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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wälzkörper-Schraubvorrichtung mit einer Vielzahl von Wälzkörpern, die zwischen einem Schraubenschaft und einem Mutterhauptkörper rollfähig angeordnet sind.
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Beschreibung der verwandten Technik
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Eine Wälzkörper-Schraubvorrichtung ist ein mechanisches Element zum Umwandeln von Drehbewegung in Linearbewegung. Um die Reibung zu verringern, die auftritt, wenn ein Schraubenschaft gegenüber einer Mutter gedreht wird, gibt es eine Vielzahl von Wälzkörper wie Kugeln oder Laufrollen, die zwischen dem Schraubenschaft und dem Mutterhauptkörper rollfähig angeordnet sind. Die zwischen dem Schraubenschaft und der Mutter rollenden Wälzkörper können durch in der Mutter montierte Umlaufelemente in Umlauf versetzt werden. Es gibt verschiedene Systeme für die die Wälzkörper in Umlauf versetzende Umlaufelemente wie etwa eine Rücklaufleitung und ein Abschlusskappensystem.
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Das Rücklaufleitungssystem ist ein sehr gebräuchliches Umlaufsystem, um die Wälzkörper durch eine an einem Außendurchmesserabschnitt des Mutterhauptkörpers montierte Rücklaufleitung in Umlauf zu versetzen. Beide Enden der Rücklaufleitung sind in eine Torform gebogen und werden in den Außendurchmesserabschnitt der Mutter eingeführt. Die in dem belasteten Wälzkörper-Wälzkanal zwischen dem Schraubenschaft und der Mutter rollenden Wälzkörper rollen zu einem Ende des belasteten Wälzkörper-Wälzkanals, werden in die Rücklaufleitung aufgenommen, rollen durch die Rücklaufleitung als unbelastetem Rückführkanal und werden dann zum anderen Ende des belasteten Wälzkörper-Wälzkanals zurückgeführt.
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Das Abschlusskappensystem ist so gestaltet, dass ein gerader Kanal, der sich parallel zur axialen Linie des Mutterhauptkörpers erstreckt, und ein Paar Abschlusskappen, die an den jeweiligen Endflächen in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers befestigt sind, verwendet werden, um die Wälzkörper in Umlauf zu bringen. In jeder Abschlusskappe ist ein Richtungswechselkanal ausgebildet, der den geraden Kanal des Mutterhauptkörpers mit dem belasteten Wälzkörper-Wälzkanal verbindet.
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Die offengelegte japanische Patentschrift
JP H03-28 564 A beschreibt eine Kugelumlaufspindel, die das Umlaufsystem vom Typ Abschlusskappe einsetzt, bei dem Kugeln durch einen Kugelrücklaufkanal in Umlauf gebracht werden, der sich in dem Mutterhauptkörper in axialer Richtung erstreckt und bei dem Blöcke und Stifte an den jeweiligen Enden des Kugelrücklaufkanals vorgesehen sind. In jedem Block ist ein Richtungswechselkanal so ausgebildet, dass er eine belastete Kugelrollnut einer Mutter und den Kugelrücklaufkanal verbindet. Sobald eine Kugel zu einem Ende des belasteten Kugelwälzkanals rollt, wird sie durch ein Spitzenende des Stifts in den Block aufgenommen und durch den Richtungswechselkanal des Blocks in den sich gerade erstreckenden Rücklaufkanal gelenkt.
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Bei der im obigen Dokument offengelegten Kugelumlaufspindel werden sich in dem belasteten Kugelrollkanal bewegende Kugeln in tangentialer Richtung eines Kreises aufgenommen, in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers betrachtet. Daher ist der Richtungswechselkanal des Blocks in tangentialer Richtung zum belasteten Kugelrollkanal angeordnet und eine Öffnung zum Aufnehmen des Blocks ist auch in tangentialer Richtung zum belasteten Kugelrollkanal ausgebildet. In axialer Richtung des Mutterhauptkörpers gesehen, kreuzen sich die Mittellinie des Richtungswechselkanals des Vorderseitenblocks und die Mittellinie des Richtungswechselkanals des Rückseitenblocks in einer V-Form (siehe
2 von
JP H03-28 564 A ) und die Öffnungen zum Aufnehmen des jeweiligen Blocks sind im Außendurchmesserabschnitt des Mutterhauptkörpers in den beiden sich kreuzenden Richtungen ausgebildet. Wenn die Öffnungen im Außendurchmesserabschnitt des Mutterhauptkörpers in den verschiedenen beiden Richtungen ausgebildet sind, besteht auch bei Verwendung einer Verbunddrehmaschine die Notwendigkeit, den Mutterhauptkörper erneut zu fassen oder den Mutterhauptkörper zu drehen, was Schwierigkeiten bereitet. Wenn die Öffnungen in zwei Richtungen ausgebildet werden können, ist die Lage jeder der beiden Öffnungen manchmal gegenüber der belasteten Kugelrollnut des Mutterhauptkörpers versetzt.
