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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelumlaufspindel, die eine Spindelwelle aufweist, eine Mutter, und Kugeln, die sich zwischen der Spindelwelle und der Mutter drehen können, sowie eine Bewegungsführungsvorrichtung, die ein Laufringteil aufweist, ein Gleitteil und Kugeln, die sich zwischen dem Laufringteil und dem Gleitteil drehen können.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Eine Kugelumlaufspindel, welche Kugeln aufweist, die zwischen einer Spindelwelle und einer Mutter abrollen können, wurde tatsächlich bei einem Positionierungsmechanismus einer Werkzeugmaschine eingesetzt, bei einem Lenkgetriebe eines Fahrzeugs, bei einer Führungsvorrichtung, einer Bewegungsspindel und bei verschiedenen anderen Gebieten, da sie eine Verringerung des Reibungsfaktors beim Abrollen der Spindelwelle in Bezug auf die Mutter ermöglicht, im Vergleich zu einer Spindel des Gleitkontakttyps.
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Eine Kugelumlaufspindel weist eine Spindelwelle auf, mit einer helixförmigen Kugelabwälznut und einer Mutter mit einer Kugelabwälznut, wobei die beiden Nuten so ausgerichtet sind, dass sie einen Weg zur Aufnahme mehrerer Kugeln ausbilden. Die Mutter weist ein Umwälzteil auf, bei welchem ein Umwälzweg zum Umwälzen der Kugeln vorgesehen ist. Die Kugeln, die sich in der Kugelabwälznut der Spindelwelle abwälzen, werden in Kontakt mit einer Lippe 2 des Umwälzteils 1 versetzt, die in 1 gezeigt ist (auch als „Zungenabschnitt“ bezeichnet, und entsprechendes gilt für die nachstehende Beschreibung), und werden in dem Umwälzweg in dem Umwälzteil aufgenommen.
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Infolge von Anforderungen bezüglich eines Vorschubs mit hoher Geschwindigkeit bei einer Werkzeugmaschine und dergleichen wird die Kugelumlaufspindel häufig mit hoher Geschwindigkeit gedreht. Wenn bei einer herkömmlichen Kugelumlaufspindel die Kugelumlaufspindel mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird (die Umdrehungsgeschwindigkeit wird als ein Index angegeben, durch einen DN-Wert, der durch Multiplizieren der Drehzahl pro Minute mit dem Kugelzentrumsdurchmesser erhalten wird), stoßen Kugeln wiederholt gegen die Lippe an, so dass eine Spannungskonzentration auf der Basis der Lippe 2 des Umwälzteils 1 auftritt, die manchmal zu einer Metallermüdung und Beschädigung der Lippe 2 führt.
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Zur Lösung dieses Problems hat die Anmelderin eine Kugelumlaufspindel vorgeschlagen, welche Kugeln aufnehmen kann, ohne dass eine Lippe 2 darin vorgesehen ist (vergleiche
JP 2000 018 359 A ). Wie in
2 gezeigt, ist die Kugelumlaufspindel an jedem Ende des Umwälzteils 3 der Kugelumlaufspindel mit einem Aufnahme-Abschnitt 4 versehen, der eine Nut ist, die eine sich allmählich verringernde Breite aufweist, und werden die Kugeln 5 einzeln allmählich zwischen beiden Seiten der Nut des Aufnahme-Abschnitt 4 geführt, damit sie in dem Umwälzweg aufgenommen werden. Da die Kugeln 5 ohne die Lippe 2 aufgenommen werden, die beschädigt werden kann, wird die vorliegende Erfindung tatsächlich bei einer sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Kugelumlaufspindel eingesetzt.
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Weiterhin hat die Anmelderin den Kugel-Scoop-Abschnitt verbessert, und die im
JP 2004 028 192 A beschriebene Erfindung vorgeschlagen. Mit der Erfindung wird angestrebt, zu verhindern, dass der Aufnahme-Abschnitt 4 in einen Fresseingriff mit Abstandsstücken 6 gelangt, die jeweils zwischen Kugeln 5 vorgesehen sind, wie dies in
3 dargestellt ist. Hierbei wird, wie in
4 dargestellt, an der Unterseite des Aufnahme-Abschnitt 4 ein Abstandsstück-Scoop-Abschnitt 7 vorgesehen, der nur in Kontakt mit den Abstandsstücken 6 gelangt, und nicht mit den Kugeln 5, wodurch ein Fresseingriff mit den Abstandsstücken 6 verhindert wird. Damit erreicht wird, dass der Abstandsstück-Scoop-Abschnitt 7 nicht in Kontakt mit den Kugeln 5 versetzt wird, weist der Abstandsstück-Scoop-Abschnitt 7 eine innere Oberfläche 8 auf, die schräg zu seinem Ende nach außen ausgebildet ist (also wie eine Trompete ausgebildet ist), relativ zur inneren Oberfläche 9 des Umwälzweges.
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DE 29 14 756 C2 offenbart einen Kugelschraubtrieb mit einer Spindel und einem Mutternkörper, welcher eine durch die Spindel zu einem schraubenförmigen Kugellaufkanal ergänzte innere schraubenförmige Nut aufweist und eine Schar von endlos umlaufenden Kugeln aufnimmt, wobei in dem Mutternkörper ein axial verlaufender Kugel-Rückführkanal eingebracht ist und an den beiden Übergängen zwischen dem schraubenförmigen Kugellaufkanal einerseits und dem axialen Rückführkanal andererseits je ein Umlenkstück in einer seinem Umriss angepassten, die Innenumfangsfläche des Mutternkörpers anschneidenden Aussparung der jeweiligen Endfläche des Mutternkörpers eingesetzt ist, welches jeweils eine tangential in den Kugellaufkanal hineinragende, die Kugeln von der Spindel abhebende Ablenknase für die Kugeln trägt sowie einen aus einem tangentialen Geradstück und einem nachfolgenden Bogenstück bestehenden Umlenkkanal zur Überführung der Kugeln aufweist, wobei der Umlenkkanal in seinem nasenfernen Umfangsbereich offen ist, und dass die Kugeln in diesem Bereich einer achsparallelen ersten Begrenzungsfläche der Aussparung folgen, welche stetig und im Wesentlichen tangential an den Nutenboden der Mutternuten anschließt.
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JP 2004 278 551 A beschreibt eine Wälzgewindeeinrichtung, in der das obere Teil der Zunge, mit dem eine Kugel als Rollkörper zusammenstößt, kreisförmig abgeschrägt ist, wodurch die Kontaktfläche zwischen dem oberen Teil der Zunge und der Kugel vergrößert wird.
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JP 2005 083 520 A offenbart eine Kugelspindelvorrichtung. Bei dieser Kugelspindelvorrichtung ist ein Grundteil in der Nähe des Zungenteils in einer Kugelumlaufnut in einem Umlaufstück, das in ein Endstück einer Mutter eingepasst ist, um 10 bis 50 % des Kugeldurchmessers abgerundet, und der Grundteil des Zungenteils ist rund ausgeführt.
