Außengehäuse 2 auf. Der Innenzylinder 1 ist als Hohlkörper ausgebildet und innen mit einer Gewinderille 11 versehen, in der die Schwungkugeln der Kugelumlaufmutter rollen. Der Außengehäuse 2 ist außen am Innenzylinder 1 angebracht. Die Verbindung zwischen dem Außengehäuse 2 und dem Innenzylinder 1 geschieht in der Weise, dass das Außengehäuse 2 direkt außen am Innenzylinder 1 durch Spritzguss gebildet ist oder die beiden mit Klebstoff in der Weise von Ultraschallwellen-Kleben miteinander verbunden sind. Um die Verbindungswirkung zwischen dem Innenzylinder 1 und dem Außengehäuse 2 ist der Innenzylinder 1 außen wellig (nicht gezeigt) ausgebildet, sodass ihre Verbindungsstärke verbessert wird. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass oben am Außengehäuse 2 eine Rücklaufpreßplatte 3 angeordnet ist, die mehrere Paßbohrungen 31 aufweist, durch die die Schrauben durchsteckbar sind, um die Rücklaufpreßplatte 3 und das Außengehäuse 2 zu verbinden. Die zusammengesetzte Kugelumlaufmutter besitzt in der Nähe der Gewinderille 11 des Innenzylinders 1 Kugelhemmstücke 261, die zur Verhinderung der entlang der Gewinderille 11 vorgenommenen Weiterbewegung von Kugeln dienen.
Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, dass der Innenzylinder 1 mehrere schmale Ausschnitte 12 aufweist, die entlang der Gewinderille 11 verläuft, damit die Ausschnitte 12 die Gewinderille 11 der Kugeln nicht stört. Das in Fig. 3 dargestellte Außengehäuse 2 weist mehrere Ausdehnungsstücke 26 auf, die den Ausschnitten 12 des Außengehäuses 2 entsprechen. Nach der Verbindung zwischen dem Außengehäuse 2 und dem Innenzylinder 1 werden die Ausdehnungsstücke 26 in die Ausschnitte 12 eingerastet, wobei die Kugelhemmstücke 261 aus der Gewinderille 11 herausragen, um das Durchgehen von Kugeln der Kugelumlaufspindel auszuschließen. Führungsflächen 262 sind vorgesehen, um die Kugeln derart zu führen, dass sich die Kugeln entlang der Führungsflächen 262 bewegen, wenn sie die Gewinderille 11 verlässt. Das Außengehäuse 2 weist oben mehrere Rücklaufkanäle 23 auf, durch die die Führungsflächen 262 der beiden Ausdehnungsstücke 26 miteinander verbunden sind, sodass die zwischen Gewinderillen 11 befindlichen Kugeln durch die Führungsflächen 262 zurücklaufen. Außerdem dienen die Schraublöcher 25 zur Verbindung der Rücklaufpreßplatte 3.
In Fig. 4 ist gezeigt, dass die Schrauben 5 durch die Paßbohrungen 31 durchgehen und in der Schraublöcher 25 befestigt sind, um die Rücklaufpreßplatte 3 und das Außengehäuse 2 zu verbinden. Nach der Verbindung der Rücklaufpreßplatte 3 und des Außengehäuses 2 sind die Führungsflächen 321 der Rücklaufpreßplatte 3 und die Rücklaufkanäle 23 des Außengehäuses 2 miteinander verbunden, um einen Kanal mit dem quasirunden Schnitt zu bilden, durch den die Kugeln durchgehen. Außerdem befindet sich die Schraublöcher 25 genau an Ausdehnungsstücken 26. Obwohl das Außengehäuse 2 aus Kunststoff hergestellt ist, ist der Gewindegang ausreichend lang, sodass die Befestigungskraft der Schrauben 5 genügend ist.
In Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung der Rücklaufpreßplatte der Fig. 1 dargestellt. Die Rücklaufpreßplatte 3 weist unten mehrere vorspringende Hemmstücke 32 auf, jede von denen eine gebogene Führungsfläche 321 für Kugeln besitzt, um der Rücklauf der Kugeln zu führen. Nach der Verbindung der Rücklaufpreßplatte 3 und des Außengehäuses 2 werden die Hemmstücke 32 in die Rücklaufkanäle 23 des Außengehäuses 2 eingerastet, wobei die Führungsflächen 321 für Kugeln und die Rücklaufkanäle 23 des Außengehäuses 2 zusammen einen Kanal bilden, der dem Rücklauf der Kugeln dient.