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Dann stellt die vorliegende Erfindung eine Wälzkörper-Schraubvorrichtung zur Verfügung, bei der in einem Außendurchmesserabschnitt eines Mutterhauptkörpers leicht eine Aussparung zum Einführen eines Umlaufelements ausgebildet werden kann.
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Kurze Zusammenfassung der Erfindung
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Eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten beschrieben.
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Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Wälzkörper-Schraubvorrichtung gemäß Anspruch 1.
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Nach diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der in jedem der paarweisen Umlaufelemente, die an den jeweiligen Enden des geraden Kanals des Mutterhauptkörpers vorhandenen sind, der Kurvenkanal so ausgebildet, dass die Mittellinie eine Kreisbogenform annimmt, in der axialen Richtung des Mutterhauptkörpers betrachtet. In axialer Richtung des Mutterhauptkörpers gesehen kann die Strecke von der Stelle, wo jeder Wälzkörper aufgenommen wird, bis zur Stelle, wo der Wälzkörper in den geraden Kanal im Umlaufelement gelenkt wird, kürzer sein als die Strecke eines herkömmlichen Blocks, bei dem ein Richtungswechselkanal ausgebildet ist, um die Wälzkörper in tangentialer Richtung eines belasteten Wälzkörper-Wälzkanals aufzunehmen. Daher kann die Einführrichtung in die Aussparung von einem der paarigen Umlaufelemente, die an den jeweiligen Enden des geraden Kanals des Mutterhauptkörpers vorhanden sind, dieselbe sein wie diejenige des anderen Umlaufelements und die Bearbeitung der Aussparungen in dem Mutterhauptkörper kann erleichtert werden.
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Figurenliste
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Die obigen und andere Ziele und Merkmale der Erfindung werden durch die Betrachtung der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlicher, in welcher ein Beispiel beispielhaft dargestellt wird. Für die Zeichnungen gilt:
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Kugelumlaufspindel nach einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist die Ansicht von einem Querschnitt der Kugelumlaufspindel.
- 3 ist eine Ansicht von einem Querschnitt einer belasteten Kugelrollnut einer Mutter und einer Kugelrollnut eines Schraubenschafts.
- 4 ist eine Draufsicht auf die Kugelumlaufspindel.
- 5 ist eine Draufsicht auf einen Mutterhauptkörper.
- 6 ist die Ansicht von einem Querschnitt von einem Mutterhauptkörper, an dem ein Umlaufelement montiert ist, aus einer Blickrichtung rechtwinklig zu der Axiallinie des Mutterhauptkörpers.
- 7 ist eine Ansicht, die einen Kugelumlaufkanal darstellt.
- 8 ist eine perspektivische Ansicht von einem unbelasteten Rücklaufkanal, der auf dem Schraubenschaft ausgebildet ist.
- 9 ist eine Ansicht, die eine Mittellinie des Kugelumlaufkanals darstellt, gesehen von der Seite der Seitenfläche der Mutter.
- 10 ist eine Ansicht, die eine Mittellinie des unbelasteten Rücklaufkanals darstellt, in axialer Richtung der Mutter betrachtet.
- 11 ist eine perspektivische Ansicht des Umlaufelements.
- 12 ist eine perspektivische Ansicht des Umlaufelements, von unten betrachtet.