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WO 2004 / 079 228 A1 beschreibt eine Kugelspindelvorrichtung, die in der Lage ist, die Tragfähigkeit zu erhöhen, indem die Größe des Kugeldurchmessers und die Anzahl der Gewindegänge erhöht wird, indem verhindert wird, dass der Ausschnitt einer Mutter mit einer an den Ausschnitt angrenzenden Gewindenut in Konflikt gerät, selbst in der Gewindenut einer Schraube mit kleiner Steigung und einer Schraube mit mehreren Gewindegängen, wobei ein Umlaufblock, der in Verbindung mit dem Ausschnitt einen Kugelumlaufkanal bildet, um einen Bereich zwischen den beiden Gewindenuten und mit einem Kugelrücklaufkanal zu verbinden, an dem Ausschnitt angebracht ist, der am Ende der Mutter ausgebildet ist, so dass die große Anzahl von Kugeln endlos zwischen den beiden Gewindenuten, dem Kugelumlaufkanal und dem Kugelrücklaufkanal umlaufen kann. Die Fläche des Ausschnitts, die der axialen Richtung desselben zugewandt ist, wird als Kugellauffläche verwendet, eine Kugelumlaufnut wird an dem Abschnitt des Umlaufblocks gebildet, der der Kugellauffläche gegenüberliegt, und der Kugelumlaufkanal wird von der Kugelumlaufnut und der Kugellauffläche gebildet.
US 4 648 726 A offenbart eine lineare Führungsvorrichtung. Die lineare Führungsvorrichtung umfasst eine lange Schiene, einen auf der Schiene beweglichen Schlitten und einen Umlaufweg, der sich zwischen der Schiene und dem Schlitten, durch den Schlitten und wieder zwischen der Schiene und dem Schlitten erstreckt. Die Umlaufbahn umfasst zumindest in einem Teilbereich ein in den Schlitten eingeführtes Rohr, und eine Anzahl von Kugeln ist in der Umlaufbahn angeordnet. Die Kugeln zirkulieren, während sie während der Bewegung des Wagens im Zirkulationsweg rollen, um dadurch die Bewegung des Wagens zu erleichtern.
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DE 102 97 160 T5 beschreibt eine Kugelumlaufspindel mit: einer Spindelwelle mit einer in ihrer Außenumfangsfläche ausgebildeten helixförmigen Kugelrollnut, einem Mutternhauptkörper aus Metall, der im Wesentlichen als Zylinder mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet ist, durch die die Spindelwelle sich erstrecken soll, wobei der Mutternhauptkörper über mehrere Kugeln mit der Spindelwelle in Gewindeeingriff steht, wobei in der Innenumfangsfläche des Mutternhauptkörpers gegenüberliegend der Kugelrollnut der Spindelwelle eine helixförmige kraftübertragende Rollnut ausgebildet ist, um einen kraftübertragenden Kugelkanal zu bilden, eine Kugelrückführöffnung vorgesehen ist, durch die die unbelastete Kugel in einer axialen Richtung des Mutternhauptkörpers rollt und in der Innenumfangsfläche des Mutternhauptkörpers in Übereinstimmung mit beiden Enden der kraftübertragenden Rollnut eine Vertiefung ausgeschnitten ist, einem Rohrelement aus Kunstharz, das im Mutternhauptkörper montiert ist und eine sich im Wesentlichen parallel zur Spindelwelle erstreckende Kugelrückführöffnung bildet, einem Rückführelement, das mit der Vertiefung des Mutternhauptkörpers in Pass-Eingriff steht, wobei das Rückführelement einen Ableitabschnitt zum Ableiten der Kugeln von der Kugelrollnut der Spindelwelle und einen Richtungsänderungskanal zum Führen der abgeleiteten Kugeln zu einem Einlass der Kugelrückführöffnung aufweist, wobei das Rückführelement einen Endlosumlaufweg für die Kugeln bildet, und einer Abdeckplatte die im Wesentlichen ringförmig ausgebildet ist und an beiden axialen Endflächen des Mutternhauptkörpers befestigt ist, um das mit der Vertiefung des Mutternhauptkörpers in Eingriff stehende Rückführelement abzudecken, wobei das Rückführelement durch eine gekrümmte Ebene, die eine Mittellinie des Richtungsänderungskanals enthält, in ein erstes Element und ein zweites Element geteilt ist und der Ableitabschnitt im ersten oder im zweiten Element ausgebildet ist.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE Erfindung ZU LÖSENDE PROBLEME
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Allerdings besteht das Bedürfnis, eine Kugelumlaufspindel sich mit erheblich höherer Geschwindigkeit mit einem höheren DN-Wert drehen zu lassen. Der Erfinder versuchte, eine Kugelumlaufspindel mit einem höheren DN-Wert über viele Stunden sich drehen zu lassen, und untersuchte den Aufnahme-Abschnitt, um zu überprüfen, wie der Aufnahme-Abschnitt beeinflusst wurde. Hierbei fand der Erfinder heraus, dass der Aufnahme-Abschnitt 4 zum Aufnehmen von Kugeln ungewöhnlich stark verschleißt, die Nutbreite des Aufnahme-Abschnitt 4 allmählich größer wird, und daher die Scoop-Position 10, an welcher der Aufnahme-Abschnitt 4 damit beginnt, jede Kugel von einer Kugelabwälznut der Kugelumlaufspindel aufzunehmen, zur Innenseite des Umwälzweges verschoben wird, wie dies in 5(A) gezeigt ist. Dann führt der anormale Verschleiß des Aufnahme-Abschnitt 4 schließlich dazu, dass die Kugeln mit dem Abstandsstück-Scoop-Abschnitt 7 zusammenstoßen, und arbeitet der Abstandsstück-Scoop-Abschnitt 7 so, dass er die Kugeln so aufnimmt, wie wenn die herkömmliche Lippe 2 Kugeln aufnimmt (vergleiche 1), was zu einer Beschädigung in dem Abstandsstück-Scoop-Abschnitt 7 infolge des Zusammensto-ßes mit den Kugeln führt.
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Der Verschleiß des Aufnahme-Abschnitt 4 lässt sich unterteilen auf einen Verschleiß, der hervorgerufen wird, wenn die Kugeln 5 von der Kugelabwälznut der Spindelwelle in den Umwälzweg 11 des Umwälzteils aufgenommen werden, wie in 5(A) gezeigt, und einen Verschleiß, der hervorgerufen wird, wenn sich die Kugeln 5 von dem Umwälzweg 11 des Umwälzteils zurück zur Spindelwelle bewegen, wie in 5(B) gezeigt. Zunächst erfolgt eine Beschreibung jenes Verschleißes, der hervorgerufen wird, wenn die Kugeln 5 von der Kugelabwälznut der Spindelwelle in den Umwälzweg 11 des Umwälzteils aufgenommen werden, wie dies in 5(A) gezeigt ist. Wenn der Umwälzweg 11 in Tangentialrichtung zur Spindelwelle angeordnet ist, und eine Kugel in der Tangentialrichtung zur Spindelwelle aufgenommen wird, wird theoretisch der Aufnahme-Abschnitt 4 nicht belastet. Der sich tatsächlich ergebende Kugellaufringweg ist jedoch so, dass dann, wenn die Kugel 5 aufgenommen wird, die Kugel 5 geringfügig in Axialrichtung herunterfällt, und an der Aufnahmeposition 10 des Aufnahme-Abschnitt 4 in dem Umwälzweg 11 aufgenommen wird. Aus diesem Grund stößt, wenn sich die Kugel 5 mit hoher Geschwindigkeit bewegt, die Kugel gegen den Abstandsstück-Scoop-Abschnitt 7 an, was dazu führt, dass ein Verschleiß des Abstandsstücks-Scoop-Abschnitts 7 erfolgt.
