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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kugelgewindevorrichtung, bei der ein Mutternelement und eine Schraubenwelle über eine Vermittlung einer großen Anzahl von Kugeln, die dazwischen angeordnet sind, drehbar miteinander in Eingriff gebracht werden, um zum Beispiel bei einem Kraftfahrzeug ein Drehen einer Lenkwelle in eine axiale Bewegung einer Zwischenstange umzuwandeln. Im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung eine Kugelgewindevorrichtung mit einer Struktur, die für einen sogenannten Typ großer Steigung geeignet ist, wobei ein Maß axialer Bewegung einer Schraubenwelle bei einer Drehung eines Mutternelementes groß eingestellt ist.
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STAND DER TECHNIK
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Bei einem bekannten Beispiel für eine Kugelgewindevorrichtung zum Umwandeln einer Drehbewegung in eine lineare Bewegung oder zum Umwandeln einer linearen Bewegung in eine Drehbewegung werden ein Mutternelement und eine Schraubenwelle über eine Vermittlung einer großen Anzahl von Kugeln drehbar miteinander in Eingriff gebracht. Eine Rollnut für die Kugeln ist schraubenförmig in einer Außenumfangsfläche der Schraubenwelle mit einer vorgegebenen Steigung ausgebildet und außerdem ist ein Durchgangsloch, in das die Schraubenwelle eingeführt wird, an dem Mutternelement ausgebildet. Eine Last-Rollnut, die der Rollnut der Schraubenwelle gegenüberliegt, ist in einer Innenumfangsfläche des Durchgangslochs ausgebildet. Da die Last-Rollnut des Mutternelementes und die Rollnut der Schraubenwelle einander gegenüberliegen, wird eine Schrauben-Last-Kugelbahn zwischen dem Mutternelement und der Schraubenwelle ausgebildet, und die Kugeln werden gerollt, während sie eine Last tragen, die zwischen dem Mutternelement und der Schraubenwelle in der Last-Kugelbahn wirkt. Bei dieser Struktur kann eine relative Schraubenbewegung zwischen dem Mutternelement und der Schraubenwelle durchgeführt werden. Des Weiteren ist das Mutternelement mit einer Lastlos-Kugelbahn zum kommunizierenden Koppeln der beiden Enden der Last-Kugelbahn versehen und die Kugeln, die in der Last-Kugelbahn gerollt werden, werden über die Lastlos-Kugelbahn zu der Last-Kugelbahn zurückgeführt, um umzulaufen. Das heißt, dass das Mutternelement mit einer Endlosumlaufbahn für die Kugeln versehen ist und die Kugeln in der Last-Kugelbahn und der Lastlos-Kugelbahn umlaufen, wodurch das Mutternelement kontinuierlich in Bezug auf die Schraubenwelle bewegt werden kann.
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Als Verfahren zum Versehen des Mutternelementes mit einer Endlosumlaufbahn für die Kugeln sind, wie folgt, drei vorherrschende Verfahren bekannt. Das erste Verfahren ist ein sogenanntes Rückführungsrohrverfahren, dass das Anbringen eines in einer im Wesentlichen U-förmigen Form ausgebildeten Rückführungsrohrs an dem Mutternelement beinhaltet. Bei diesem Verfahren wird das Rückführungsrohr derart an dem Mutternelement angebracht, dass es mehrere Nuten der Schrauben-Last-Kugelbahn überquert, und die Kugeln werden veranlasst, über die Lastlos-Kugelbahn, die an dem Rückführungsrohr vorhanden ist, von einem Ende zu dem anderen Ende der Last-Kugelbahn umzulaufen (
JP 2005-003106 A und Ähnliches).
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Des Weiteren ist das zweite Verfahren ein sogenanntes Umlenkerverfahren, das das Einbetten eines Einsatzes, der als ein Umlenker bezeichnet wird, in ein Mutternelement beinhaltet. Der Umlenker ist mit einer Kugelrückführungsnut versehen, die der Schraubenwelle gegenüberliegt und nutlose Abschnitte der Schraubenwelle überquert, und die Kugelrückführungsnut koppelt die Endabschnitte einer einzelnen Nut der Last-Kugelbahn um die Schraubenwelle herum miteinander. Bei dieser Struktur werden, wenn die Kugeln, die in der Last-Kugelbahn gerollt worden sind, die Anbringungsposition des Umlenkers erreichen, die Kugeln in die Kugelrückführungsnut hineingeleitet, um die Rollnut der Schraubenwelle zu verlassen und über den nutlosen Abschnitt der Schraubenwelle zu klettern, und dann zu dem Einlass der Last-Kugelbahn zurückgeführt (
JP 2006-038099 A und Ähnliches).
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Des Weiteren ist das dritte Verfahren ein sogenanntes Endkappenverfahren. Bei diesem Endkappenverfahren wird durch das Mutternelement hindurchgeleitet, um die Kugelrückführungsbahn in der axialen Richtung auszubilden, und ist mit Endkappen, die Richtungsänderungsbahnen für die Kugeln enthalten, an beiden axialen Enden des Muttemelementes versehen, und die Kugeln, die in der Last-Kugelnut gerollt worden sind, werden über die Richtungsänderungsbahnen in die Kugelrückführungsbahn des Mutternelementes hineingeleitet. Das heißt, dass die Endabschnitte der Last-Kugelbahn mittels der Richtungsänderungsbahnen, die mit den Endkappen versehen ist, mit den Endabschnitten der Lastlos-Kugelbahn gekoppelt werden, wodurch die Endlosumlaufbahn für die Kugeln verwirklicht wird (
JP 2005-042796 A und Ähnliches).
