DE4410257C2 - Kugelmutter vom Dünnwandtyp - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung einer Kugel­ mutter vom Dünnwandtyp einer Kugelumlaufspindel vom Leichtge­ wichttyp, mit:
einem Paar zylindrischer Drehzapfenwellen, die sich von der äußeren Fläche der Kugelmutter in entgegengesetzte Richtungen derart erstrecken, daß die Drehzapfenwellen eine gemeinsame Achse senkrecht zu der Achse der Kugelmutter haben.

In einer Kugelmutter mit einer Drehzapfenstruktur ragt ein Paar zylindrischer Drehzapfenwellen von der äußeren Oberflä­ che ihrer Kugelmutter in entgegengesetzte Richtungen hervor, und zwar derart, daß sie ein und dieselbe Achse senkrecht zu der Achse der Kugelmutter haben. Die Kugelmutter wird durch die Drehzapfenwellen derart gestützt, daß sie um die Achse schwenkbar ist.

Bisher wurde, wenn es erforderlich war, das Gewicht der Ku­ gelmutter dieser Bauart zu verringern, die Wanddicke des Zy­ linders der Kugelmutter verringert.

Die herkömmliche Kugelmutter vom Dünnwandtyp, bei der die Wanddicke des Zylinders verringert wird, weist folgende Pro­ bleme auf: Wenn eine große Last an die Drehzapfenwellen in der axialen Richtung angelegt wird, kann die Kugelmutter als ganzes deformiert werden, weil der Zylinder der Kugelmutter eine verhältnismäßig geringe Steifigkeit hat. Falls die Ku­ gelmutter auf diese Art verformt wird, wird die Last nicht gleichförmig auf die Stahlkugeln in der Kugelmutter verteilt (im folgenden einfach als "Kugeln" bezeichnet, wenn zutref­ fend); d. h. die Kugellast ist örtlich groß, was einer der Faktoren sein kann, die die nutzbare Lebensdauer der Kugelum­ laufspindel verringern.

Aus der US-PS 2,505,131 ist eine Kugelmutter der eingangs ge­ nannten Art bekannt. Diese Kugelmutter hat aber aufgrund feh­ lender Verstärkung keinerlei Festigkeit gegenüber Belastungen durch die Drehzapfenwellen. Es sind zwar Wandungsverstärkun­ gen vorhanden, die allerdings deutlich außerhalb der gemein­ samen Achse der Drehzapfenwellen angeordnet sind und ledig­ lich dazu dienen, die Anbringung von Löchern für die Kugelum­ laufröhren zu erleichtern.

Daher weist die aus dieser Druckschrift bekannte Kugelmutter im wesentlichen die gleichen Probleme auf, die bereits oben beschrieben worden sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kugel­ mutter der eingangs genannten Art anzugeben, die mit tech­ nisch einfachen Mitteln stets eine torsionssteife und dennoch leichte Kugelmutter zur Verfügung stellt.

Diese Aufgabe wird bei einer Kugelmutter der eingangs genann­ ten Art erfindungsgemäß gelöst durch mindestens zwei Rip­ penelemente zur Erhöhung der Wanddicke der Kugelmutter, bei der die Rippenelemente an beiden Seitenflächen der Kugelmut­ ter derart geformt sind, daß die Rippenelemente sich von Ba­ sisabschnitten des Paars von Drehzapfenwellen entlang der Achse der Kugelmutter erstrecken, wobei jedes der Rippenele­ mente eine Dicke hat, die gleich der Dicke des Basisab­ schnitts ist.

Im Einsatz wird die Kugelmutter mit der Drehzapfenstruktur durch die Drehzapfenwellen derart gestützt, daß sie um ihre Achse schwenkbar ist. Falls eine große Last an die Drehzap­ fenwellen der herkömmlichen Kugelmutter vom Dünnwandtyp in der Richtung der Achse angelegt wird, die in der oben be­ schriebenen Art gehalten wird, wird die Kugelmutter verformt, weil sie eine verhältnismäßig kleine Wanddicke hat. Anderer­ seits sind bei der Kugelmutter nach der Erfindung die Ab­ schnitte, die zur Verformung neigen, mit den Rippen ver­ stärkt; d. h. sie haben eine erhöhte Steifigkeit. Somit wird, selbst wenn eine Last, die so groß wie die zuvor erwähnte ist, an die Kugelmutter angelegt wird, letztere nicht ver­ formt werden. Demgemäß bleiben die Kugelrollräume zwischen den Spiralnuten, wo die Kugelmutter der Kugelumlaufspindel­ welle gegenüberliegt, über die gesamte Länge des Mutterkör­ pers immer unverändert erhalten. Somit weist der Körper der Kugelmutter nicht die Schwierigkeiten auf, daß die Kugeln in den Nuten nicht gleichförmig belastet werden; d. h., die Ku­ gellast ist stellenweise bzw. örtlich groß, und daher hat die Kugelumlaufspindel eine verringerte Lebensdauer. Weiterhin ist die Gewichtszunahme der Kugelmutter durch das Hinzufügen der Verstärkungsrippen nicht so groß, da die Verstärkungsrippen lediglich örtlich angeordnet sind.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungs­ formen sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher er­ läutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Aus­ führungsform einer Kugelmutter;

Fig. 2 und 3 eine Seitenansicht sowie eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Kugelmutter mit Kugelumlaufspindel;

Fig. 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der erfin­ dungsgemäßen Kugelmutter von Fig. 3; und