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Genaue Beschreibung der Erfindung
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Kugelumlaufspindel als eine Wälzkörper-Schraubvorrichtung nach einer ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Kugelumlaufspindel besitzt einen Schraubenschaft 1, der eine spiralenförmige Kugelrollnut als eine Wälzkörper-Wälznut 1a aufweist, die an einer Außenumfangsfläche desselben ausgebildet ist, und einen Mutterhauptkörper 2, der eine spiralenförmige belastete Kugelrollnut 2a als eine belastete Wälzkörper-Wälznut 2a aufweist, die an einer Innenumfangsfläche desselben ausgebildet ist und sich der Wälzkörper-Wälznut 1a zugewendet. In einem belasteten Kugelrollkanal 3 zwischen der belasteten Wälzkörper-Wälznut 2a des Mutterhauptkörpers 2 und der Wälzkörper-Wälznut 1 a des Schraubenschafts 1 ist eine Vielzahl von Kugeln (Wälzkörpern) 7 (siehe 3) als Wälzkörper rollfähig angeordnet.
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In der Kugelumlaufspindel sind Kugelumlaufkanäle vorhanden, um die Kugeln 7 in Umlauf zu bringen. In dieser Ausführungsform sind zwei in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 zueinander versetzte Kanäle und zwei in Umfangsrichtung des Mutterhauptkörpers 2 zueinander versetzte Kanäle vorgesehen. Insgesamt sind hier vier Wälzkörper-Umlaufkanäle (Kugelumlaufkanäle) 4 vorhanden. Die Anzahl der Wälzkörper-Umlaufkanäle 4 wird entsprechend der Anzahl der belasteten Kugelrollkanäle und einer Belastung auf die Kugelumlaufspindel in geeigneter Weise bestimmt.
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Die beiden Wälzkörper-Umlaufkanäle 4 sind in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 voneinander versetzt vorgesehen, um die Kugelumlaufspindel vorzuspannen und um die Anzahl der Wendungen (turns) jedes Wälzkörper-Umlaufkanals 4 zu verringern. Wenn die Anzahl der Wendungen des Wälzkörper-Umlaufkanals 4 erhöht wird, falls die Montagegenauigkeit der Kugelumlaufspindel an eine andere Vorrichtung und die Fertigungsgenauigkeit der Wälzkörper-Wälznuten 1a und der belasteten Wälzkörper-Wälznuten 2a vermindert sind, rollen die Kugeln 7, die sich in einer Position befinden, kurz bevor oder nachdem sie auf dem belasteten Kugelrollkanal 3 rollen, manchmal mit verschiedenen Bewegungsgeschwindigkeiten und werden aneinander gestoßen. Dieses Phänomen wird vermieden, indem die Anzahl der Wendungen jedes Kanals verringert wird.
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Da ferner die beiden Wälzkörper-Umlaufkanäle 4 in Umfangsrichtung des Mutterhauptkörpers 2 zueinander versetzt angeordnet sind, können die Kugeln 7 jeweils in den beiden belasteten Kugelrollkanälen 3 umlaufen. Da zwei belastete Kugelrollkanäle 3 vorhanden sind, kann der Mutterhauptkörper 2 mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt werden und die Stabilität kann vergrößert werden.
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Jeder der Wälzkörper-Umlaufkanäle 4 umfasst einen spiralenförmigen belasteten Kugelrollkanal 3, der zwischen der Wälzkörper-Wälznut 1 a des Schraubenschafts 1 und der belasteten Wälzkörper-Wälznut 2a des Mutterhauptkörpers 2 ausgebildet ist, und einen unbelasteten Rücklaufkanal 9, der ein Ende des belasteten Kugelrollkanals 3 mit dem anderen verbindet. In dem belasteten Kugelrollkanal 3 wird jede Kugel 7 zwischen der belasteten Wälzkörper-Wälznut 2a des Mutterhauptkörpers 2 und der Wälzkörper-Wälznut 1 a des Schraubenschafts 1 eingeschlossen und hält einer Druckbelastung stand. Im unbelasteten Rücklaufkanal 9 bewegt sich die Kugel so, wie sie durch ihre nachfolgende Kugel 7 gestoßen wird ohne Druckbelastung.