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Wenn sich, wie in 5(B) gezeigt, eine Kugel 5 von dem Umwälzteil in die Kugelabwälznut der Spindelwelle bewegt, wird die Kugel 5 durch die folgende Kugel in dem Umwälzweg 11 des Umwälzteils gedrückt, so dass sie sich in den Raum zwischen der Spindelwelle und der Mutter bewegt, da die Kugeln, die sich zwischen der Spindelwelle und der Mutter befinden, vorbelastet sind. Hierbei wird, da der Abstandsstück-Scoop-Abschnitt 7 um einen Schrägstellwinkel α (α beträgt etwa 10 Grad) relativ zur inneren Oberfläche des Umwälzweges 11 schräg gestellt ist, relativ zur inneren Oberfläche des Umwälzweges 11, der Bewegungsraum jeder Kugel 5 entsprechend größer in dem Umwälzweg 11, und drückt, wie in 5(B) gezeigt, die folgende Kugel 5 versetzt gegen die davor befindliche Kugel 5. Bei dieser schlangenförmigen Bewegung der Kugeln 5 drückt jede andere Kugel 5 auf den Aufnahme-Abschnitt 4. Die Kraftkomponente dieser jeweiligen weiteren Kugel, die auf den Aufnahme-Abschnitt 4 drückt, kann einen Verschleiß des Scoop-Abschnitts 4 in Form eines Schiffsrumpfes hervorrufen. 6 erläutert ein Beispiel für den Verschleiß des Aufnahme-Abschnitts. Wie aus der Figur hervorgeht, wird der Aufnahme-Abschnitt 4 zum unteren Abschnitt 4a hin verschlissen.
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Um einen Zusammenstoß zwischen den Kugeln und dem Abstandsstück-Scoop-Abschnitt 7 zu verhindern, und einen Verschleiß des Abstandsstück-Scoop-Abschnitts 7 infolge des Verschleißes des Aufnahme-Abschnitts 4, versuchte der Erfinder, den Schrägstellwinkel α des Abstandsstück-Scoop-Abschnitts 6 von den herkömmlichen 10 Grad aus zu vergrößern, beispielsweise auf 15 Grad. Allerdings trat das gleiche Problem auf. Unabhängig davon, wie groß der Schrägstellwinkel des Abstandsstück-Scoop-Abschnitts 7 ist, wird daher schließlich das Problem nicht gelöst.
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Daher weist die vorliegende Erfindung die Aufgabe auf, eine Kugelumlaufspindel zur Verfügung zu stellen, die einen Aufnahme-Abschnitt 4 aufweist, der verschleißbeständig ist, wenn die Kugelumlaufspindel schnell mit einem hohen DN-Wert gedreht wird, sowie eine Bewegungsführungsvorrichtung.
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Die Aufgabe wird durch eine Kugelumlaufspindel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Bewegungsführungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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MASSNAHMEN ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
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Die vorliegende Erfindung wird nunmehr nachstehend beschrieben. Nachstehend werden in den beigefügten Zeichnungen auftretende Bauteilen Bezugszeichen in Klammern zugefügt, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, jedoch dient dies nicht zur Einschränkung der vorliegenden Erfindung auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen.
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Zur Lösung der voranstehend geschilderten Probleme ist die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 eine Kugelumlaufspindel, welche aufweist: eine Spindelwelle, die eine Kugelabwälznut aufweist, die helixförmig auf ihrer äußeren Oberfläche vorgesehen ist; eine Mutter, die eine Abwälznut für belastete Kugeln aufweist, die helixförmig auf ihrer inneren Oberfläche vorgesehen ist, gegenüberliegend der Kugelabwälznut der Spindelwelle; mehrere Kugeln, die zwischen der Kugelumwälznut der Spindelwelle und der Abwälznut für belastete Kugeln der Mutter angeordnet sind; ein Umwälzteil, das einen Umwälzweg aufweist, um die Kugeln umzuwälzen, die zwischen der Kugelumwälznut der Spindelwelle und der Abwälznut für belastete Kugeln der Mutter abgewälzt werden; einen Aufnahme-Abschnitt, der in dem Umwälzteil vorgesehen ist, und eine Nut aufweist, deren Breite sich allmählich zur Innenseite des Umwälzweges verringert, wobei der Aufnahme-Abschnitt dazu dient, zwischen beiden Seiten der Nut des Aufnahme-Abschnitts jede der Kugeln zuführen, die in der Kugelumwälznut der Spindelwelle abgewälzt werden, um die Kugel
in den Umwälzweg des Umwälzteils aufzunehmen; und eine Lippe, die auf dem Aufnahme-Abschnitt vorgesehen ist, und in die Kugelabwälznut der Spindelwelle vorsteht, wobei der Aufnahme-Abschnitt und die Lippe in Kontakt mit einer der Kugeln an einem Aufnahmeabschnitt stehen, an welchem der Aufnahme-Abschnitt damit beginnt, die Kugel von der Kugelumwälznut der Spindelwelle aufzunehmen.
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Die Erfindung gemäß Patentanspruch 2 zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Kugelumlaufspindel gemäß Patentanspruch 1 die Lippe eine sich verjüngende Oberfläche aufweist, die nach außen hin zu einem Ende an der Spitze der Lippe schräg verläuft, relativ zu einer inneren Oberfläche des Umwälzteils, und die sich verjüngende Oberfläche der Lippe in Kontakt mit der Kugel an der Scoop-Position steht.
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Die Erfindung gemäß Patentanspruch 3 ist eine Kugelumlaufspindel, bei welcher vorgesehen sind: eine Spindelwelle, die eine Kugelabwälznut aufweist, die helixförmig auf ihrer äußeren Oberfläche vorgesehen ist; eine Mutter, die eine Abwälznut für belastete Kugeln aufweist, die helixförmig auf ihrer inneren Oberfläche vorgesehen ist, so dass sie der Kugelabwälznut der Spindelwelle gegenüberliegt; mehrere Kugeln, die zwischen der Kugelabwälznut der Spindelwelle und der Abwälznut für belastete Kugeln der Mutter angeordnet sind; ein Umwälzteil, das einen Umwälzweg aufweist, zum Umwälzen der Kugeln, die zwischen der Kugelabwälznut der Spindelwelle und der Abwälznut für belastete Kugeln der Mutter abrollen; ein Aufnahme-Abschnitt, der in dem Umwälzteil vorgesehen ist, und eine Nut mit einer Breite aufweist, die sich allmählich zum Inneren des Umwälzweges hin verkleinert, wobei der Aufnahme-Abschnitt dazu dient, zwischen beiden Seiten der Nut des Aufnahme-Abschnitts jede der Kugeln zu führen, die sich in der Kugelabwälznut der Spindelwelle abwälzen, um die Kugel in dem Umwälzweg des Umwälzteils aufzunehmen; und eine Lippe, die auf dem Aufnahme-Abschnitt vorgesehen ist, in die Kugelumwälznut der Spindelwelle vorsteht, und einen Basisabschnitt und einen Endabschnitt aufweist, wobei der Basisabschnitt der Lippe eine innere Oberfläche aufweist, die nicht schräg steht, oder nach außen zu einem Ende an der Spitze der Lippe um weniger als 5 Grad relativ zu einer inneren Oberfläche des Umwälzweges des Umwälzteils vorsteht, zum Kontakt mit der Kugel, die von dem Aufnahme-Abschnitt aufgenommen wird.
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Die Erfindung gemäß Patentanspruch 4 zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Kugelumlaufspindel gemäß Patentanspruch 3 der Endabschnitt der Lippe auf seiner inneren Oberfläche eine Schrägfläche aufweist, die schräg nach außen zum Ende an der Spitze der Lippe relativ zur inneren Oberfläche des Umwälzweges des Umwälzteils verläuft, und der Aufnahme-Abschnitt und die Schrägfläche der Lippe in Kontakt mit einer der Kugeln an einer Aufnahmeposition stehen, an welcher der Aufnahme-Abschnitt damit beginnt, die Kugel von der Kugelabwälznut der Spindelwelle aufzunehmen.
