DE2505800A1

DE2505800A1 - Kugelgelagerter gewindekoerper

Info

Publication number: DE2505800A1
Application number: DE19752505800
Authority: DE
Inventors: Pierre Moreno; Aime Richaud; Guy Rimbaud
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1974-02-26
Filing date: 1975-02-12
Publication date: 1975-08-28
Also published as: PL94259B1; CH587429A5; US4074585A; FR2262237B1; FR2262237A1; DD118153A5; JPS50121662A

Description

Bam 3147

Agence Nationale de Valorisation de la Recherche A.N.V.A.R., Neuilly-sur-Seine / Frankreich

Kugelgelagerter Gewindekörper

Die Erfindung betrifft einen kugelgelagerten Gewindekörper mit einer Gewindespindel, einer Mutter, die auf ihrer Innenseite eine schraubenförmige Nut trägt, ferner mit Kugeln, die in Kanälen untergebracht sind, die von der genannten schraubenförmigen Nut der Mutter und vom Gewinde der Spindel begrenzt werden, weiterhin mit einer Einrichtung zur Kugel-Rückführung, enthaltend eine Längsbohrung, deren Durchmesser etwas größer als der der Kugeln ist und die die Mutter durchsetzt, ferner enthaltend zwei gleich ausgebildete Plansche mit einer zentralen Bohrung, deren Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der Gewindespindel ist, wobei die beiden Plansche an je einem Ende derjMutter befestigt sind*

Gewindekörper gestatten es, in reversibler Form Drehbewegungen in Längsbewegungen (und umgekehrt) umzuwandeln, wobei einerseits eine hohe Übertragungsgenauigkeit erzielbar ist und andererseits auch beträchtliche Kräfte mit ausgezeichnetem Wirkungsgrad übertragen werden können. So ist es beispielsweise möglich, starke Lasten mit einem sehr geringen Drehmoment zu bewegen, wobei eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit und ein geringes Spiel erzielbar ist. Kugelgelagerte Gewindekörper der eingangs genannten Art werden daher

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bei zahlreichen Präzisionsmechanismen und Servomeehanismen eingesetzt, bei Werkzeugmaschinen, bei Einrichtungen der Plugzeug- und Schiffsindustrie, in der Waffentechnik usw."

Bei kugelgelagerten Gewindekörpern der genannten Art müssen die zur Lagerung benutzten Kugeln beim Austritt aus der Mutter gesammelt und erneut zur Eingangsseite zurückgeführt werden. Für diese Kugelrückführung sind bereits verschiedene Einrichtungen bekannt.

Bei einer bekannten Lösung sind beispielsweise in der Mutter zwei schräg verlaufende Bohrungen vorgesehen, die tangential in zwei Gewindegänge der Mutter münden. Diese beiden schräg verlaufenden Bohrungen werden durch einen Kanal verbunden, der auf der Innenseite eines an der Mutter angebrachten Teiles vorgesehen ist. Der Kanal besitzt dabei im wesentlichen eine Sinusform, was seine Herstellung beträchtlich kompliziert.

Es sind weiterhin Systeme zur Kugel-Rückführung bekannt, bei denen an den Stirnwändenjder Mutter gebogene Rohre befestigt sind, die sorgfältig abgeschrägt sind. Es sind weiterhin auch Rückführungs-Einrichtungen bekannt, die an die Mutter angesetzte und angepaßte Teile verwenden, die die Kugeln von einem Gewindegang zum nächsten zurückfördern.

Allen diesen bekannten Lösungen haftet jedoch der grundsätzliche Nachteil an, daß Teile benötigt werden, die mit großer Genauigkeit mechanisch bearbeitet werden müssen und deren Herstellung damit sehr aufwendig ist..

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung dieses Nachteiles eine Einrichtung zur Kugel-Rückführung bei einem kugelgelagerten Gewindekörper zu schaffen, die keine mit hoher Bearbeitungsgenauigkeit herzustellenden Teile benötigt und die sich daher mit niedrigen Fertigungskosten herstellen läßt. .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Flansch an seiner mit der Mutter in Berührung stehenden Seite eine koaxial zur zentralen Bohrung verlaufende, ringförmige Nut sowie eine geradlinige Nut aufweist, deren eines Ende tangential zur erstgenannten Nut verläuft und deren anderes Ende einem Ende der in der Mutter vorgesehenen Längsbohrung gegenüberliegt, wobei die genannte Nut durch eine Erweiterung der zentralen Bohrung gebildet wird, sich nur über einen Teil des Umfanges dieser Bohrung erstreckt und eine radiale Breite besitzt, die etwas größer als der Kugelradius ist, und deren axiale Tiefe etwas größer als der Kugeldurchmesser ist.