- Patentdokument 1: JP 2005-003106 A
- Patentdokument 2: JP 2006-038099 A
- Patentdokument 3: JP 2005-042796 A
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OFFENLEGUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
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Unter den drei Kugelumlaufverfahren ist das Endkappenverfahren dasjenige, das zum Erhöhen der Steigung der Schraubenwelle am besten geeignet ist. Dies kommt daher, weil im Wesentlichen bei dem Umlenkerverfahren der in das Mutternelement eingebettete Umlenker vorhanden ist, um die angrenzenden Rollnuten zu überqueren, und folglich die Schraubenwelle mit einer großen Steigung nicht bearbeitet werden kann. Des Weiteren kommt dies außerdem daher, weil bei dem Rückführungsrohrverfahren die gesamte Länge des Rückführungsrohrs extrem groß eingestellt werden muss und es folglich schwierig ist, die Schraubenwelle mit einer großen Steigung zu bearbeiten, wenn die Bearbeitungsgenauigkeit des Rückführungsrohrs und deren Anbringungsgenauigkeit an dem Mutternelement berücksichtigt wird. In Anbetracht des Vorgenannten wird das Endkappenverfahren bei fast allen der im Allgemeinen verwendeten Kugelgewindevorrichtungen mit einer großen Steigung angenommen.
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Des Weiteren wird bei einem Beispiel für die Verwendungsart der Kugelgewindevorrichtung die Drehkraft von einem Motor oder Ähnlichem auf das Mutternelement übertragen und die Schraubenwelle wird in der axialen Richtung gemäß dem Drehen des Mutternelementes bewegt Herkömmlicherweise gehören zu Beispielen für eine Kugelgewindevorrichtung, die für die oben beschriebene Verwendungsart geeignet ist, eine Drehkugelgewindevorrichtung, bei der eine Außenrollbahn des Drehlagers über die Vermittlung der Kugeln an dem Außenumfangsabschnitt des Mutternelementes angebracht ist. Bei dieser Drehkugelgewindevorrichtung wird das Mutternelement als eine Innenrollbahn des Drehlagers verwendet und folglich ist es notwendig, die kreisförmige Rollnut für die Kugeln in der Außenumfangsfläche des Mutternelementes auszubilden. Bei dem Rückführungsrohrverfahren oder dem Umlenkerverfahren kann jedoch die Rollnut nicht in der Außenumfangsfläche des Mutternelementes ausgebildet werden, weil das Rückführungsrohr oder der Umlenker ein Hindernis sind. Daher wird das Endkappenverfahren bei der Drehkugelgewindevorrichtung angenommen.
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Bei dem Endkappenverfahren muss jedoch durch das Mutternelement hindurchgeleitet werden, um die Kugelrückführungsbahn in seiner axialen Richtung auszubilden, und folglich wird der Außendurchmesser des Mutternelementes übermäßig größer als der Außendurchmesser der Schraubenwelle. Daher ist es bei der Kugelgewindevorrichtung des Endkappenverfahrens schwierig, Verkleinerung und Gewichtseinsparung bei dem Mutternelement zu erreichen. Dies ist ein signifikantes Problem bei der Drehkugelgewindevorrichtung, das heißt bei der Kugelgewindevorrichtung, bei der das Drehlager außerhalb des Mutternelementes angebracht ist.
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Des Weiteren ist es bei dem Endkappenverfahren notwendig, ein Paar Endkappen an beiden axialen Enden des Mutternelementes anzuschrauben. Darüber hinaus werden die Endkappen in nahezu allen Fällen unter Verwendung eines Kunstharzes hergestellt, weil daran die Richtungsänderungsbahnen komplizierter Profile vorhanden sind. Somit ist es schwierig, die Zuverlässigkeit für die Verwendung sicherzustellen, bei der Beständigkeit erforderlich ist.
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Des Weiteren müssen bei der herkömmlichen Kugelgewindevorrichtung das Rückführungsrohr, der Umlenker oder die Endkappen an dem Mutternelement angebracht werden. Auf Grund einer großen Anzahl von Bauteilen und der Zeit und des Arbeitseinsatzes, die bei der Montage beteiligt sind, sind daher ihre Produktionskosten hoch.
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Dagegen wird bei der Drehkugelgewindevorrichtung die Drehkraft auf das Mutternelement übertragen und folglich wäre es passend, wenn das Zahnrad integral an dem axialen Endabschnitt des Mutternelementes ausgebildet wäre. Bei dem Endkappenverfahren wird jedoch ein Paar Endkappen an beiden axialen Enden des Mutternelementes angebracht und folglich ist es schwierig, das Zahnrad an dem Endabschnitt des Mutternelementes auszubilden. Selbst wenn das Zahnrad ausgebildet wird, ist der Durchmesser des Zahnrades unvermeidbar groß, um von den Endkappen entfernt zu sein, wobei dies dazu führt, dass ein Problem der Zunahme der Größe und des Gewichts des Mutternelementes entsteht. Weiterer Stand der Technik ist aus dem Dokument
DE 23 52 454 A bekannt.
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EINRICHTUNGEN ZUM LÖSEN DER PROBLEME
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Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht der vorgenannten Probleme gemacht. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelgewindevorrichtung mit einer neuartigen Kugelumlaufstruktur bereitzustellen, die für eine Schraubenwelle mit einer großen Steigung geeignet ist, optimal zum Verkleinern und Gewichtseinsparen bei einem Mutternelement ist, bei geringen Kosten hergestellt werden kann und selbst unter harten Verwendungsbedingungen hohe Zuverlässigkeit zeigen kann.
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Des Weiteren besteht eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Kugelgewindevorrichtung bereitzustellen, die mit einer Kugelumlaufstruktur versehen ist, die für eine Drehkugelgewindevorrichtung optimal ist.
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Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand von Anspruch 1 gelöst.
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Die Lastlos-Kugelbahn wird aus einer Lastlos-Kugelnut, die schraubenförmig in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs des Mutternelementes ausgebildet ist, und aus einem Paar Richtungsänderungsnuten gebildet wird, die die Last-Rollnut und die Lastlos-Kugelnut kommunizierend miteinander koppeln, um die Endlosumlaufbahn als einen geschlossenen Ring zu vollenden. Mit anderen Worten sind die Lastlos-Kugelnut und die Last-Rollnut als ein Mehrganggewinde in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs des Mutternelementes ausgebildet.