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Der unbelastete Rücklaufkanal 9 umfasst einen geraden Kanal 5, der sich parallel zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 erstreckt, und ein Paar Richtungswechselkanäle 6, die an den jeweiligen Enden des geraden Kanals 5 vorhanden sind. Der gerade Kanal 5 ist eine Bohrung, die im Mutterhauptkörper 2 von einer Endoberfläche des Mutterhauptkörpers 2 so ausgebildet ist, dass sie parallel zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 verläuft. Jeder Richtungswechselkanal 6 ist innerhalb eines Umlaufelements 8 als eine Umlaufelementpassung im äußeren Durchmesserabschnitt des Mutterhauptkörpers 2 ausgebildet. Ein Paar Umlaufelemente 8 ist an entsprechenden Enden von jedem geraden Kanal 5 vorgesehen. In der herkömmlichen Kugelumlaufspindel vom Typ mit Abschusskappe ist ein Richtungswechselkanal 6 in einer Abschlusskappenpassung (Endoberflächen-Bauteil) in der Endoberfläche der Mutter in Axialrichtung ausgebildet. In der Kugelumlaufspindel der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform ist andererseits der Richtungswechselkanal 6 in der Passung des Umlaufelements 8 ausgebildet, welches am Außendurchmesserabschnitt des Mutterhauptkörpers 2 angebracht ist. Der im Umlaufelement 8 ausgebildete Richtungswechselkanal 6 verbindet ein Ende des geraden Kanals 5 mit einem Ende des spiralenförmigen belasteten Kugelrollkanals 3.
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2 ist ein Querschnitt von dem Mutterhauptkörper 2 und dem Schraubenschaft 1. In der Außenumfangsfläche des Schraubenschafts 1 sind zwei Wälzkörper-Wälznuten 1a mit einer vorgegebenen Gewindesteigung durch Fräsen oder Walzen ausgebildet. Die Anzahl der Wälzkörper-Wälznuten 1a kann eins, zwei, drei oder jede andere Zahl sein, die in geeigneter Weise festgelegt werden kann. Wie in 3 zu sehen ist, besitzt jede Wälzkörper-Wälznut 1a einen Querschnitt mit Spitzbogenform, der zwei Kreisbögen 10 mit einem Radius aufweist, der geringfügig größer als der Radius der Kugel 7 ist. Die Mittelpunkte C1 der beiden Bögen der Spitzbogennut sind vom Mittelpunkt C2 der Kugel 7 entfernt angeordnet. Die Kugel 7 ist an zwei Punkten mit der Wälzkörper-Wälznut 1a in Form der Spitzbogennut in Kontakt. Die Gerade L1, die den Mittelpunkt C2 der Kugel 7 mit dem Tiefpunkt 12 der Spitzbogennut verbindet, bildet einen Kontaktwinkel θ mit der Geraden, die den Mittelpunkt C2 der Kugel 7 und den Kontaktpunkt 13 der Kugel 7 verbindet, und der Kontaktwinkel θ wird z. B. auf 40 bis 50 Grad eingestellt. Die Wälzkörper-Wälznut 1 a wird zuerst einer Wärmebehandlung und dann einer Schleifbearbeitung unterzogen.
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Wie in 2 dargestellt, sind in der Innenumfangsfläche des Mutterhauptkörpers 2 durch Fräsen zweier spiralenförmigen belasteten Wälzkörper-Wälznuten 2a mit einer vorgegebenen Gewindesteigung ausgebildet. An einem Ende in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 ist ein Flansch 2b ausgebildet, um den Mutterhauptkörper 2 an einer anderen Vorrichtung zu befestigen. Wie in 3 zu sehen ist, besitzt die belastete Wälzkörper-Wälznut 2a einen Querschnitt in Spitzbogenform, die zwei Kreisbögen 10 mit einem Radius umfasst, der geringfügig größer als der Radius der Kugel 7 ist. Die Form der Spitzbogennut ist dieselbe wie diejenige der Wälzkörper-Wälznut 1a des Schraubenschafts 1. Die belastete Wälzkörper-Wälznut 2a wird zuerst einer Wärmebehandlung und dann einer Schleifbearbeitung unterzogen.
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Um die Kugelumlaufspindel vorzuspannen, müssen die belasteten Wälzkörper-Wälznuten 2a von zwei Wälzkörper-Umlaufkanälen 4, die im Mutterhauptkörper 2 in axialer Richtung zueinander versetzt angeordnet sind, phasenverschoben sein. Indem, mit anderen Worten gesagt, die Gewindesteigung der linksseitigen belasteten Wälzkörper-Wälznut 2a zu der Gewindesteigung der rechtsseitigen belasteten Wälzkörper-Wälznut 2a passt, ist die linksseitige belastete Wälzkörper-Wälznut 2a in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 gegenüber der rechtsseitigen Wälzkörper-Wälznut 2a versetzt. Da sie gegeneinander versetzt sind, wird der Abstand zwischen der linksseitigen belasteten Wälzkörper-Wälznut 2a und der rechtsseitigen belasteten Wälzkörper-Wälznut 2a ausgedrückt durch L (Gewindesteigung) x n (natürliche Zahl) ± δ (Versatzstrecke).