Fig. 6 stellt eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter dar. Bei dieser Ausführungsform dienen die beiden Endkappen des Innenzylinders 1 der Kugelumlaufmutter zum Rücklauf der Kugeln. Die Kugelumlaufmutter weist innen einen aus Metall hergestellten Innenzylinder 1 und außen ein aus Kunststoff hergestelltes Außengehäuse 2 auf, wobei das Außengehäuse 2 außen am Innenzylinder 1 angebracht ist. Das Außengehäuse 2 weist einen Flansch 21 auf, der Paßbohrungen 211 besitzt, durch die die Verbindung der Kugelumlaufmutter mit dem Außenmechanismus erleichtert ist. Das Außengehäuse 2 ist an beiden Enden mit je einer Endkappe 4 versehen. In Fig. 6 ist das Verhältnis zwischen dem Außengehäuse 2 und dem Innenzylinder 1 gezeigt. An der Endfläche des Außengehäuses 2 sind mehrere Fortsätze 24 angeordnet, jede von denen eine Rücklaufrille 241 aufweist, neben der eine Rücklaufbohrung 27 vorgesehen ist, durch die die Kugeln zurücklaufen. Die in der Gewinderille 11 befindlichen Kugeln können durch die Rücklaufrillen 241 der Fortsätze 24 und die Rücklaufbohrungen 27 an das andere Ende des Innenzylinders 1 gelangen.
Aus den Fig. 7 und 8 ist ersichtlich, dass der Innenzylinder 1 an Endflächen mit Einkerbungen 13 versehen ist, die an beiden Enden der Gewinderille 11 angeordnet sind und zur Reduzierung des Rücklaufraums der Kugeln dienen. Spielt die Verlängerung der Kugelumlaufmutter keine Rolle, können die Einkerbungen 13 erspart werden, um die Kosten der mechanischen Verarbeitung des Innenzylinders 1 zu verringern.
In Fig. 9 ist gezeigt, dass die Endkappe 4 mit Führungsrillen 41 versehen ist. Beim Zusammensetzen der Endkappe 4 und des Außengehäuses 2 ist die die Führungsrille 41 aufweisende Seite an der Endfläche des Außengehäuses 2 angebracht, wobei die Führungsrille 41 und die Rücklaufrille 241 des Außengehäuses 2 zusammen einen Rücklaufkanal für die Kugeln bilden.
Fig. 10 stellt eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter dar. Bei dieser Ausführungsform wird die Rücklaufrille 241 der Gewinderille 11 angewendet, damit die Kugeln bis zur benachbarten Gewinderille 11 zurücklaufen. Die Kugelumlaufmutter weist innen einen aus Metall hergestellten Innenzylinder 1 und außen ein aus Kunststoff hergestelltes Außengehäuse 2 auf, wobei das Außengehäuse 2 außen am Innenzylinder 1 angebracht ist, damit das Außengehäuse 2 und der Innenzylinder 1 miteinander fest verbunden sind.
Um die Struktur des Innenzylinders 1 und des Außengehäuses 2 zu veranschaulichen, sind in den Fig. 11 und 12 eine perspektivische Ansicht des Innenzylinders der Fig. 10 und eine perspektivische Ansicht des Außengehäuses der Fig. 10 dargestellt. Der Innenzylinder 1 ist mit Rücklaufbohrungen 14 versehen, jede von denen sich zwischen zwei benachbarten Gewinderillen 11 erstreckt, damit die Kugeln in der Gewinderillen 11 über die Rücklaufbohrungen 14 der Rücklaufrille 241 (siehe Fig. 10) an die benachbarten Gewinderillen 11 gelangen. Das Außengehäuse 2 weist innen mehrere Fortsätze 24 auf, die den Rücklaufbohrungen 14 des Innenzylinders 1 entsprechen, wobei jeder Fortsatz 24 eine Rücklaufrille 241 aufweist, deren Breite größer ist als der Durchmesser der Kugeln, damit die Kugeln über die Rücklaufrille 241 zurücklaufen. Die Fortsätze 24 sind Teile des Außengehäuses 2 und bestehen aus demselben Material wie das Außengehäuse 2.
Fig. 13 stellt eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelumlaufmutter dar. Bei dieser Ausführungsform wird der Fortsatz 24 angewendet, damit die Kugeln bis zur benachbarten Gewinderille 11 zurücklaufen. Der Fortsatz 24 besitzt wenigstens eine Rücklaufrille 241. Diese Kugelumlaufmutter weist innen einen aus Metall hergestellten Innenzylinder 1 und außen ein aus Kunststoff hergestelltes Außengehäuse 2 auf, wobei das Außengehäuse 2 außen am Innenzylinder 1 angebracht ist, damit das Außengehäuse 2 und der Innenzylinder 1 miteinander fest verbunden sind.