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Die Lastlos-Kugelnut liegt einem nutlosen Abschnitt gegenüber, wobei die Rollnut, die an der Schraubenwelle ausgebildet ist, ausgenommen ist, das heißt, dass sie einem Stegabschnitt zwischen der Rollnut und der Rollnut, die in der axialen Richtung aneinander angrenzen, gegenüberliegt, um das Rollen der Kugeln in der Last-Kugelbahn nicht zu behindern. Bei dieser Struktur werden die Kugeln, die in der Lastlos-Kugelnut gerollt werden, in der Lastlos-Kugelnut gehalten. Wie oben beschrieben, wird die Lastlos-Kugelbahn durch das Zusammenwirken der Schrauben-Lastlos-Kugelnut, mit der das Mutternelement versehen ist, und des nutlosen Abschnitts der Schraubenwelle gebildet, und die Kugeln werden in der Lastlos-Kugelbahn gerollt, während sie mit dem nutlosen Abschnitt der Schraubenwelle in Kontakt sind.
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Die Richtungsänderungsnuten sind an den Positionen, die der Schraubenwelle gegenüberliegen, ausgebildet und bewirken, dass die Kugeln, die in den Rollnuten der Schraubenwelle gerollt werden, die Rollnuten verlassen und dass die Bewegungsrichtung der Kugeln derart umgewandelt wird, dass die Kugeln in die Lastlos-Kugelnut hineingeleitet werden. Bei dieser Struktur wird die Endlosumlaufbahn als ein geschlossener Ring vollendet, in dem die Kugeln in Umlauf gebracht werden.
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Um zu bewirken, dass die Kugeln die Rollnuten der Schraubenwelle derart verlassen, dass die Kugeln auf den nutlosen Abschnitt der Schraubenwelle gehoben werden, sind die Richtungsänderungsnuten derart ausgebildet, dass sie von der Last-Rollnut zu der Lastlos-Kugelnut allmählich tiefer werden, um die Last-Rollnut und die Lastlos-Kugelnut kontinuierlich stufenlos miteinander zu koppeln.
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Selbstverständlich müssen die Richtungsänderungsnuten nicht direkt in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs des Mutternelementes ausgebildet werden. Zum Beispiel können die Richtungsänderungsnuten in einem anderen Element als dem Mutternelement ausgebildet sein, so dass das andere Element als ein Umlenker dient, der an der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs des Mutternelementes anzubringen ist Um jedoch hohe Zuverlässigkeit unter harter Verwendungsumgebung sicherzustellen und eine Herstellungskostenverringerung zu erreichen, ist zu bevorzugen, dass die Richtungsänderungsnuten durch Schneiden unter Verwendung eines Stirnfräsers oder durch Schleifen direkt in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs des Mutternelementes ausgebildet werden.
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Die Kugelgewindevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann nicht nur in dem Fall, bei dem lediglich eine einzelne Rollnut in der Schraubenwelle ausgebildet ist, angewendet werden, sondern außerdem in dem Fall, bei dem eine Vielzahl von Rollnuten in der Schraubenwelle ausgebildet sind. Wenn zum Beispiel eine einzelne Rollnut in der Schraubenwelle ausgebildet ist, werden eine einzelne Last-Rollnut und eine einzelne Lastlos-Kugelnut in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs des Mutternelementes ausgebildet, die ein zweigängiges Gewinde bilden. Wenn dagegen zwei Rollnuten in der Schraubenwelle ausgebildet sind, sind zwei Last-Rollnuten und zwei Lastlos-Kugelnuten in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs des Mutternelementes ausgebildet, die ein viergängiges Gewinde bilden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Perspektivansicht einer Kugelgewindevorrichtung nach einer Ausführung der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist eine Perspektivansicht der Kugelgewindevorrichtung von 1, bei der ein Mutternelement weggeschnitten ist.
- 3 ist eine Schnittansicht des Mutternelementes der Kugelgewindevorrichtung der Ausführung.
- 4 ist eine Schnittansicht, die entlang der Linie IV-IV von 3 ausgeführt ist.
- 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen Zustand darstellt, bei dem Kugeln zwischen einer Last-Rollnut und einer Lastlos-Kugelnut bewegt werden.
- 6 ist eine Draufsicht, die eine Spur der Kugeln in einer Endlosumlaufbahn darstellt, die eine Richtungsänderungsnut enthält.
- 7 ist eine schematische Perspektivansicht einer Endlosumlaufbahn für die Kugeln der Ausführung, die um eine Schraubenwelle herum ausgebildet ist
- 8 ist eine schematische Perspektivansicht der Endlosumlaufbahn für die Kugeln, die um die Schraubenwelle herum ausgebildet ist, in dem Fall, bei dem eine einzelne Last-Rollnut vorhanden ist
- 9 ist eine Schnittansicht eines Beispiels, bei dem ein Umlenker, der mit der Richtungsänderungsnut versehen ist, an dem Mutternelement angebracht ist
- 10 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für die Endlosumlaufbahn für die Kugeln um die Schraubenwelle herum.
- 11 ist eine schematische Ansicht eines anderen Beispiels für die Endlosumlaufbahn für die Kugeln um die Schraubenwelle herum.
- 12 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für die Endlosumlaufbahn für die Kugeln in dem Fall, bei dem ein Mehrganggewinde als die Schraubenwelle verwendet wird.