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Weil nach dieser beispielhaften Ausführungsform die Umlaufelemente 8 in einem Paar desselben Umlaufsystems benutzt werden, das in den Außendurchmesserabschnitt des Mutterhauptkörper 2 eingepasst ist, ist es möglich, in dem einzelnen Mutterhauptkörper 2 zwei oder mehr in axialer Richtung zueinander versetzte Wälzkörper-Umlaufkanäle 4 vorzusehen. Aus diesem Grund kann das Vorspannen erleichtert werden. Die Formen der paarigen Umlaufelemente 8 sind identisch. Hier kann das Doppelmuttersystem so angepasst werden, dass zwei Mutterhauptkörper in axialer Richtung miteinander verbunden werden und ein Abstandshalter zwischen den beiden Mutterhauptkörpern vorgesehen wird, um die Schraubvorrichtung vorzuspannen, oder das System kann so angepasst werden, dass die Phase des Schraubenschafts 1 an einem Mittelpunkt versetzt wird, um damit die Schraubvorrichtung vorzuspannen.
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In dieser beispielhaften Ausführungsform sind in der Kugelumlaufspindel insgesamt vier Wälzkörper-Umlaufkanäle 4 vorhanden. In dem Mutterhauptkörper 2 sind entsprechend den vier Wälzkörper-Umlaufkanälen 4 vier gerade Kanäle 5 ausgebildet. Wie in 2 dargestellt, sind zwei gerade Kanäle 5 an einer Seite des Mutterhauptkörpers 2 in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers so ausgerichtet, dass die Mittellinien der beiden geraden Kanäle 5 übereinstimmen. Die beiden geraden Kanäle 5 werden einmalig ausgebildet, indem Durchgangsbohrungen von einer Endoberfläche des Mutterhauptkörpers zur anderen Endoberfläche mittels Bohrer oder ähnlichem gebildet werden. Da die Mittellinien der beiden geraden Kanäle 5 übereinstimmen, können die Arbeitskosten für die Durchgangsbohrungen verringert werden. Zwei gerade Kanäle auf der anderen Seite können auch einmalig ausgebildet werden, indem Durchgangsbohrungen von einer Endoberfläche des Mutterhauptkörpers zur anderen Endoberfläche mittels Bohrer oder ähnlichem gebildet werden.
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An jedem Ende eines jeden der geraden Kanäle 5 des Mutterhauptkörpers 2 ist eine Aussparung 15 ausgebildet, die von der Seitenoberfläche des Mutterhauptkörpers 2 bearbeitet wird. Das Umlaufelement 8 wird in diese Aussparung 15 eingepasst (siehe 4). Wie in der Draufsicht des Mutterhauptkörpers 2 in 5 zu sehen ist, besitzt die Aussparung 15 eine Bodenfläche 16, auf der das Umlaufelement 8 angebracht wird, eine Innenwand 17, die das Umlaufelement 8 umschließt, und eine Durchgangsbohrung 18, die in der Bodenfläche 16 ausgebildet ist. In der Bodenfläche 16 ist eine Hohlschraube (nicht gezeigt) zum Befestigen des Umlaufelements 8 ausgebildet. In die Durchgangsbohrung 18 hindurch wird ein Einführungsabschnitt 21 (wird später beschrieben) des Umlaufelements 8 eingeführt. Die ebene Form der Innenwand 17 wird zu einer rechteckigen Form mit abgeschrägten Ecken ausgebildet. Die Bodenfläche 16 ist so ausgebildet, dass sie eine Stufe unterhalb der Außenumfangsfläche des Mutterhauptkörpers 2 eben ist. Die Bodenfläche 16 und die Innenwand 17 stehen senkrecht zueinander. Wie in 6 dargestellt, ist im Querschnitt, der senkrecht zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 verläuft, die Innenwand 17 der Aussparung 15 parallel zur Gerade L2, die den Mittelpunkt P2 des geraden Kanals 5 mit dem Mittelpunkt P1 des Mutterhauptkörpers 2 verbindet. Damit die paarigen Umlaufelemente 8 von der Außenseite des Mutterhauptkörpers 2 in Richtung der Gerade L2 in die jeweiligen paarweisen Aussparungen 15 eingefügt werden können, sind die Innenwände 17 der an den jeweiligen Enden der geraden Kanäle 5 paarweise angeordneten Aussparungen 15 parallel zueinander ausgebildet. Jede Aussparung 15 wird unter Verwendung einer Fräsmaschine wie etwa einem Fingerfräser, der Klingen an der Spitze und am Außenumfang in Zylinderform aufweist, ausgebildet, indem die Fräsmaschinenklingen in die Seitenoberfläche des Mutterhauptkörpers 2 eingeführt werden, die Fräsmaschinenklingen in Bewegung versetzt werden und dann der Mutterhauptkörper 2 vorgeschoben wird. Wenn eine Vielzahl von Gruppen von Aussparungen 15 in dem Außendurchmesserabschnitt des Mutterhauptkörpers 2 ausgebildet ist, können diese durch Fräsen im Außendurchmesserabschnitt des Mutterhauptkörpers 2 in derselben Richtung ausgebildet werden und es besteht keine Notwendigkeit den Mutterhauptkörper 2 erneut einzuspannen oder zu drehen. Daher kann die Herstellung von Gruppen mehrfacher Aussparungen 15 vereinfacht werden.