Bei den der Erfindung zugrundeliegenden Versuchen wurde festgestellt, daß die Kugeln, nachdem sie einmal die Mutter verlassen haben, keinen mechanischen Beanspruchungen mehr aufgrund der Lastübertragung zwischen Mutter und Gewindespindel unterliegen. Die einzigen dann noch vorhandenen Kräfte beruhen auf dem Gewicht, der Reibung und der kinetischen Energie der Kugeln. Die für die Rückförderung der Kugeln zu leistende Arbeit ist daher klein, und auch die Reaktionskräfte, die auf die beteiligten Organe ausgeübt werden, sind gering. Ausgehend von diesen Überlegungen liegt der Er-

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findung die Erkenntnis zugrunde, daß die Kugel-Rückführkanäle nicht mit großer Genauigkeit und auch nicht. aus Metallteilen mit hoher mechanischer Festigkeit gefertigt werden müssen.

Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß jeder Plansch in seinem ohne Nut ausgebildeten Teil einen Pinger aufweist, der in die zentrale Bohrung des Flansches hinein vorspringt und dessen vorderes Ende in einen Gewindegang der mit Schraubgewinde versehenen Spindel eingreift.

Vorteilhaft weist dieser Pinger einen der Gewindeform der Schraubgewinde-Spindel angepaßten Querschnitt auf.

Keines der Teile, die die erfindungsgemäße Kugel-Rückführungseinrichtung bilden, benötigt eine genaue Bearbeitung. Die durch die Mutter verlaufende Längsbohrung wird mit einem einfachen Bohrer gebohrt, dessen Durchmesser um 0.1 bis 0.3 mm größer als der Kugeldurchmesser ist.

Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung werden die Plansche vorzugsweise aus selbstschmierendem Kunststoff, wie Polyamid, Polytetrafluoräthylen oder einem anderen polymerisierfähigem Harz, in einem Spritz-, Gieß- oder Preßverfahren hergestellt. Die in den Planschteilen vorgesehenen Nuten können dabei unmittelbar in der Gestalt verwendet werden, die sie nach der Entformung besitzen (d.h. als Rohflächen ohne weitere Bearbeitung).

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Vorzugsweise bilden die Flansche zugleich die Dichtungse lemente zwischen den Enden cer Mutter und dem Gewinde des Gewindekörpers.

Der wesentliche Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht damit in einer sehr erheblichen Verringerung der Herstellungskosten, was erstmals den Einsatz derartiger kugelgelagerter Gewindekörper in vielen An-' wendungsfällen ermöglicht, bei denen dies bisher durch die hohen Herstellungskosten ausgeschlossen war.

Die Flansche können in großen Serien hergestellt werden. Da hinsichtlich der Tiefe der Nuten beträchtliche Toleranzen bezogen auf den Kugeldurchmesser zulässig sind, kann man dieselben Flansche benutzen, um kugelgelagerte Gewindekörper mit Kugeln desselben Durchmessers, jedoch einer um mehrere Millimeter unterschiedlichen Steigung auszurüsten, was die Fertigungskosten weiter verringert.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die verwendeten Flansche mit geringer Stärke keine merkliche Vergrößerung der Abmessungen der Mutter mit sich bringen. Dieser geringe Raumbedarf ermöglicht damit den Einsatz derartiger kugelgelagerter' Gewindekörper auch in Fällen, bei denen es besonders auf geringen Raumbedarf und geringes Gewicht ankommt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

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Pig. 1 einen Halb-Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen kugelgelagerten Gewindekörpers;

Fig. 2 eine Stirnansicht eines Flansches längs der Linie H-II der Fig. 1;

Fig. 3 und 4 Schnitte längs der Linien IH-III bzw. IV-IV der Fig. 2.

Fig. 1 veranschaulicht eine kugelgelagerte Schraube mit einer mit Gewinde versehenen Spindel 1 (Achse x-xl), einer Mutter 2 sowie Kugeln 3, die in den Gewindegängen zwischen Spindel und Mutter angeordnet sind.

In dem Maße, in dem die Mutter 2 auf der Spindel 1 gedreht wird, verlassen die Kugeln 3 an einem stirnseitigen Ende der Mutter die Gewindegänge und werden am anderen Ende der Mutter wieder eingeführt.