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Bezugszeichenliste
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1 ... Kugelgewindevorrichtung, 2 ... Schraubenwelle, 3 ... Muttemelement, 4 ... Kugel, 20a, 20b ... Rollnut, 32a, 32b ... Last-Rollnut, 33a, 33b ... Lastlos-Kugelnut, 34 ... Richtungsänderungsnut
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BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
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Im Folgenden wird eine Kugelgewindevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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Die 1 und 2 stellen ein Beispiel für eine Kugelgewindevorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dar. 1 ist eine Perspektivansicht ihres Erscheinungsbildes und 2 ist eine Perspektivansicht, bei der ein Mutternelement teilweise weggeschnitten ist.
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Bei einer Kugelgewindevorrichtung 1 sind eine Schraubenwelle 2 und ein Mutternelement 3 über eine Vermittlung einer großen Anzahl von Kugeln 4 miteinander verschraubt, wobei die Schraubenwelle 2 eine Außenumfangsfläche aufweist, an der eine Rollnut 20 für die Kugeln 4 mit einer vorgegebenen Steigung schraubenförmig ausgebildet ist. Hierin bezieht sich Steigung auf eine Distanz, um die die Rollnut 20 in der axialen Richtung der Schraubenwelle 2 gemäß einer Drehung der Schraubenwelle 2 fortschreitet. Die Kugelrollnut 20 ist derart ausgebildet, dass zwei gekrümmte Flächen einander im Wesentlichen in einem Winkel von 90 Grad schneiden und weist ein Spitzbogen-Schnittprofil in einer Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung der Kugeln 4 auf. Auf diese Weise werden die Kugeln 4 an zwei Punkten in Kontakt mit der Kugelrollnut 20 gehalten, die das Spitzbogenprofil aufweist, um die Kontaktwinkel von ungefähr 45 Grad in Bezug auf die Last auszubilden, die in der axialen Richtung der Schraubenwelle 2 wirkt. Bei dem Beispiel, das in den 1 und 2 dargestellt wird, ist die Schraubenwelle 2 mit zwei Rollnuten 20a und 20b versehen, um ein Mehrganggewinde zu bilden. Des Weiteren ist ein nutloser Abschnitt 21 der Schraubenwelle zwischen der Rollnut 20a und der Rollnut 20b, die aneinander angrenzen, in der Außenumfangsfläche der Schraubenwelle 2 ausgebildet.
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Es ist zu beachten, dass 2 nicht alle Kugeln darstellt, die zwischen der Schraubenwelle und dem Mutternelement angeordnet sind, sondern lediglich einen Teil der Kugeln darstellt.
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Das Mutternelement 3 ist in einer im Wesentlichen zylindrischen Form derart ausgebildet, dass es ein Durchgangsloch 30 enthält, in das die Schraubenwelle 2 eingeführt ist, und seine Außenumfangsfläche ist mit einem aufrechten Flanschabschnitt 31 versehen, um das Mutternelement 3 an der mechanischen Vorrichtung zu befestigen. 3 ist eine Schnittansicht des Mutternelementes 3, die erzielt wird, indem sie in der axialen Richtung ausgeführt wird. Wie in der Figur dargestellt wird, ist die Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 30 des Mutternelementes 3 schraubenförmig mit Last-Rollnuten 32a und 32b versehen, die den Rollnuten 20a und 20b der Schraubenwelle 2 gegenüberliegen. Das Schnittprofil der Last-Rollnuten 32a und 32b, das in der Richtung orthogonal zu der Bewegungsrichtung der Kugeln 4 ausgebildet ist, ist das gleiche wie das Schnittprofil der Rollnut 20 der Schraubenwelle 2. Diese Last-Rollnuten 32a und 32b und die Rollnuten 20a und 20b der Schraubenwelle 2 liegen einander gegenüber, wodurch eine Schrauben-Last-Kugelbahn, in der die Kugeln 4 um die Schraubenwelle 2 herum umlaufen, während sie eine Last tragen, zwischen dem Mutternelement 3 und der Schraubenwelle 2 ausgebildet wird.
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Des Weiteren sind zwei Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b schraubenförmig in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 30 des Mutternelementes 3 ausgebildet. Diese Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b sind derart ausgebildet, dass sie tiefer in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs liegen als die Last-Rollnuten und dass sie eine Nutenbreite aufweisen, die geringfügig größer ist als die Durchmesser der Kugeln. Daher treten die Kugeln in den Lastlos-Kugelnuten in einen Lastlos-Zustand ein, ohne eine Last zu tragen, und werden frei gerollt, während sie von nachfolgenden Kugeln gedrückt werden.
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Die Lastlos-Kugelnut 33a und die Last-Rollnut 32a sind paarweise ausgebildet und die Lastlos-Kugelnut 33b und die Last-Rollnut 32b sind paarweise ausgebildet. Das heißt, dass die Last-Rollnut 32a, die Lastlos-Kugelnut 33a, die Last-Rollnut 32b und die Lastlos-Kugelnut 33b in der angegebenen Reihenfolge in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 30 des Mutternelementes 3 ausgebildet sind, um ein Mehrganggewinde zu bilden. Da die Last-Rollnuten 32a und 32b den Rollnuten 20a und 20b der Schraubenwelle 2 gegenüberliegen, liegen die Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b dem nutlosen Abschnitt 21 der Schraubenwelle 2 gegenüber, der zwischen der Rollnut 20a und der Rollnut 20b ausgebildet ist, und die Kugeln 4, die in den Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b in einem Lastlos-Zustand gerollt werden, werden mit dem nutlosen Abschnitt 21 der Schraubenwelle 2 in Kontakt gebracht. Bei dieser Struktur werden die Kugeln 4 in den Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b gehalten. Folglich wirken bei der Kugelgewindevorrichtung 1 die Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b und der nutlose Abschnitt 21 der Schraubenwelle 2 miteinander zusammen, um eine Lastlos-Kugelbahn zu bilden.