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Da ferner der Umfang der Arbeiten zum Ausbilden der Aussparungen 15 minimiert werden kann, kann die Arbeitsgenauigkeit leicht sichergestellt werden, Verformung aufgrund von Wärmebehandlung tritt kaum auf oder der Lastausgleich beim Drehen der Mutter kann optimiert werden.
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In der Draufsicht von 5 ist die belastete Wälzkörper-Wälznut 2a auf der Rückseite des Mutterhauptkörpers 2 durch die Durchgangsbohrung 18 hindurch dargestellt. Der runde Teil innerhalb der Durchgangsbohrung 18 ist ein sich überlappender Teil der oberen Durchgangsbohrung 18 und der unteren Durchgangsbohrung 18 des Mutterhauptkörpers 2.
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Wenn der Schraubenschaft 1 gegenüber dem Mutterhauptkörper 2 gedreht wird, rollt jede Kugel 7 im belasteten Kugelrollkanal 3 zwischen dem Mutterhauptkörper 2 und dem Schraubenschaft 1. Da die Wälzkörper-Wälznut 1a des Schraubenschafts 1 und die belastete Wälzkörper-Wälznut 2a des Mutterhauptkörpers 2 eine vorgegebene Gewindesteigung aufweisen, bewegt sich der Mutterhauptkörper 2 durch Drehung des Schraubenschafts 1 linear in axialer Richtung. Sobald jede Kugel 7, wie in 7 dargestellt, bis zu einem Ende des belasteten Kugelrollkanals 3 rollt, wird sie in den Richtungswechselkanal 6 des Umlaufelements 8 geleitet. Nachdem sie den Richtungswechselkanal 6 des Umlaufelements 8 durchlaufen hat, wird die Kugel 7 in den geraden Kanal 5 des Mutterhauptkörpers 2 gelenkt. Dann läuft die Kugel 7 durch den geraden Kanal 5 des Mutterhauptkörpers 2, wird in den Richtungswechselkanal 6 des anderen Umlaufelements 8 gelenkt und wird zum anderen Ende des belasteten Kugelrollkanals 3 zurückgeführt.
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8 ist eine perspektivische Ansicht von einem unbelasteten Rücklaufkanal 9, der auf dem Schraubenschaft 1 ausgebildet ist. Da der gerade Kanal 5 parallel zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 verläuft und die Kugeln 7 parallel zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 umlaufen, können der Einlass und der Auslass des unbelasteten Rücklaufkanals 9 nahe beieinander angeordnet werden, in Axialrichtung des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet. Daher kann die Anzahl der Wendungen des belasteten Kugelrollkanals 3 nahe einer ganzen Zahl sein. Da die Kugeln 7 ferner am Kurvenkanal 22 (wird später im Detail erläutert) des Umlaufelements 8 so aufgenommen werden, dass sie einen Kreisbogen beschreiben, können sie sanft umlaufen.