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Die Erfindung gemäß Patentanspruch 5 zeichnet sich dadurch aus, dass in der Kugelumlaufspindel von Patentanspruch 3 oder 4, in Axialrichtung der Spindelwelle, der Basisabschnitt der Lippe so geschnitten ist, dass er einen geschnittenen Bereich in Form eines Kreisbogens aufweist.
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Die Erfindung gemäß Patentanspruch 6 zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Kugelumlaufspindel eines der Patentansprüche 1 bis 5 mehrere Abstandsstücke jeweils zwischen zwei benachbarten Kugeln vorhanden sind, um einen gegenseitigen Kontakt der Kugeln zu verhindern, wobei dann, wenn das Abstandsstück in dem Umwälzteil aufgenommen wird, das Abstandsstück in Kontakt mit der Lippe steht.
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Die Erfindung gemäß Patentanspruch 7 zeichnet sich dadurch aus, dass bei der Kugelumlaufspindel gemäß Patentanspruch 6 das Abstandsstück in Kontakt mit dem Ende an der Spitze der Lippe steht, und das Ende an der Spitze abgeschrägt ist.
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Die Erfindung gemäß Patentanspruch 8 ist eine Bewegungsführungsvorrichtung, bei welcher vorgesehen sind: ein Laufringteil, das eine Kugelabwälznut aufweist; ein Gleitteil, das eine Abwälznut für belastete Kugeln entsprechend der Kugelabwälznut aufweist, und auf dem Laufringteil so angebracht ist, dass es relativ zu diesem bewegbar ist; mehrere Kugeln, die zwischen der Kugelabwälznut des Laufringteils und der Abwälznut für belastete Kugeln des Gleitteils angeordnet sind; ein Umwälzteil, das einen Umwälzweg zum Umwälzen der Kugeln aufweist, die zwischen der Kugelumwälznut des Laufringteils und der Abwälznut für belastete Kugeln des Gleitteils abrollen; ein Aufnahme-Abschnitt, der in dem Umwälzteil vorgesehen ist, und eine Nut aufweist, deren Breite sich allmählich zum Inneren des Umwälzweges hin verringert, wobei der Aufnahme-Abschnitt dazu dient, zwischen beiden Seiten der Nut des Aufnahme-Abschnitts jede der Kugeln zu führen, die in der Kugelumwälznut des Laufringteils abgewälzt werden, um die Kugel in dem Umwälzweg des Umwälzteils aufzunehmen; und eine Lippe, die auf dem Aufnahme-Abschnitt vorgesehen ist, und in die Kugelabwälznut des Laufringteils hin vorspringt, wobei sowohl der Aufnahme-Abschnitt als auch die Lippe in Kontakt mit einer der Kugeln an einer Aufnahmeposition stehen, an welcher der Aufnahme-Abschnitt damit beginnt, die Kugel von der Kugelabwälznut des Laufringteils aufzunehmen.
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AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Gemäß der Erfindung nach Patentanspruch 1 wird an der Scoop-Position jede Kugel an drei Punkten aufgenommen, welche zwei Punkte auf dem Aufnahme-Abschnitt und einen Punkt auf der Lippe umfassen (wobei jedoch die Kugel in Kontakt mit der Lippe an zwei oder mehr Punkten stehen kann), und hierdurch wird ermöglicht, den Verschleiß des Aufnahme-Abschnitts zu verringern.
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Bei der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 wird an der Scoop-Position jede Kugel sowohl durch den Aufnahme-Abschnitt als auch durch die Schrägfläche der Lippe aufgenommen.
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Bei der Erfindung gemäß Patentanspruch 3 führt dann, wenn sich jede Kugel von dem Umwälzweg des Umwälzteils zurück zur Mutter (und der Umlaufspindel) bewegt, die Lippe die versetzte Kugel an deren Basisabschnitt, und wird die Kraftkomponente der Kugel verringert, welche auf den Aufnahme-Abschnitt drückt. Auf diese Weise kann ein Verschleiß des Aufnahme-Abschnitts verringert werden.
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Bei der Erfindung gemäß Patentanspruch 4 wird in der Aufnahmeposition jede Kugel an drei Punkten aufgenommen, welche zwei Punkte auf dem Aufnahme-Abschnitt und einen Punkt an der inneren Oberfläche an der Seite des Endes der Spitze der Lippe umfassen (allerdings kann die Kugel in Kontakt mit der Lippe an zwei oder mehr Punkten stehen), wodurch ermöglicht wird, den Verschleiß des Aufnahme-Abschnitts zu verringern.
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Bei der Erfindung gemäß Patentanspruch 5 wird ermöglicht, eine Spannungskonzentration auf der Lippe zu entlasten, und wird daher ermöglicht, eine Beschädigung der Lippe zu verhindern.
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Bei der Erfindung gemäß Patentanspruch 6 wird ermöglicht, zu verhindern, dass der Aufnahme-Abschnitt in Fresseingriff mit jedem Abstandsstück gelangt, das zwischen Kugeln angeordnet ist.
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Bei der Erfindung gemäß Patentanspruch 7 wird ermöglicht, zu verhindern, dass sich jedes Abstandsstück mit dem Endabschnitt der Lippe verhakt.
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Bei der Erfindung gemäß Patentanspruch 8 wird in der Scoop-Position jede Kugel an drei Punkten aufgenommen, welche zwei Punkte auf dem Aufnahme-Abschnitt und einen Punkt auf der Lippe umfassen (allerdings kann die Kugel in Kontakt mit der Lippe an zwei oder mehr Punkten stehen), und hierdurch wird ermöglicht, den Verschleiß des Aufnahme-Abschnitts zu verringern.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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- 1 ist eine Perspektivansicht, die ein Umwälzteil (Rückführrohr) einer herkömmlichen Kugelumlaufspindel erläutert;
- 2 ist eine Perspektivansicht, die ein Umwälzteil (Rückführrohr) erläutert, das mit einem herkömmlichen Aufnahme-Abschnitt versehen ist;
- 3 ist eine Ansicht von vorne, die den Aufnahme-Abschnitt erläutert, der in einen Fresseingriff mit einem Abstandsstück gelangt, das zwischen Kugeln angeordnet ist;
- 4 ist eine Querschnittsansicht, die einen herkömmlichen Aufnahme-Abschnitt erläutert, der mit einem Abstandsstück-Scoop-Abschnitt versehen ist;
- 5(A) und 5(B) sind Querschnittsansichten eines herkömmlichen Umwälzteils (5(A) zeigt eine Abnahmeposition, und
- 5(B) zeigt Kugeln, die zu einer Kugelabwälznut zurückkehren) ;
- 6(A) und 6(B) sind Ansichten, die jeweils Verschleiß in dem Aufnahme-Abschnitt (6(A) ist eine Gesamtansicht des Aufnahme-Abschnitts, und 6(B) ist eine vergrößerte Darstellung des in 6(A) gezeigten VI(B) Bereichs);
- 7 ist eine Querschnittsansicht einer Kugelumlaufspindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 8 ist eine Querschnittsansicht eines Muttern-Hauptkörpers entlang der Axialrichtung;
- 9 ist eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung, welche ein Endteil darstellt, das an dem Muttern-Hauptkörper befestigt ist;
- 10(A) und 10(B) sind Darstellungen, die jeweils einen Kugellaufring darstellen (10(A) stellt die Zentrumslinie des Kugellaufrings dar, in Axialrichtung der Spindelwelle, und 10(B) stellt die Zentrumslinie des Kugellaufrings dar, gesehen von der Seite der Spindelwelle aus);
- 11(A) und 11(B) sind Darstellungen, die jeweils eine Kugelaufnahmerichtung erläutern (11(A) zeigt die Kugelaufnahmerichtung in der Axialrichtung der Spindelwelle, und 11(B) zeigt die Kugelaufnahmerichtung gesehen von der Seite der Spindelwelle aus);
- 12 ist eine Perspektivansicht eines Endteils;
- 13 ist eine Perspektivansicht in Explosionsdarstellung des Endteils;
- 14 ist eine Perspektivansicht eines Endteils;
- 15 ist eine Perspektivansicht eines R-Teils;
- 16(A) bis 16(C) sind Ansichten, die jeweils den Aufnahme-Abschnitt zeigen, von welchem die Lippe entfernt ist ( 16(A) zeigt den Aufnahme-Abschnitt in Axialrichtung der Spindelwelle, 16(B) zeigt den Aufnahme-Abschnitt gesehen von der Seite der Spindelwelle aus, und 16(C) zeigt eine Beziehung zwischen der Nutbreite des Aufnahme-Abschnitts und einem Aufnahmeniveau der Kugel);
- 17 ist eine Querschnittsansicht des Aufnahme-Abschnitts, der mit der Lippe versehen ist;
- 18 ist eine Ansicht, die einen Aufnahme-Abschnitt darstellt, mit der Lippe, die eine geradlinige innere Oberfläche aufweist (in Axialrichtung der Spindelwelle);
- 19 ist eine Perspektivansicht, welche den Aufnahme-Abschnitt erläutert, wobei die Lippe, die geradlinige innere Oberfläche aufweist;
- 20 ist eine Ansicht, die einen entfernten Abschnitt der Lippe zeigt (in Axialrichtung der Spindelwelle);
- 21 ist eine Ansicht von vorn der endgültigen Lippe;
- 22 ist eine Perspektivansicht einer Bewegungsführungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 23 ist eine Perspektivansicht eines Umwälzteils; und
- 24 ist eine Querschnittsansicht des Umwälzteils entlang des Richtungsänderungsweges.