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Dagegen sind in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 30 des Muttemelementes 3 im Wesentlichen U-förmige Richtungsänderungsnuten 34 in der Nahe beider Enden des Mutternelementes 3 in der axialen Richtung ausgebildet. Die Richtungsänderungsnuten 34 koppeln den Endabschnitt der Last-Rollnut 32a und den Endabschnitt der Lastlos-Kugelnut 33a kommunizierend miteinander und koppeln den Endabschnitt der Last-Rollnut 32b und den Endabschnitt der Lastlos-Kugelnut 33b kommunizierend miteinander. In dem Mutternelement 3, das mit zwei Last-Rollnuten versehen ist, sind die Richtungsänderungsnuten 34 an vier Abschnitten an der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 30 ausgebildet Es ist zu beachten, dass, wenn das Mutternelement 3 mit einer einzelnen Last-Rollnut versehen ist statt mit zwei Last-Rollnuten, die Richtungsänderungsnuten 34 an zwei Abschnitten an der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 30 ausgebildet sind.
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Die Richtungsänderungsnuten 34 sind kontinuierlich stufenlos von den Endabschnitten der Last-Rollnuten 32a und 32b zu den Endabschnitten der Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b derart ausgebildet, dass sie von den Endabschnitten der Last-Rollnuten 32a und 32b zu den Endabschnitten der Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b hin allmählich tiefer werden. 5 stellt die Kugel 4 dar, die in die Richtungsänderungsnut 34 eintritt, nachdem sie in der Last-Rollnut 32a gerollt worden ist, und die in der Richtungsänderungsnut 34 derart geleitet wird, dass sie die Rollnut 20a der Schraubenwelle 2 verlässt. Bei Erreichen des verbundenen Abschnitts zwischen der Last-Rollnut 32a und der Richtungsänderungsnut 34 werden die Kugeln 4, die in der Last-Rollnut 32a gerollt werden, allmählich von den Lasten befreit, da die Last-Rollnut 32a allmählich tiefer wird. Die von den Lasten befreiten Kugeln 4 werden von den nachfolgenden Kugeln 4 derart geschoben, dass sie sich aufeinanderfolgend in der Rollnut 20a der Schraubenwelle 2 vorwärtsbewegen. Die Richtungsänderungsnut 34 führt die Kugeln 4 zu der Seite der Rollnut 20a und folglich klettern die Kugeln 4 die Rollnut 20a hinauf, um auf den nutlosen Abschnitt 21 der Schraubenwelle 2 gehoben zu werden, und werden dann vollständig in der Richtungsänderungsnut 34 des Mutternelementes 3 aufgenommen.
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Die Richtungsänderungsnut 34 enthält eine im Wesentlichen U-förmige Rille und folglich werden die in der Richtungsänderungsnut 34 aufgenommenen Kugeln 4 in der umgekehrten Richtung gerollt, so dass sie in die Lastlos-Kugelbahn eintreten, die aus der Lastlos-Kugelnut 33a des Mutternelementes 3 und dem nutlosen Abschnitt 21 der Schraubenwelle 2, die einander gegenüberliegen, gebildet wird. Die Kugeln 4 befinden sich in dem Lastlos-Zustand in der Lastlos-Kugelbahn, so dass sie sich in der Lastlos-Kugelbahn vorwärtsbewegen, während sie von den nachfolgenden Kugeln 4 geschoben werden.
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Des Weiteren treten, wenn die Kugeln 4 nach dem Vorwärtsbewegen in der Lastlos-Kugelbahn den verbundenen Abschnitt zwischen der Lastlos-Kugelnut 33a und der Richtungsänderungsnut 34 erreichen, die Kugeln 4 aufeinanderfolgend in die Richtungsänderungsnut ein, um die Bewegungsrichtung erneut umzukehren, und treten dann in die Last-Kugelbahn ein, die von der Rollnut 20a der Schraubenwelle 2 und der Last-Rollnut 32a des Mutternelementes 3 gebildet wird, die einander gegenüberliegen. In diesem Fall klettern die Kugeln 4 die Seite der Rollnut 20a der Schraubenwelle 2 hinunter, um in die Last-Kugelbahn einzutreten, und wenn die Last-Rollnut 32a in dem verbundenen Abschnitt zwischen der Richtungsänderungsnut 34 und der Last-Rollnut 32a allmählich flacher wird, wechselt der Lastlos-Zustand zu dem Lasttrage-Zustand.
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Das heißt, dass bei der Kugelgewindevorrichtung 1 die Richtungsänderungsnuten 34 die Endabschnitte der Last-Rollnuten 32a und 32b und die Endabschnitte der Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b des Mutternelementes 3 kommunizierend miteinander koppeln, wodurch die Endlosumlaufbahn als ein geschlossener Ring für die Kugeln 4 mit dem Mutternelement 3 versehen wird. Wenn eine relative Schraubenbewegung zwischen dem Mutternelement 3 und der Schraubenwelle 2 auftritt, laufen die Kugeln 4 in der Endlosumlaufbahn um, um die Schraubenbewegung kontinuierlich durchzuführen.
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6 ist eine Draufsicht, die eine Rille der Kugeln 4 in der Richtungsänderungsnut 34 und die Umgebung davon darstellt. Ein Bereich A stellt eine Spur der Kugeln 4 in der Last-Kugelbahn dar. In dem Bereich A werden die Kugeln 4 zwischen den Rollnuten 20a und 20b der Schraubenwelle 2 und den Last-Rollnuten 32a und 32b des Mutternelementes 3 gerollt, während sie eine Last tragen. Des Weiteren stellt ein Bereich E eine Spur der Kugeln 4 in den Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b dar. In dem Bereich E werden die Kugeln 4 zwischen dem nutlosen Abschnitt 21 der Schraubenwelle 2 und den Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b in dem Lastlos-Zustand gerollt. Die Bereiche B, C und D stellen jeweils eine Spur der Kugeln 4 in der Richtungsänderungsnut 34 dar. Jede der Spuren in den Bereichen B und D ist derart eingestellt, dass sie eine gekrümmte Form einer vorgegebenen Krümmung aufweist, und die Spur in dem Bereich C ist derart eingestellt, dass sie eine lineare Form aufweist, so dass sie mit den gekrümmten Spuren in den Bereichen B und D glatt zusammenhängt.