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9 stellt die Mittellinie des Kugelumlaufkanals (Bahn des Mittelpunkts jeder Kugel 7) dar, von der Seite des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet, und 10 stellt die Mittellinie des unbelasteten Rücklaufkanals 9 (Bahn des Mittelpunkts jeder Kugel 7) dar, in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet. Wie in 9 dargestellt, ist der unbelastete Rücklaufkanal 9 aufgeteilt in einen geraden Kanal 5 und Richtungswechselkanäle 6, die an den jeweiligen Enden des geraden Kanals 5 vorhanden sind. Jeder Richtungswechselkanal 6 teilt sich in einen Kurvenkanal 22 und einen Radialrichtungskanal 23. Die Mittellinie des mit dem Kurvenkanal 22 verbundenen Radialrichtungskanals 23 erstreckt sich zunächst in radialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2, krümmt sich dann um 90 Grad in eine Kreisbogenform zum Mittelpunkt in die Axialrichtung des Mutterhauptkörpers 2 und wird mit dem geraden Kanal 5 verbunden. Die Mittellinie des Kurvenkanals 22 verläuft senkrecht zur Axiallinie 2f des Mutterhauptkörpers 2, von der Seite des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet. Die Mittellinie des Kurvenkanals 22 kann entsprechend der Gewindesteigung geneigt sein. Wie in 8 zu sehen ist, ist der Kurvenkanal 22 mit dem Radialrichtungskanal 23 verbunden, um die Kugeln 7 in radialer Richtung zu bewegen, in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet.
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Wie in 10 zu sehen ist, ist der Kurvenkanal 22, in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet, als ein zum Schraubenschaft 1 konvex gekrümmter Kreisbogen ausgebildet und ist mit dem kreisförmigen belasteten Kugelrollkanal 3 in Kontakt. Der Kontaktpunkt P3 des Kurvenkanals 22 und des belasteten Kugelrollkanals 3 ist ein Wendepunkt, an dem die Kurve sich von einer konvexen zu einer konkaven Linie ändert. An diesem Kontaktpunkt P3 verläuft die Tangentialrichtung des Kurvenkanals 22 stetig zur Tangentialrichtung des belasteten Kugelrollkanals 3. Dies ermöglicht eine sanfte Aufnahme der Kugeln. Stereoskopisch kann die Mittellinie des Kurvenkanals 22 als ein Bogen ausgebildet sein und der Kurvenkanal 22 kann entsprechend der Gewindesteigung des belasteten Kugelrollkanals 3 so geneigt sein, dass die Tangentialrichtung der Mittellinie am Kontaktpunkt zwischen dem spiralenförmigen belasteten Kugelrollkanal 3 und dem Kurvenkanal 22 stetig wird.
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In der herkömmlichen Kugelumlaufspindel vom Typ mit Abschlusskappe ist, in axialer Richtung des Mutterhauptkörpers 2 betrachtet, der Richtungswechselkanal 6 in tangentialer Richtung des bogenförmigen belasteten Kugelrollkanals 3 angeordnet. Auf der anderen Seite wird bei der Kugelumlaufspindel nach der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform jede Kugel 7 entlang der bogenförmigen Bahn wie bei einer geradlinigen Führung aufgenommen. Deshalb kann im Vergleich mit der herkömmlichen Kugelumlaufspindel, bei der Kugeln in tangentialer Richtung aufgenommen werden, der Abstand α von dem Punkt, wo das Umlaufelement 8 jede Kugel von dem belasteten Kugelrollkanal 3 aufnimmt, bis zu dem Punkt, wo es die Kugel zum geraden Kanal 5 lenkt, verkürzt werden (siehe 6).
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11 und 12 sind perspektivische Ansichten des Umlaufelements 8. Das Umlaufelement 8 besitzt einen Hauptkörper 24 von einer Gestalt, die den Formen der Innenwand 17 und der Bodenfläche 16 der Aussparung 15 entspricht, und einen Einführungsabschnitt 21, der am Hauptkörper 24 hängt und in die Durchgangsbohrung 18 der Aussparung 15 eingeführt wird. In dem Hauptkörper 24 ist der Radialrichtungskanal 23 so ausgebildet, dass er mit dem geraden Kanal 5 verbunden ist. Im Hauptkörper 24 ist ein ausladender Abschnitt 24a ausgebildet, der ein Loch zum Einführen einer Schraube oder etwas Ähnlichem durch ihn hindurch aufweist. Das Umlaufelement 8 ist an der Aussparung 15 des Mutterhauptkörpers 2 mit Befestigungsmitteln wie etwa einer Schraube befestigt.