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BESCHREIBUNG VON BEZUGSZEICHEN
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- 21
- Spindelwelle
- 21a
- Kugelumwälznut
- 22
- Mutter
- 22a
- Abwälznut für eine belastete Kugel
- 23
- Kugel
- 24
- Abstandsstück
- 25
- Richtungsänderungsweg (Umwälzweg)
- 26
- Kugelrückführweg (Umwälzweg)
- 27
- Rohrteil (Umwälzteil)
- 28
- Endteil (Umwälzteil)
- 41
- Nut des Aufnahme-Abschnitts
- 42
- Aufnahme-Abschnitt
- 43
- Lippe
- 43a
- Basisabschnitt
- 43b
- Endabschnitt (verjüngte Oberfläche)
- 43c
- Ende an der Spitze
- 51
- Laufringschiene (erstes Laufringteil)
- 51a
- erste Kugelabwälznut
- 52
- Gleitteil
- 53
- erstes Umwälzteil
- 55
- Richtungsänderungsweg (erster Umwälzweg)
- 61
- Aufnahme-Abschnitt
- 62
- erste Lippe
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BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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7 zeigt einen Querschnitt durch eine Kugelumlaufspindel gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Kugelumlaufspindel weist eine Spindelwelle 21 auf, die eine helixförmige Kugelabwälznut 21a auf der äußeren Oberfläche aufweist, und eine Mutter 22, die eine helixförmige Abwälznut 22a für belastete Kugeln aufweist, auf der inneren Oberfläche, gegenüberliegend der Kugelabwälznut 21a. Zwischen der Kugelabwälznut 21a der Spindelwelle 21 und der Abwälznut für belastete Kugeln 22a der Mutter 22 befindet sich ein Belastungsabwälzweg A, in welchem mehrere Kugeln 23 abwälzbar angeordnet sind. Jede Kugel nimmt eine Belastung auf, also eine Druckbelastung, von der Spindelwelle 21 und der Mutter 22. Zwischen jeweils zwei benachbarten Kugeln 23 ist ein Abstandsstück 24 vorgesehen, damit die Kugeln nicht in Kontakt miteinander gelangen.
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Um mehrere Kugeln 23 umzuwälzen, die sich in dem Belastungsabwälzweg A abwälzen, weist die Mutter 23 einen Umwälzweg B auf, der so ausgebildet ist, dass er das eine Ende des Belastungsabwälzweges A mit dem anderen verbindet. Der Umwälzweg B ist in Umwälzteilen 27 und 28 vorgesehen, die in die Mutter 22 eingebaut sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform entsprechen die Umwälzteile 27 und 28 einem Rohrteil 27 und einem Endteil 28, die am jeweiligen Ende des Rohrteils 27 vorgesehen sind. Wenn die Mutter 22 in Bezug auf die Spindelwelle 21 gedreht wird, wälzt sich jede Kugel 23 infolge der Belastung zwischen der Kugelabwälznut 21a und der Abwälznut 22a für belastete Kugeln ab. Wenn die Kugel 23 zu einem Ende des Belastungsabwälzweges A abrollt, wird die Kugel 23 durch eines der Endteile 28 aufgenommen, und wird zum Durchgang durch das Rohrteil 27 zu dem anderen Endteil 28 veranlasst, damit sie zu dem Belastungsabwälzweg A zurückkehrt.
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Nunmehr erfolgt eine Beschreibung von Einzelheiten der Ausbildung jedes Teils. Wie in 7 gezeigt, ist eine helixförmige Kugelabwälznut 21a auf der äußeren Oberfläche der Spindelwelle 21 mit einem vorgegebenen Anschnittwinkel (Anschnittwinkel β) vorgesehen. Der Querschnitt der Kugelabwälznut 21a der Spindelwelle 21 weist beispielsweise die Form eines Spitzbogens auf, also einer Vereinigung von zwei Kreisbögen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist, um die zulässige Belastung zu erhöhen, und die Gesamtlänge der Mutter 22 zu verkürzen, die Anzahl an Gewindegängen der Kugelumwälznut 21a auf zwei eingestellt, kann jedoch jede beliebige Anzahl sein, beispielsweise eins, zwei oder drei.
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8 zeigt einen Querschnitt entlang der Axialrichtung eines Mutter-Hauptkörpers 29. Der Mutter-Hauptkörper 29 weist eine innere Oberfläche auf, auf welcher die Abwälznut 22a für belastete Kugeln so angeordnet ist, dass sie der Kugelabwälznut 21a der Spindelwelle 21 gegenüberliegt. Wie bei der Kugelabwälznut 21a der Spindelwelle 21 ist der Querschnitt der Abwälznut 22a für belastete Kugeln in Form eines Spitzbogens ausgebildet, also als Kombination von zwei Kreisbögen, zum Beispiel. In dem Mutter-Hauptkörper 29 ist ein Durchgangsloch 30a vorgesehen, das sich parallel zur Achse des Mutter-Hauptkörpers 29 erstreckt. Das Rohrteil 27 ist in dieses Durchgangsloch 30a so eingeführt, dass ein geradliniger Kugelrückkehrweg 26 innerhalb des Rohrteils 27 ausgebildet wird (siehe 7). An jedem Ende in Axialrichtung des Mutter-Hauptkörpers 29 ist ein ausgenommener Abschnitt 30b so ausgebildet, dass das Endteil 28 daran angebracht ist. In dem Endteil 28 ist ein bogenförmiger Richtungsänderungsweg 25 vorgesehen (siehe 7).
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Wie in 9 gezeigt, ist das Endteil 28 an einer Endoberfläche 32 des Mutter-Hauptkörpers 29 durch eine Befestigungsvorrichtung, wie beispielsweise einem Bolzen 31, befestigt. Wenn das Endteil 28 an dem Mutter-Hauptkörper 29 befestigt ist, ist das Rohrteil 27 sandwichartig zwischen den beiden Endteilen 28 eingeschlossen. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind insgesamt, da ein Gewinde mit zwei Gängen verwendet wird, zwei Gruppen der Umwälzteile 27 und 28 vorgesehen, die aus paarweise vorgesehenen Endteilen 28 und einem Rohrteil 27 bestehen. Allerdings kann die Anzahl an Gruppen der Umwälzteile 27 und 28 jede Anzahl sein, abhängig von der Anzahl an Gewindegängen der Spindelwelle 21.