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Die Beschreibung, die mit Bezugnahme auf die beiden 5 und 6 erfolgt, zeigt das Folgende. Der Bereich B ist ein Kugelumlenkbereich, in dem die Kugeln 4 die Rollnuten 20a und 20b der Schraubenwelle 2 verlassen, und die Kugeln 4, die aus dem Bereich A in den Bereich B eintreten, werden zu der einen Seite der Rollnuten 20a und 20b der Schraubenwelle 2 in dem Bereich B geführt und klettern die Rollnuten 20a und 20b hinauf, um auf den nutlosen Abschnitt 21 der Schraubenwelle 2 gehoben zu werden. Dagegen ist der Bereich D ein Kugelumkehrbereich, in dem die Kugeln 4, die auf den nutlosen Abschnitt 21 der Schraubenwelle 2 gehoben worden sind, in die Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b hineingeleitet werden, und ist in einer Kreisbogenform mit einem konstanten Kurvenradius ausgebildet. Der Kurvenradius der Kugeln 4 in dem Kugelumkehrbereich ist ungefähr ein bis zwei Mal so groß wie der Durchmesser der Kugeln 4 eingestellt Die Kugeln 4 drohen, in der Richtungsänderungsnut 34 hängen zu bleiben, wenn der Kurvenradius derart eingestellt ist, dass er kleiner ist als der vorgenannte Durchmesser der Kugeln 4. Des Weiteren sind die Abstände zwischen den Last-Rollnuten 32a und 32b und den Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b übermäßig groß, wenn der Kurvenradius derart eingestellt ist, dass er größer ist als der vorgenannte Durchmesser der Kugeln 4, was zur Folge hat, dass das Mutternelement 3 nicht kompakt ausgebildet werden kann. Des Weiteren ist der Bereich C ein Kugelzuführbereich zum Koppeln des Kugelumlenkbereiches B und des Kugelumkehrbereiches D und ist in einer linearen Form als eine Tangente in Bezug auf die kreisbogenförmigen Spuren sowohl des Kugelumlenkbereiches B als auch des Kugelumkehrüereiches D ausgebildet Bei dieser Struktur wird der Rollzustand der Kugeln 4, die aus dem Kugelumlenkbereich B in den Kugelzuführbereich C eintreten, oder der Kugeln 4, die aus dem Kugelumdrehbereich D in den Kugelzuführbereich C eintreten, in dem Kugelzuführbereich C stabilisiert und dann treten die Kugeln 4 in den nachfolgenden Bereich ein, wobei dies zur Folge hat, dass das Auftreten des Kugelstockens in der Richtungsänderungsnut 34 verhindert wird.
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7 stellt schematisch die Endlosumlaufbahn um die Schraubenwelle 2 herum dar. Der Rasterpunktbereich stellt Lastlos-Kugelrillen 50 dar, die aus den Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b und den Richtungsänderungsnuten 34 ausgebildet sind, und der Streifenbereich stellt Last-Kugelrillen 51 dar, die aus den Last-Rollnuten 32a und 32b ausgebildet sind. Wie in den Figuren dargestellt, sind die Lastlos-Kugelrillen 50 und die Last-Kugelrillen 51 bei der Kugelgewindevorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung wie Mehrganggewinde um die Schraubenwelle 2 herum ausgebildet Es ist zu beachten, dass 7 den Fall darstellt, bei dem die Rollnuten 20a und 20b der Schraubenwelle 2 als Doppelganggewinde ausgebildet sind. Wenn zum Beispiel eine einzelne Rollnut 20 der Schraubenwelle 2 vorhanden ist, ist die Endlosumlaufbahn um die Schraubenwelle 2 herum ausgebildet, wie in 8 dargestellt.
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Es ist zu beachten, dass bei dem in den 1 bis 3 dargestellten Beispiel die Richtungsänderungsnuten 34 sowie die Last-Rollnuten 32a und 32b und die Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b durch Schneiden unter Verwendung eines Stirnfrasers direkt in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 30 des Mutternelementes 3 ausgebildet werden. Wie jedoch in 9 dargestellt wird, ist eine Vielzahl von Umlenkem 6, die mit den Richtungsänderungsnuten 34 versehen sind, an die Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 30 des Mutternelementes 3 gepasst, wodurch die Last-Rollnuten 32a und 32b, die Richtungsänderungsnuten 34 und die Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b kommunizierend miteinander gekoppelt werden können.
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Bei der Kugelgewindevorrichtung 1 nach der vorliegenden Erfindung, die wie oben beschrieben strukturiert ist, sind die Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b des Mutternelementes 3 so ausgebildet, dass sie derart positioniert werden, dass sie dem nutlosen Abschnitt 21 der Schraubenwelle 2 gegenüberliegen. Daher ist es notwendig, dass der Abstand zwischen der Rollnut 20a und der Rollnut 20b, die an der Schraubenwelle 2 aneinander angrenzen, das heißt die Breite des nutlosen Abschnitts 21, größer ist als der Durchmesser der Kugeln 4. Daher ist die Kugelgewindevorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung für eine sogenannte Kugelgewindevorrichtung mit einer großen Steigung geeignet, bei der die Steigung so eingestellt ist, dass sie groß ist.
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Des Weiteren sind bei der vorliegenden Erfindung die Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b, die eine Lastlos-Kugelbahn bilden, schraubenförmig in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 30 des Mutternelementes 3 ausgebildet, wobei sie dem nutlosen Abschnitt 21 der Schraubenwelle 2 gegenüberliegen. Daher ist im Gegensatz zu einer herkömmlichen Endkappen-Kugelgewindevorrichtung das Hindurchleiten durch das Mutternelement nicht notwendig, um eine Kugelrückführungsbahn in der axialen Richtung davon auszubilden, so dass dadurch die Dicke des Mutternelementes kleiner eingestellt wird. Bei dieser Struktur kann das Mutternelement bei der Kugelgewindevorrichtung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu der Endkappen-Kugelgewindevorrichtung kompakter hergestellt werden.