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Die ebene Gestalt des Hauptkörpers 24 ist dieselbe wie die der Bodenfläche 16 der Aussparung 15. Wie in 6 dargestellt, ist im Querschnitt, der senkrecht zur Axiallinie des Mutterhauptkörpers 2 verläuft, die Außenwand 24b des Hauptkörpers 24 parallel zur Innenwand 17 der Aussparung 15 des Mutterhauptkörpers 2 und auch parallel zu der Geraden, die den Mittelpunkt P1 des Mutterhauptkörpers 2 und den Mittelpunkt P2 des geraden Kanals 5 verbindet. Die Außenwand 24b des Hauptkörpers 24 des Umlaufelements 8 ist in Kontakt mit der Innenwand 17 der Aussparung 15 des Mutterhauptkörpers 2 und der Einführungsabschnitt 21 des Umlaufelements 8 ist in die Durchgangsbohrung 18 der Aussparung eingepasst (siehe 5), und dadurch ist die Lage des Umlaufelements 8 in X-Y-Richtung in der Draufsicht des Mutterhauptkörpers 2 festgelegt. Da ferner die Bodenfläche 24c des Hauptkörpers 24 des Umlaufelements 8 in Kontakt mit der Bodenfläche 16 der Aussparung 15 ist, ist die Lage des Umlaufelements 8 in Z-Richtung festgelegt. Da das Umlaufelement 8 gegenüber der belasten Wälzkörper-Wälznut 2a des Mutterhauptkörpers 2 genau positioniert werden kann, können die Kugeln 7 zwischen dem unbelasteten Rücklaufkanal 9 und dem belasteten Kugelrollkanal 3 sanft bewegt werden.
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In dem Einführungsabschnitt 21 des Umlaufelements 8 ist der Kurvenkanal 22 so ausgebildet, dass er mit dem belasteten Kugelrollkanal 3 verbunden ist. An einem unteren Ende dieses Einführabschnitts 21 ist ein Aufnehmerteil 21a in der Wälzkörper-Wälznut 1a des Schraubenschafts 1 ausgebildet, um jede in der Wälzkörper-Wälznut 1a des Schraubenschafts 1 rollende Kugel in dem Kurvenkanal 22 aufzunehmen. Da das Aufnehmerteil 21a die Kugel 7 entlang des Kreisbogens aufnimmt, der in Kontakt mit dem belasteten Kugelrollkanal 3 ist, ist die auf den Aufnehmerteil 21a ausgeübte Einwirkung klein, wenn die Kugel 7 mit dem Aufnehmerteil 21a in Kontakt kommt.
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Dieses Umlaufelement 8 ist ein aus Harz wie etwa POM (Polyoxymethylen) geformtes Bauteil und kann aus einem Paar getrennter Teile entlang des unbelasteten Rücklaufkanals 9 oder aus einem ungeteilten Bauteil ausgebildet sein. Da das Aufnehmerteil 21a aus Harz gefertigt ist, ist das Aufnehmerteil 21a leicht zu verformen und die von der Kugel 7 auf das Aufnehmerteil 21a ausgeübte Einwirkung kann gedämpft werden. Die paarigen Umlaufelemente 8 hier werden von demselben Formwerkzeug in dieselbe Gestalt gebracht.
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Die oben beschriebene beispielhafte Ausführungsform soll die vorliegende Erfindung nicht einschränken und es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. So kann z. B. im Mutterhauptkörper nur ein Kugelumlaufkanal vorgesehen werden. Wenn zwei oder mehr Kugelumlaufkanäle vorgesehen werden, können zwei oder mehr belastete Kugelrollnuten phasengleich so angeordnet werden, dass sie die Kugelumlaufspindel nicht vorspannen.
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Die Mittellinie des Kurvenkanals des unbelasteten Rücklaufkanals kann statt einer kreisförmigen auch eine klothoidenförmige Kurve mit stetigen tangentialen Richtungen aufweisen. Die bogenförmige Kurve umfasst neben einem Kreisbogen auch eine Ellipse, ein Klothoide und Ähnliches.
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In das Innere des geraden Kanals kann ein Rohr eingeführt werden oder es kann durch Einschieben ein schlauchförmiges Harz als integraler Bestandteil mit einem Loch geformt werden.
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Die Wälzkörper können anstatt Kugeln auch Rollen sein. Auch kann zwischen den Wälzkörpern ein Halter vorgesehen werden, um den Kontakt zwischen diesen zu verhindern.
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Die Umlaufelemente können von gleicher oder unterschiedlicher Gestalt sein.