Zur Rückführung der Kugeln ist in der Mutter 3 eine in Längsrichtung verlaufende Bohrung 4 vorgesehen. Weiterhin sind zwei Flansche 5a, 5b vorhanden. Der Durchmesser der Bohrung 4 ist etwas größer als der der Kugeln 3, so daß diese Bohrung mit Hilfe eines in eine übliche Bohrmaschine eingespannten, einfachen Bohrers hergestellt werden- kann, ohne daß eine Präzisionsbearbeitungjnotwendig ist.

Wenn die Kugeln beispielsweise einen Durchmesser von 5 mm besitzen, so kann die Bohrung einen Durchmesser von 5,2 oder 5»3 mm aufweisen. Die Enden der Bohrung sind mit einer kleinen Abschrägung 6 von 45° versehen.

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Die Fig. 2 und 3 veranschaulichen den Plansch 5b, der identisch mit dem Flansch 5a ausgebildet'ist.

Jeder dieser Flansche besitzt eine zentrale Bohrung 7 für den Durchtritt der Spindel 1, ferner drei Befestigungslöcher 8, die in gleicher Umfangsteilung angebracht sind und durch die Schrauben 9 hindurchgreifen, · die in die Mutter 2 eingeschraubt sind.

Um eine gute Zentrierung zu gewährleisten, enthält jeder Flansch ferner auf seiner Innenseite, die der Mutter 2 zugewandt ist, eine Umfangsrippe 10, die das dem betreffenden Flansch zugewandte stirnseitige Ende der Mutter 2 übergreift.

Es versteht sich, daß diese Befestigung der Flansche an der Mutter 2 auch durch eine andere Befestigungsmethode ersetzt werden könnte.

Jeder Flansch enthält eine Ausnehmung 11, die auf der Innenseite ausmündet und dazu dient, die Kugeln zwischen der Spindel 1 und der Bohrung 4 zu führen.

Diese Ausnehmung 11 enthält einerseits eine Erweiterung 12 der zentralen Bohrung 7;, diese, Erweiterung 12 erstreckt sich etwa über drei Viertel des Umfanges dieser Bohrung 7· Die Breite e der Erweiterung 12 ist größer als der Kugelradius. Die axiale Tiefe ρ der Erweiterung 12 ist größer als der Durchmesser der Kugeln. Bei Kugeln von 5 mm Durchmesser kann beispielsweise e = 2,6 mm und ρ = 5_S5 mm gewählt werden, wobei die Toleranzen größer als 0.1 mm sein können. Die Erweiterung 12 setzt sich in einer Nut 13 derselben Tiefe fort, wobei diese Nut 13 tangential an die Erweiterung 12 anschließt. Die Breite dieser Nut ist größer als der

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Kugeldurchmesser gewählt. Bei Kugeln von 5 mm Durchmesser kann die Nut 13 etwa eine Breite von 5,2 mm mit einer Toleranz größer als 0.1 mm besitzen. Das Ende 14 der Nut 13 liegt einem Ende der Bohrung 4 gegenüber.

Wenn die Gewindegänge tief im Vergleich zum Durchmesser der Kugeln sind, ist jeder Plansch mit einem Kugel-Sammelfinger 15 versehen, dessen Ende 16 am Eingang der Nut 13 liegt, in einen Gewindegang der Spindel 1 eingreift und dabei die Kugeln zwingt, in die Nut 13 einzutreten. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt im Bereich dieses Pingers 15» der in die Gewindegänge der Spindel eingreift. Dieser Pinger 15 ist fakultativ und wird hauptsächlich bei gegossenen bzw. gespritzten Planschen im Hinblick auf die Herstellungs-Schwierigkeiten einer Bearbeitung verwendet.

Der in Fig. 4 veranschaulichte Längsschnitt durch die Nut 13 zeigt die Form des Bodens 17 dieser Nut, der um 45° geneigt ist, um den übertritt der Kugeln aus der Nut 13 in die Bohrung 4 zu erleichtern. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist parallel zum Boden 17 die bereits erwähnte unsymmetrische Abschrägung 6 am Eingang der Bohrung 4 vorgesehen.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Anordnung ist folgendermaßen:

Wird die Mutter 2 relativ zur Spindel 1 gedreht , so treten die Kugeln, die sich in dem Gewindegang am einen Ende der Mutter befinden, nacheinander in die Erweiterung 12 ein und werden dann in die Nut 13 gedrückt, die zusammen mit der Stirnseite der Mutter einen Kanal bildet, aus dem die Kugeln dann in die Bohrung 4