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Wenn alle der Last-Rollnuten 32a und 32b, der Lastlos-Kugelnuten 33a und 33b und der Richtungsänderungsnuten 34 durch Schneiden, Schleifen oder Ähnliches direkt in der Innenumfangsfläche des Durchgangslochs 30 des Mutternelementes 3 ausgebildet werden, ist es des Weiteren nicht notwendig, andere Bauteile an dem Mutternelement 3 anzubringen, wenn das Mutternelement 3 mit der Endlosumlaufbahn für die Kugeln 4 versehen wird. Als eine Folge kann die Produktion der Kugelgewindevorrichtung vereinfacht werden und bei niedrigen Kosten durchgeführt werden. Darüber hinaus kann die Endlosumlaufbahn für die Kugeln 4 ausgebildet werden, ohne andere Bauteile an dem Mutternelement 3 zu befestigen, und folglich kann selbst unter harter Verwendungsumgebung hohe Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum erreicht werden.
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Des Weiteren müssen bei der in den 1 bis 3 dargestellten Kugelgewindevorrichtung 1 keine Bauteile angebracht werden, mit denen die Endlosumlaufbahn für die Kugeln 4 an dem Mutternelement 3 ausgebildet wird. Daher kann die Außenumfangsfläche des Mutternelementes 3 frei bearbeitet werden. Zum Beispiel kann die Kugelgewindevorrichtung 1 leicht in eine sogenannte Drehkugelgewindevorrichtung umgewandelt werden, die verwendet wird, während die Drehkraft auf das Mutternelement davon übertragen wird. In diesem Fall wird eine Rollnut für Kugeln an der Außenumfangsfläche des Mutternelementes 3 in der Umfangsrichtung davon ausgebildet und eine Außenrollbahn des Drehlagers wird über eine Vermittlung einer großen Anzahl von Kugeln, die in der Rollnut gerollt werden, an dem Mutternelement 3 angebracht. Wie oben beschrieben, kann der Außendurchmesser des Mutternelementes 3 bei der Kugelgewindevorrichtung der vorliegenden Erfindung verringert werden. Auf diese Weise kann die Kugelgewindevorrichtung selbst beim Bilden der Drehkugelgewindevorrichtung verkleinert werden.
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Des Weiteren ist beim Bilden der Drehkugelgewindevorrichtung zu bevorzugen, dass ein Zahnrad zum Übertragen der Drehkraft auf das Mutternelement 3 an dem Endabschnitt des Mutternelementes 3 ausgebildet ist. Bei einer herkömmlichen Endkappen-Kugelgewindevorrichtung ist eine Endkappe an dem Endabschnitt des Mutternelementes angebracht. Somit muss selbst dann, wenn das Zahnrad an dem Mutternelement ausgebildet wird, das Zahnrad von der Endkappe entfernt ausgebildet werden, was den Nachteil einer natürlichen Erhöhung des Durchmessers des Zahnrades zur Folge hat. Es müssen jedoch bei der Kugelgewindevorrichtung 1 der vorliegenden Erfindung keine Bauteile an dem Endabschnitt des Mutternelementes 3 angebracht werden und folglich kann das Zahnrad ohne Beschränkungen integral mit dem Endabschnitt des Mutternelementes 3 ausgebildet werden. Auch in dieser Hinsicht kann die Drehkugelgewindevorrichtung verkleinert werden.
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10 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels für die Endlosumlaufbahn für die Kugeln 4 um die Schraubenwelle 2 herum und stellt ein Beispiel dar, bei dem lediglich eine einzelne Rollnut in der Außenumfangsfläche der Schraubenwelle 2 ausgebildet ist. Eine durchgezogene Linie in der Zeichnung stellt die Rille der Kugeln 4 dar, die in einer Last-Rollnut 60 des Mutternelementes 3 gerollt werden, eine Strichpunktlinie in der Zeichnung stellt die Rille der Kugeln 4 dar, die in einer Lastlos-Kugelnut 61 des Mutternelementes 3 gerollt werden, und gestrichelte Linien in der Zeichnung stellen die Rillen der Kugeln 4 dar, die in Richtungsänderungsnuten 62a und 62b des Mutternelementes 3 gerollt werden.
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Die Last-Rollnut 60 und die Lastlos-Kugelnut 61 sind schraubenförmig mit der gleichen Steigung ausgebildet und die Lastlos-Kugelnut 61 ist so ausgebildet, dass sie in Bezug auf die Last-Rollnut 60 versetzt ist. Bei dem in 10 dargestellten Beispiel sind die Last-Rollnut 60 und die Lastlos-Kugelnut 61 derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen die gleiche Länge zueinander aufweisen, und die Richtungsänderungsnuten 62a und 62b koppeln jeweils die Last-Rollnut und die Lastlos-Kugelnut, die aneinander angrenzend auf der rechten Seite davon auf dem Blatt positioniert sind. Bei dieser Struktur wird eine Endlosumlaufbahn für die Kugeln 4 derart gebildet, dass sie als ein geschlossener Ring dient, in dem die Kugeln 4 in der Last-Rollnut 60, der Richtungsänderungsnut 62a, der Lastlos-Kugelnut 61 und der Richtungsänderungsnut 62b in der genannten Reihenfolge in Umlauf gebracht werden. Eine Endlosumlaufbahn mit der gleichen Struktur, die oben beschrieben wird, ist außerdem mit der in den 1 bis 3 dargestellten Kugelgewindevorrichtung ausgestattet, während sich, wie anhand der darin dargestellten Last-Rollnuten 32a und 32b klar verständlich ist, die Anzahl der Last-Rollnuten, die in der Innenumfangsfläche des Mutternelementes 3 ausgebildet sind, voneinander unterscheidet.