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Wie in 7 gezeigt, ist auf jeder Endoberfläche des Mutter-Hauptkörpers 29 eine Abdeckung 34 angebracht, um das Endteil 28 abzudecken. Bei dieser Abdeckung 34 ist eine Labyrinthdichtung oder ein Ringdichtungsteil 33 eingebettet vorgesehen, um das Herauslecken eines Schmiermittels von innerhalb des Mutter-Hauptkörpers 29 zu verhindern, und um zu verhindern, dass irgendwelche Fremdkörper in die Spindelwelle 21 eindringen.
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Die 10(A) und 10(B) zeigen jeweils einen Laufring einer Kugel, die in dem helixförmigen Belastungsabwälzweg A, dem bogenförmigen Richtungsänderungsweg 25 und dem geradlinigen Kugelrückführweg 26 umläuft. 10(A) zeigt eine Zentrumslinie des Laufrings der Kugel 23, betrachtet in Axialrichtung der Spindelwelle 21, und 10(B) zeigt eine Zentrumslinie des Laufrings der Kugel 23, betrachtet von der Seite der Spindelwelle 21 aus. Wie aus den 10(A) und 10(B) hervorgeht, ist der Laufring der Kugel 23 in dem Belastungsabwälzweg A helixförmig, mit einem Radius von BCD/2. Andererseits ist der Laufring der Kugel 23 in dem Kugelrücklaufweg 26 geradlinig ausgebildet, parallel zur Achse 21c der Spindelwelle 21. Weiterhin ist der Laufring der Kugel 23 in dem Richtungsänderungsweg 25 kreisbogenförmig, mit einem Krümmungsradius R. An Verbindungsabschnitten des Belastungsabwälzweges A, des Richtungsänderungsweges 25 und des Kugelrücklaufweges 26 sind die jeweiligen Tangentenrichtungen des Laufrings der Kugel 23 stetig durchgehend ausgebildet.
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Die 11(A) und 11(B) erläutern eine Abnahmerichtung für eine Kugel 23. Wie in 11(A) gezeigt, wird in Axialrichtung der Spindelwelle 21 die Kugel 23 in Tangentialrichtung des kreisförmigen Laufrings des Belastungsabwälzweges A aufgenommen. Dann wird, wie in 11 (B) gezeigt, die Kugel in der Richtung aufgenommen, welche der Anschnittwinkelrichtung entspricht, gesehen von der Seite der Spindelwelle 21 aus. 12 ist eine Perspektivansicht eines Endteils 28, welches ein Umwälzteil bildet. Dieses Endteil 28 stellt ein Hauptmerkmal der vorliegenden Erfindung dar. Das Endteil 28 weist einen Aufnahme-Abschnitt 42 auf, der mit einer Nut 41 versehen ist, die eine sich allmählich verringernde Breite zur Innenseite des Richtungsänderungsweges aufweist. Der Aufnahme-Abschnitt 42 nimmt eine Kugel 23 zwischen beiden Seiten dieser
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Nut 41 auf, und nimmt die Kugel zur Innenseite des Richtungsänderungsweges 25 des Endteils 28 hin auf. Dann ist an der Unterseite der Nut 41 des Aufnahme-Abschnitts 42 (zur Innenseite des Richtungsänderungsweges 25 hin) eine Lippe 43 vorgesehen, die in die Kugelumwälznut 21a der Spindelwelle 21 hin vorsteht.
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Wie in 13 gezeigt, ist das Endteil 28 entlang der Zentrumslinie des Richtungsänderungsweges 25 auf ein innenseitiges R-Teil 28a und ein außenseitiges Endteil 28b unterteilt. Der Aufnahme-Abschnitt 42 und die Lippe 43 sind ebenfalls zweifach unterteilt. Das R-Teil 28a weist einen Flanschabschnitt 44 auf, der an der Endoberfläche des Mutter-Hauptkörpers 29 befestigt ist, und einen Hauptkörper 45, der vereinigt mit dem Flanschabschnitt 44 ausgebildet ist. Der Richtungsänderungsweg 25 ist in dem Hauptkörper 45 des R-Teils 28a vorgesehen. Das Endteil 28b weist einen Flanschabschnitt 45 auf, der dem Flanschabschnitt 44 des R-Teils 28a überlagert ist, sowie einen Hauptkörper 46, der vereinigt mit dem Flanschabschnitt 45 ausgebildet ist, und mit welchem der Richtungsänderungsweg 25 ausgebildet ist.
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Als nächstes erfolgt die Beschreibung eines Basisabschnitts und eines Endabschnitts der Lippe. 14 ist eine Perspektivansicht des Endteils 28b, und 15 ist eine Perspektivansicht des R-Teils 28a. Die Lippe 43 weist einen Basisabschnitt 43a zur Unterseite des Aufnahme-Abschnitts 42 hin auf, und einen Endabschnitt 43b zu dessen Endseite hin. Die innere Oberfläche des Basisabschnitts 43a ist nicht schräg in Bezug auf die innere Oberfläche des Richtungsänderungsweges 25 ausgebildet, wogegen die innere Oberfläche des Endabschnitts 43b schräg zur inneren Oberfläche des Richtungsänderungsweges 25 verläuft.
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Die folgende Beschreibung betrifft die Einzelheiten der Ausbildung des Aufnahme-Abschnitts 42 und der Lippe. Die 16(A) bis 16(C) erläutern den Aufnahme-Abschnitt 42, von welchem die Lippe 43 entfernt ist. 16(A) zeigt den Aufnahme-Abschnitt 42 in Axialrichtung der Spindelwelle, 16(B) zeigt den Aufnahme-Abschnitt 42 von der Seite der Spindelwelle aus, und 16(C) zeigt die Beziehung zwischen der Nutbreite b des Aufnahme-Abschnitts 42 und einem Aufnahmeniveau t der Kugel. Wie aus 16(A) hervorgeht, ist die Form der Nut 41 des Aufnahme-Abschnitts 42 in Axialrichtung der Spindelwelle jene eines Kreisbogens. Der Krümmungsradius R1 der Nut 41 ist kleiner als der Krümmungsradius R2 der Laufringzentrumslinie 47 der Kugel 23, die in der Kugelabwälznut 21a der Spindelwelle 21 abrollt, und etwas größer als der Krümmungsradius R3 des
Außendurchmessers 21b der Spindelwelle 21. Wie in 16(B) gezeigt, wird die Breite der Nut 41 allmählich zur Innenseite des Richtungsänderungsweges hin kleiner.
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Nunmehr erfolgt unter Bezugnahme auf die 16(A) bis 16(C) die Beschreibung einer Aufnahmeposition für den Aufnahme-Abschnitt 42, um mit der Aufnahme jeder Kugel 23 von der Kugelumwälznut 21a der Spindelwelle 21 zu beginnen. Wie in 16(A) gezeigt, ist die Abmessung der Kugel 23 in der Abwälzrichtung in der Nut 41 des Aufnahme-Abschnitts 42, wenn die Kugel
23 in der Kugelabwälznut 21a abrollt, mit „x“ bezeichnet. Da die Kugel 23 immer in der Kugelabwälznut 21a abrollt, bleibt die Abmessung x unverändert. Da die Kugel 23 kugelförmig ist, wird dann, wenn die Breite „y“ der Nut 41 kleiner wird als die Abmessung „x“, die Kugel 23 aufgenommen. Anders ausgedrückt ist jener Ort, an welchem die Abmessung „x“ zuerst die Breite „y“ der Nut 41 des Aufnahme-Abschnitts überschreitet, eine Aufnahmeposition. Bei diesem Beispiel ist die Bedingung y1=x erfüllt, und ist die Position mit der Breite y1 die Aufnahmeposition.