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übertreten. Die Abschrägung 6 erleichtert dabei den übertritt der Kugeln aus der Nut 13 in die Bohrung k. Die aus dem anderen Ende der Bohrung 4 austretenden Kugeln werden in die Nut 13 und dann in die Erweiterung 12 gedrückt und gelangen dann in die Gewindegänge zwischen Spindel 1 und Mutter 2. Es versteht sich, daß die Anordnung reversibel ist, die Mutter also in der einen oder anderen Richtung gedreht werden kann.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, können die verschiedenen Bohrungen, Nuten und Kanäle, durch die die Kugeln bei der Rückführung geleitet werden, in ihren Abmessungen (Breite und Tiefe) erhebliche Toleranzen besitzen; sie lassen sich daher auf sehr einfache Weise, ohne genaue Bearbeitung,- herstellen. So können insbesondere die beiden Flansche als rohjentformte Teile (ohne Nachbearbeitung) verwendet werden; da sie keinen nennenswerten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, können sie vorzugsweise aus einem selbstschmierenden Kunststoff, beispielsweise in einem Spritzvorgang, hergestellt werden. Diese letztere Lösung besitzt den Vorteil, daß die Plansche einstückig mit Abstreifelementen ausgebildet werden können.

Die erfindungsgemäße Kugel-Rückführungkann grundsätzlich bei allen Arten von kugelgelagerten Schrauben bzw. Gewindekörpern eingesetzt werden.

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Claims

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Patentansprüche

Kugelgelagerter Gewindekörper mit einer Gewindespindel, einer Mutter, die auf ihrer Innenseite eine schraubenförmige Nut trägt, ferner mit Kugeln, die in Kanälen untergebracht sind, die von der genannten schraubenförmigen Nut der Mutter und vom Gewinde der Spindel begrenzt werden, weiterhin mit einer Einrichtung zur Kugel-Rückführung, enthaltend eine Längsbohrung, deren Durchmesser etwas größer als der der Kugeln ist und die die Mutter durchsetzt, ferner enthaltend zwei gleich ausgebildete Plansche mit einer zentralen Bohrung, deren Durchmesser etwas größer als der Durchmesser der Gewindespindel ist, wobei die beiden Flansche an je einem Ende der Mutter befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Plansch an seiner mit der Mutter in Berührung stehenden Seite eine koaxial zur zentralen Bohrung (7) verlaufende, ringförmige Nut (12) sowie eine geradlinige Nut (13) aufweist, deren eines Ende tangential zur erstgenannten Nut (12) verläuft und deren anderes Ende (14) einem Ende der in der Mutter (2) vorgesehenen Längsbohrung (¹I) gegenüberliegt, wobei die genannte Nut (12) durch eine Erweiterung der zentralen Bohrung (7) gebildet wird, sich nur über einen Teil des Umfanges dieser Bohrung erstreckt und eine radiale Breite (e) besitzt, die etwas größer als der Kugelradius ist, und deren axiale Tiefe (p) etwas größer als der Kugeldurchmesser ist.

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2. Kugelgelagerter Gewindekörper nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Plansch (5a, 5b) in seinem ohne Nut ausgebildeten Teil einen Finger (15) aufweist, der in die zentrale Bohrung (7) des Flansches hinein vorspringt und dessen vorderes Ende (16) in einen Gewindegang der mit Schraubgewinde versehenen Spindel eingreift.
3. Kugelgelagerter Gewindekörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Finger (15) einen der Gewindeform der mit Schraubgewinde versehenen Spindel angepaßten Querschnitt besitzt.
¹I. Kugelgelagerter Gewindekörper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das vordere Ende (16) des Fingers (15) an dem Eingang der Nut (13) angeordnet ist, an dem diese tangential zur ringförmigen Nut (12) verläuft.
5. Kugelgelagerter Gewindekörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (5a, 5b) aus selbstschmierendem Kunststoff in einem Gieß- oder Spritzvorgang hergestellt und die Nuten (12, 13) in der nach Entformung vorliegenden unbearbeiteten Gestalt belassen sind.
6. Kugelgelagerter Gewindekörper nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (5a, 5b) zugleich Dichtungselemente zwischen der Mutter (2) und der mit Schraubgewinde versehenen Spindel (1) bilden.

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Kugelgelagerter Gewindekörper nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Enden (14) jeder der Nuten (13) nach oben hin sich erweiternde Schrägflächen (17) aufweisen, die mit dem Boden der Nut einen Winkel von etwa ¹J 5° bilden und daß die Enden der in der Mutter (2) vorgesehenen Längsbohrung (4) eine unsymmetrische Abschrägung (6) unter einem Winkel von 45 gegenüber der Bohrungsachse besitzen, wobei diese letztere Abschrägung (6) an denjenigen Enden der Bohrungserzeugenden vorgesehen sind, die der Achse der Spindel am nächsten liegen.

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