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Dagegen ist 11 eine schematische Ansicht eines anderen Beispiels für die Endlosumlaufbahn für die Kugeln 4 um die Schraubenwelle 2 herum. Auch bei diesem in 11 dargestellten Beispiel stellt eine durchgezogene Linie in der Zeichnung die Rille der Kugeln 4 dar, die in einer Last-Rollnut 63 des Mutternelementes 3 gerollt werden, eine Strichpunktlinie in der Zeichnung stellt die Rille der Kugeln 4 dar, die in einer Lastlos-Kugelnut 64 des Mutternelementes 3 gerollt werden, und gestrichelte Linien in der Zeichnung stellen die Rillen der Kugeln 4 dar, die in Richtungsänderungsnuten 65a und 65b des Mutternelementes 3 gerollt werden. Es ist zu beachten, dass sich bei diesem Beispiel die folgenden Punkte von der in 10 dargestellten Endlosumlaufbahn unterscheiden: Die Länge der Lastlos-Kugelnut 64 ist kleiner als die der Last-Rollnut 63 und die Richtungsänderungsnuten 65a und 65b koppeln auf einer Innenseite des Mutternelementes 3 die Endabschnitte der Last-Rollnut mit der Lastlos-Kugelnut 64, die an die Last-Rollnut 63 angrenzt.
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Bei der in 10 dargestellten Endlosumlaufbahn weisen die Richtungsänderungsnuten 62a und 62b Profile auf, die sich voneinander unterscheiden, und folglich sind Zeit und Arbeitsaufwand erforderlich, um das Mutternelement 3 in diesem Ausmaß herzustellen. Jedoch weisen bei der in 11 dargestellten Endlosumlaufbahn die Richtungsänderungsnuten 65a und 65b das gleiche Profil zueinander auf und folglich kann das Mutternelement 3 leicht hergestellt werden. Des Weiteren kann die axiale Länge des Mutternelementes 3 verringert werden, ohne die Länge der Last-Rollnut 63 zu verringern, und folglich kann das Mutternelement 3 kompakt ausgebildet werden. Des Weiteren ist bei dem letztgenannten Beispiel die Länge der Lastlos-Kugelnut 64 im Vergleich zu dem vorherigen Beispiel um die Länge verringert, die der einzelnen Windung um die Schraubenwelle 2 herum entspricht. Als Folge kann das Stockungsphänomen der Kugeln in der Lastlos-Kugelnut 64 in diesem Ausmaß unterdrückt werden und folglich kann das gleichmäßige Umlaufen der Kugeln 4 erwartet werden.
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Es ist zu beachten, dass bei der Struktur der in 11 dargestellten Endlosumlaufbahn die Richtungsänderungsnut 65b die Kugeln 4 von der Last-Rollnut 63 zu der Lastlos-Kugelnut 64 zurückführt, die auf der linken Seite des Blattes daran angrenzt, während die Richtungsänderungsnut 65a die Kugeln von der Last-Rollnut 63 zu der Lastlos-Kugelnut 64 leitet, die auf der rechten Seite des Blattes daran angrenzt. Daher ist es in dem Fall des Ausbildens von zwei oder mehr Last-Rollnuten 63 schwierig, die unabhängigen Endlosumlaufbahnen für die Kugeln 4 auszubilden, die den Last-Rollnuten 63 entsprechen.
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12 stellt ein Beispiel für die Struktur der Endlosumlaufbahn der 11 dar, die für ein Mehrganggewinde eingerichtet ist. In diesem Fall sind zwei Last-Rollnuten 66a und 66b in der Innenumfangsfläche des Mutternelementes 3 ausgebildet. Auch bei diesem in 12 dargestellten Beispiel stellen durchgezogene Linien die Rillen der Kugeln 4 dar, die in den Last-Rollnuten 66a und 66b des Mutternelementes 3 gerollt werden, Strichpunktlinien in der Zeichnung stellen die Rillen der Kugeln 4 dar, die in Lastlos-Kugelnuten 67a und 67b des Mutternelementes 3 gerollt werden, und gestrichelte Linien in der Zeichnung stellen die Rillen der Kugeln 4 dar, die in Richtungsänderungsnuten 68a, 68b, 68c und 68d des Mutternelementes 3 gerollt werden.
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Bei dem in 12 dargestellten Beispiel für das Mehrganggewinde wirken die zwei Last-Rollnuten 66a und 66b, die zwei Lastlos-Kugelnuten 67a und 67b und die Richtungsänderungsnuten 68a, 68b, 68c und 68d an vier Abschnitten miteinander zusammen, um eine Endlosumlaufbahn als einen einzelnen geschlossenen Ring auszubilden. Das heißt, dass sich die Kugeln, die in der Last-Rollnut 66a gerollt werden, durch die Richtungsänderungsnut 68a hindurch zu der Lastlos-Kugelnut 67a bewegen und sich dann von der Lastlos-Kugelnut 67a durch die Richtungsänderungsnut 68b hindurch zu der Last-Rollnut 66b bewegen. Nächstfolgend bewegen sich die Kugeln 4, die in der Last-Rollnut 66b gerollt werden, durch die Richtungsänderungsnut 68c hindurch zu der Lastlos-Kugelnut 67b und kehren dann durch die Richtungsänderungsnut 68d hindurch zu der Last-Rollnut 66a zurück.
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Selbst wenn die Schraubenwelle 2 als ein Mehrganggewinde ausgebildet wird, kann die Struktur des Mutternelementes 3 vereinfacht und verkleinert werden, wenn zwei oder mehr Last-Rollnuten und Lastlos-Kugelnuten in einer einzelnen Endlosumlaufbahn als ein geschlossener Ring enthalten sind, wie bei dem in 12 dargestellten Beispiel, statt die unabhängigen Endlosumlaufbahnen für die einzelnen Last-Rollnuten auszubilden.