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Beim Erreichen der Aufnahmeposition wird die Kugel 23, die in der Kugelabwälznut 21a abrollt, durch den Aufnahme-Abschnitt 42 aufgenommen. Wenn sich die Kugel 23 über die Aufnahmeposition herausbewegt, wird die Nutbreite „y“ allmählich von y1 bis y26 kleiner, wie dies in 16(B) gezeigt ist. Wie aus 16(C) hervorgeht, wird dann, wenn sich die Nutbreite „y“ verkleinert hat, die Kugel um eine Höhe aufgenommen, die von t1 bis t26 reicht, entsprechend der Nutbreite. In 16(A) ist eine Zentrumslinienbahn S der Kugel 23 gezeigt, wenn die Kugel angehoben wird. Nach Durchgang durch die Aufnahmeposition wird die Kugel 23 um einen vorbestimmten Winkel γ relativ zur Zentrumslinie 25a des Richtungsänderungsweges 25 aufgenommen. Dieser Winkel γ beträgt etwa 5 Grad.
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17 ist eine Querschnittsansicht des Aufnahme-Abschnitts 42, der mit der Lippe 43 versehen ist. Das Ende an der Spitze 43c der Lippe 43 ist hinter der unteren Seite des Aufnahme-Abschnitts 42 relativ zur Aufnahmeposition P angeordnet. Die innere Oberfläche des Basisabschnitts 43a der Lippe 43 verläuft nicht schräg zur inneren Oberfläche des Richtungsänderungsweges 25, wogegen die innere Oberfläche des Endabschnitts 43b der Lippe 43 um einen Winkel δ nach außen zum Ende an der Spitze 43c verläuft. Dieser Schrägstellwinkel δ ist so gewählt, dass dann, wenn die Kugel 23 die Aufnahmeposition P erreicht (genau dann, wenn die Kugel 23 in Axialrichtung der Spindelwelle 21 herunterfällt), die Kugel 23 in Kontakt sowohl mit dem Aufnahme-Abschnitt 42 als auch der Lippe 43 gebracht wird. Durch diese Maßnahme nehmen im Idealfall der Aufnahme-Abschnitt 42 und die Lippe 43 die Kugel 23 an drei Punkten auf, welche zwei Punkte der Nut 41 des Aufnahme-Abschnitts 42 und einen Punkt des Endabschnitts 43b der Lippe 43 umfassen. Hierbei berührt die Lippe 43 die Kugel eher durch seine Ebene als durch seinen Punkt. Wenn daher die Kugel 23 durch den Aufnahme-Abschnitt 42 aufgenommen wird, wird die Belastung, die auf den Aufnahme-Abschnitt 42 von der Kugel 23 aus einwirkt, über die Lippe 43 verteilt, so dass der Verschleiß des Aufnahme-Abschnitts 42 verringert werden kann. Weiterhin fällt, wenn die Kugel 23 ihr Gleichgewicht verliert, und sich vom Aufnahme-Abschnitt 42 in die Kugelabwälznut 21a bewegt, die Kugel 23 in Axialrichtung der Spindelwelle 21 entlang der sich verjüngenden Oberfläche des Endabschnitts 43b herunter, wodurch der Verschleiß des Aufnahme-Abschnitts 42 verhindert werden kann.
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Hierbei kann an der Aufnahmeposition P, selbst wenn die Kugel 23 nicht in Kontakt mit den drei Punkten des Aufnahme-Abschnitts 42 und der Lippe 43 steht, kein Problem auftreten, wenn der Aufnahme-Abschnitt 42 geringfügig in akzeptablem Ausmaß verschleißt, und sich die Aufnahmeposition P bewegt, was dazu führt, dass die Kugel 23 schließlich in Kontakt mit den drei Punkten des Aufnahme-Abschnitts 42 und der Lippe 43 versetzt wird. Ein derartiger Fall ist akzeptabel unter Berücksichtigung tatsächlicher Entwurfs- und Bearbeitungstoleranzen, obwohl es den Idealfall darstellt, dass die Kugel 23 von Anfang an in Kontakt mit den drei Punkten steht.
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Das Ende 43c an der Spitze der Lippe 43 (genauer gesagt, das Ende 43c an der Spitze, das weiter von dem Endabschnitt 43b entfernt ist) ist abgeschrägt ausgebildet, beispielsweise mit einem Krümmungsradius R von 0,2. Jedes Abstandsstück 24 mit kleinem Durchmesser, im Vergleich zu jenem der Kugel 23, stößt manchmal gegen das Ende 43c an der Spitze der Lippe 43 an. Da das Ende 43c an der Spitze abgeschrägt ausgebildet ist, kann ein Zusammenstoß des Abstandsstücks 24 mit dem Ende 43c an der Spitze der Lippe 43 verhindert werden.
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Weiterhin ist, wie voranstehend geschildert, der Basisabschnitt 42a der Lippe 43 nicht schräg in Bezug auf die innere Oberfläche des Richtungsänderungsweges 25 ausgebildet, und erstreckt sich geradlinig von dort aus. Dies liegt daran, dass der Basisabschnitt 43a der Lippe 43 die Kugel 23 führt, die sich zur Kugelabwälznut 21a bewegt, um hierdurch zu verhindern, dass die Kugel 23 ihr Gleichgewicht verliert. Wie in 16(A) gezeigt, nimmt der Aufnahme-Abschnitt 42 die Kugel 23 mit dem Schrägstellwinkel von etwa 5 Grad auf. Angesichts dieser Tatsache ist der Schrägstellwinkel des Basisabschnitts 43a auf weniger als 5 Grad eingestellt, so dass die Kugel 23 in Kontakt mit dem Basisabschnitt 43a versetzt wird.
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Die 18 und 19 zeigen eine Lippe 43, die eine innere Oberfläche aufweist, die sich geradlinig über den Basisabschnitt 43a und den Endabschnitt 43b erstreckt. Wenn eine derartige Lippe 43 versuchsweise hergestellt wurde, bestätigte sich, dass ein Wackeln der Kugel 23 verringert werden konnte. Allerdings wurde die Kugel durch die Lippe 43 aufgenommen, bevor sie durch den Aufnahme-Abschnitt 42 aufgenommen wurde, was zum Auftreten eines Risses
oder Spalts in einem dünnen Abschnitt 48 der Lippe 43 führte. Dies lag daran, dass die Kugel 23 gegen den dünnen Abschnitt 48 der Lippe 43 anstieß. Genauer gesagt, wurde die Kugel 23 gegenüber dem Laufring 49 verschoben, bewegte sich in einem Laufring 50 nahe an der Lippe 43, und stieß gegen die Lippe an.