Um die Struktur des Innenzylinders 1 und des Außengehäuses 2 zu veranschaulichen, sind in den Fig. 14 und 15 eine perspektivische Ansicht des Innenzylinders der Fig. 13 und eine perspektivische Ansicht des Außengehäuses der Fig. 13 dargestellt. Der Innenzylinder 1 ist mit einer länglichen Nut 15 versehen, die im wesentlichen parallel zur Achse der Kugelumlaufmutter verläuft und sich über mehrere Gewinderillen 11 erstreckt. Das Außengehäuse 2 weist innen mehrere Fortsatz 24 auf, der der länglichen Nut 15 des Innenzylinders 1 entspricht, wobei der Fortsatz 24 eine Vielzahl von Rücklaufrillen 241 aufweist, damit die Kugeln über die Rücklaufrillen 241 der länglichen Nut 15 an die benachbarte Gewinderille 11 gelangen. Der Fortsatz 24 ist Teil des Außengehäuses 2 und bestehen aus demselben Material wie das Außengehäuse 2.
Bei den obigen Ausführungsformen besteht die Kugelumlaufmutter aus einem Innenzylinder und einem Außengehäuse. Der hohle Innenzylinder weist eine einfache Konfiguration und kann von einem Rohr hergestellt werden, während das Außengehäuse durch Spritzguss aus Kunststoff hergestellt ist, sodass die Herstellungskosten vielen niedriger als die der herkömmlichen Kugelumlaufmutter. Außerdem wird die Herstellungseffizienz erheblich erhöht, um die Massenproduktion zu erleichtern und somit die Herstellungskosten zu verringern.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Insbesondere wird der Schutzumfang der Erfindung durch die Ansprüche festgelegt.

Claims (24)

1. Kugelumlaufmutter, die wenigstens aufweist:
einen Innenzylinder (1), der als Hohlkörper ausgebildet ist und aus Metall hergestellt ist, wobei der Innenzylinder (1) innen mit Gewinderillen (11) versehen ist, die dazu dienen, dass die Kugeln darin rollen; und
ein Außengehäuse (2), das außen am Innenzylinder (1) angebracht und aus Kunststoff hergestellt ist, damit der Innenzylinder (1) und das Außengehäuse (2) miteinander fest verbunden sind.
2. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Innenzylinder (1) und dem Außengehäuse (2) durch Kunststoff-Spritzguss erfolgt.
3. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Innenzylinder (1) und dem Außengehäuse (2) durch Ultraschallwellen-Klebung erfolgt.
4. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (1) außen wellig ausgebildet ist.
5. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (2) außen mit einem Gewinde (22) versehen ist.
6. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (2) außen mit einem Flansch (21) versehen ist.
7. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (1) mit mehreren Ausschnitten (12) versehen ist, die entlang den Gewinderillen (11) verlaufen.
8. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (2) mit Ausdehnungsstücken (26) versehen ist, die zu den Ausschnitten (12) führt.
9. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausdehnungsstück (26) ein Kugelhemmstück (261) aufweist.
10. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (2) außen mit Rücklaufkanälen (23) versehen ist.
11. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Rücklaufkanäle (23) etwas größer ist als die Kugeln.
12. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (2) außen mit einer Rücklaufpreßplatte (3) versehen ist.
13. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufpreßplatte (3) durch Kunststoff-Spritzguss hergestellt ist.
14. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (1) mit Rücklaufbohrungen (14) versehen ist, durch die die benachbarten Gewinderillen (11) verbunden sind.
15. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (2) innen mit Fortsätzen (24) versehen ist, die sich in die Rücklaufbohrungen (14) erstrecken.
16. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (24) innen mit einer Rücklaufrille (241) versehen ist.
17. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (1) entlang seiner Achse mit einer länglichen Nut (15) versehen ist.
18. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (2) innen mit Fortsätzen (24) versehen ist, jeder von denen sich in die längliche Nut (15) erstreckt.
19. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortsätze (24) innen mit Rücklaufrillen (241) versehen sind.
20. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die benachbarten Gewinderillen (11) durch die Rücklaufrille (241) miteinander verbunden sind, wobei die Breite der Rücklaufrille (241) etwas größer ist als die Kugeln.
21. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Fortsatz (24) wenigstens eine Rücklaufrille (241) aufweist.
22. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (2) entlang seiner Achse mit Rücklaufrillen (241) versehen ist, deren Durchmesser etwas größer ist als der der Kugeln.
23. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (2) an beiden Endflächen mit Rücklaufrillen (241) versehen ist, die mit den Rücklaufbohrungen (27) verbunden sind.
24. Kugelumlaufmutter nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (1) an beiden Enden mit Einkerbungen (13) versehen ist.
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