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Um das Problem eines Risses der Lippe 43 zu lösen, wurde der dünne Abschnitt einschließlich eines in 20 gezeigten, schraffierten Bereichs entfernt. Genauer gesagt wird, unter der Annahme, dass sich die Kugel 23 in dem Laufring 50 am nächsten an der Lippe 43 bewegt hat, eine vertikale Linie (1) von dem Ende 43d an der Spitze der Lippe 43 gezogen, wird die vertikale Linie (1) zentriert, und wird eine Kugel 23 tangential zum Ende 43d an der Spitze der Lippe 43 gezeichnet. Dann wird eine vertikale Linie (2) von der Kugel 23 aus innerhalb des Endteils 28 gezogen. Ein Kreis (1) wird gezeichnet, der tangential zur vertikalen Linie (2) und dem Inneren des Endteils 28 verläuft, also zur Nut 41 des Aufnahme-Abschnitts (der Durchmesser des Kreises (1) hängt von dem Durchmesser der Kugel ab). Es wird ein Liniensegment (3) gezogen, welches den Kreis (1) und das Ende 43d an der Spitze der Lippe 43 verbindet, und der schraffierte Bereich wird entfernt. Der Basisabschnitt 43a der Lippe 43 wird geschnitten, so dass er einen geschnittenen Bereich in Form eines Kreisbogens aufweist, um so eine Spannungskonzentration abzubauen, die auftritt, wenn die Kugel 23 mit dem Basisabschnitt 43a zusammengestoßen ist. In dieser Figur sind zwei dünne Abschnitte 48 der Lippe 43 erkennbar, da die Lippe 43 um den Anschnittwinkel schräg steht. Das Entfernen wird beispielsweise mittels Stirnfräsen durchgeführt.
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Auf diese Weise wird ermöglicht, zu verhindern, dass die Kugel 23 mit dem dünnen Abschnitt 48 zusammenstößt, wenn sich die Kugel 23 in dem Laufring 50 am nächsten an der Lippe bewegt. Weiterhin ermöglicht das Entfernen des dünnen Abschnitts 48, dass andere Abschnitte dicker werden, was zu einer Erhöhung der Festigkeit der Lippe 43 führt. Wenn die Lippe 43 so ausgebildet ist, dass sie sich geradlinig über dem Basisabschnitt 43a und dem Ende 43d an der Spitze erstreckt, bleibt das Problem eines Risses des Endes 43d an der Spitze der Lippe 43 immer noch ungelöst, selbst wenn der schraffierte Bereich entfernt wird. Um das Problem endgültig zu
lösen, ist die innere Oberfläche des Endabschnitts 43b der Lippe 43 schräg angeordnet, wie in 17 gezeigt. Die Ansicht von vorn der endgültigen Lippe 43 ist in 21 dargestellt.
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22 zeigt eine Bewegungsführungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Bewegungsführungsvorrichtung setzt dieselbe technische Idee ein wie der Aufnahme-Abschnitt 42 und die Lippe 43 der voranstehend beschriebenen Kugelumlaufspindel. Die Bewegungsführungsvorrichtung ist eine Vorrichtung zum Führen eines sich bewegenden Teils, beispielsweise eines Tisches oder dergleichen, auf einem festen Teil, beispielsweise einem Bett oder einem Support, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Laufringschiene 51 als ein Laufringteil, die auf dem festen Teil vorgesehen ist, und eine erste Kugelabwälznut 51a aufweist, die sich in Längsrichtung erstreckt; ein Gleitteil 52, das einen Kugelumwälzweg aufweist, der so ausgebildet ist, dass er eine erste Abwälznut für eine belastete Kugel entsprechend der ersten Kugelabwälznut 51a der Laufringschiene 51 aufweist, und so auf der Laufringschiene 51 angebracht ist, dass es sich relativ zu dieser bewegen kann; mehrere Kugeln, die abwälzbar zwischen der ersten Kugelabwälznut 51a der Laufringschiene 51 und der ersten Abwälznut für eine belastete Kugel des Gleitteils 52 geführt sind; mehrere Abstandsstücke, die jeweils zwischen zwei benachbarten Kugeln angeordnet sind; und erste Umwälzteile 53, 53 zum Umwälzen der Kugeln und der Abstandsstücke.
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Die 23 und 24 zeigen ein erstes Umwälzteil 53. 23 ist eine Perspektivansicht des ersten Umwälzteils 53, und 24 ist eine Querschnittsansicht des ersten Umwälzteils 53 entlang dem Richtungsänderungsweg 55. Das erste Umwälzteil 53 weist einen Richtungsänderungsweg 55 zum Verbinden eines Kugelrückführwegs 56 und eines Kugelabwälzweges 57 auf. Genauer gesagt, weist das erste Umwälzteil 53 einen äußeren Führungsabschnitt 58 auf, der einen Außenumfang des Richtungsänderungsweges 55 bildet, und weist das Gleitteil 52 einen bogenförmigen, inneren Führungsabschnitt 59 auf, welcher einen Innenumfang des Richtungsänderungsweges 55 bildet.
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Wie in 23 gezeigt, ist an der Unterseite des ersten Umwälzteils 53 ein Aufnahme-Abschnitt 61 vorgesehen, der eine erste Nut mit einer sich allmählich verringernden Breite zur Innenseite des Richtungsänderungsweges hin aufweist. Der Aufnahme-Abschnitt 61 nimmt eine Kugel 23 auf, die in der ersten Kugelabwälznut 51a der Laufringschiene 51 abrollt, auf solche Art und Weise, dass beide Seiten der ersten Nut des Aufnahme-Abschnitts 61 die Kugel 23 halten. Wie in 24 gezeigt, ist die erste Nut des Aufnahme-Abschnitts 61 an der Seite der Laufringschiene 51 relativ zur Zentrumslinie 63 des Richtungsänderungsweges 55 vorgesehen. Der Aufnahme-Abschnitt 61 weist eine erste Lippe 62 auf, der in die erste Kugelabwälznut 51a der Laufringschiene 51 vorsteht. Unter der Annahme, dass jener Ort, an welchem der Aufnahme-Abschnitt 61 mit dem Aufnehmen jeder Kugel 23 von der ersten Kugelabwälznut 51a der Laufringschiene 51 beginnt, die Aufnahmeposition ist, stehen sowohl der Aufnahme-Abschnitt 61 als auch die erste Lippe 62 in Kontakt mit der Kugel 23 an der Aufnahmeposition. Dies ist ebenso wie bei der Kugelumlaufspindel gemäß der ersten Ausführungsform.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die voranstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und kann auf verschiedene Arten und Weisen verwirklicht werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise ist zwar der Schrägstellwinkel der inneren Oberfläche bei dem Basisabschnitt und dem Endabschnitt der Lippe bei den voranstehend geschilderten Ausführungsformen verschieden, jedoch kann der Schrägstellwinkel bei dem Basisabschnitt und dem Endabschnitt auch gleich sein, wenn nur jede Kugel an drei Punkten aufgenommen wird. Weiterhin ist die vorliegende Erfindung bei einer nur mit Kugeln arbeitenden Kugelumlaufspindel einsetzbar, bei welcher kein Abstandsstück vorhanden ist. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung auch bei einer Kugelumlaufspindel des Rückführrohr-Typs einsetzbar, und kann in diesem Fall das Rückführrohr aus Metall oder Harz bestehen.
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BEISPIELE
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Der Erfinder stellte einen Aufnahme-Abschnitt und eine Lippe, wie voranstehend beschrieben, her, und versuchte tatsächlich umlaufende Kugeln. Aufgrund dieses Versuchs bestätigte der Erfinder, dass kein merkbarer Verschleiß in dem Aufnahme-Abschnitt und der Lippe auftrat, selbst wenn die Kugelumlaufspindel mit hoher Drehzahl mit einem DN-Wert von 210 000 etwa 500 km betrieben wurde. Er bestätigte ebenfalls, dass nach dem Aufnehmen jeder Kugel an der Aufnahmeposition die Kugel in dem idealen Laufring abrollte, wie vorhergesagt.
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Der vorliegende Anmeldungstext beruht auf der japanischen Patentanmeldung Nr.
2005-151471 , eingereicht am 24. Mai 2005, deren Gesamtinhalt durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung eingeschlossen wird.