Fig. 5 bis 8 mehrere Perspektivansichten weiterer Ausführungs­ formen der in Fig. 1 gezeigten Kugelmutter.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Ein Beispiel einer Kugelmutter einer Kugelumlaufspindel mit einer Drehzapfenstruktur gemäß der Erfindung ist so wie in Fig. 1 gezeigt. Die Kugelmutter ist eine Kugelmutter vom sogenannten Röhrentyp. Ihr Körper 1 (im folgenden als "Mutterkörper 1" bezeichnet, wenn zutreffend) hat zwei Paare von Röhreneinfügungslöchern 1A und 1B, sowie 1C und 1D in seiner äußeren oberen Fläche derart, daß sie versetzt angeordnet sind. Ein Paar von Drehzapfenwellen 2, die eine Achse Y-Y senkrecht zu der Achse X-X des Mutterkörpers 1 haben, erstrecken sich von der äußeren Oberfläche des Mutterkörpers 1 in entgegengesetzte Richtungen. Die Drehzapfenwellen 2 verschmelzen durch ihre Basisabschnitte 3 zu dem Mutterkörper 1. Insbesondere sind die Basisabschnitte 3 abgestuft mit einem Durchmesser, der größer ist als derjenige der Körper der Drehzapfenwellen 2.

Rippen 4 sind an beiden Seitenflächen des Mutterkörpers 1 derart gebildet, daß sie sich von den Basisabschnitten 3 der Drehzapfenwellen 2 entlang der Achse X-X des Mutterkörpers 1 erstrecken, um die Wanddicke von letzterem 1 zu erhöhen. Die Rippen 4 sind zu den Basisabschnitten 3 sowohl in der Breite als auch in der Dicke gleich. Weiterhin erstrecken sich die Rippen 4 über die gesamte Länge des Mutterkörpers 1.

Eine glatte Oberfläche 5 zum Verbinden der Kugelumlaufröhren ist an der oberen Fläche des Mutterkörpers 1 derart gebildet, daß sie sich longitudinal zu dem Mutterkörper 1 erstreckt. Zusätzlich sind mit Gewinden versehene Löcher 6 in der oberen Fläche des Mutterkörpers 1 gebildet, um die Kugelumlaufröhren zu fixieren. Spiralnuten 7 zum Rollen der Kugeln B sind in der inneren Fläche des Mutterkörpers 1 gebildet. Die Spiralnuten 7 kommunizieren mit den oben beschriebenen Röhreneinfügungslöchern 1A, 1B, 1C und 1D.

Wie in Fig. 2 bis 4 gezeigt, sind zwei Kugelumlaufröhren 10, die eine im wesentlichen U-förmige Gestalt haben, an den Mutterkörper 1 (Fig. 1) gekoppelt, um Kugelumlaufpfade zu bilden, und der Mutterkörper 1 ist mit einer Kugelumlaufspindelwelle 11 in Eingriff über eine Anzahl von Kugeln B. Spiralnuten 12 sind in der äußeren Oberfläche der Kugelumlaufspindelwelle 11 entsprechend den Spiralnuten 7 des Mutterkörpers 1 gebildet. Beide Enden einer der Kugelumlaufröhren 10 werden in die Röhreneinfügungslöcher 1A und 1B jeweils eingefügt, und auf ähnliche Weise werden beide Enden der anderen jeweils in die Röhreneinfügungslöcher 1C und 1D eingefügt; d. h., die Kugelumlaufröhren 10 liegen schräg über den Spiralnuten 7.

Die somit vergelegten Röhren 10 sind fest an der glatten Oberfläche 5 mit einem Röhrenhalter 13 und Schrauben 14 befestigt.

Wenn die Kugelumlaufspindelwelle 11 gedreht wird, wird der Mutterkörper 1 linear entlang der Achse der Kugelumlaufspindelwelle 11 bewegt. Bei diesem Betrieb werden die Kugeln B bewegt, während sie in den einander gegenüberliegenden Spiralnuten 7 und 12 rollen, und laufen wie folgt um: wenn jede Kugel in die Nähe des Röhreneinfügungslochs 1B (oder 1D) kommt und sich entlang der Spiralnuten um z. B. dreieinhalb Umläufe dreht, wird sie in die Kugelumlaufröhre 10 aufgenommen. Die somit aufgenommene Kugel wird schräg über die Anfangsnut 12a der Spiralnut 12 bewegt und wird dann zu dem Raum zwischen den Spiralnuten 7 und 12 neben den Röhreneinfügungslöchern 1A (oder 1C) zurückgebracht.

In der oben beschriebenen Kugelmutter werden zwei Kugelumlaufröhren 10 parallel zueinander und schräg bezüglich der Achse des Mutterkörpers 1 eingestellt; die Erfindung ist jedoch darauf oder dadurch nicht beschränkt. D.h., die Anzahl der Kugelumlaufröhren 10 kann eins oder mehr als zwei sein, je nach dem vorliegenden Fall. Weiterhin kann der Röhrenhalter 13 zum Fixieren der Kugelumlaufröhren 10 an dem Mutterkörper 1 durch spanabhebende Bearbeitung eines Blockmaterials gebildet sein.

Die Funktionen der Kugelmutter gemäß der Erfindung werden nun beschrieben.

Der Mutterkörper 1 wird durch die Drehzapfenwellen 2 beim Einsatz schwenkbar gestützt. Man nimmt an, daß in diesem Zustand eine Drucklast in der Richtung der Achse Y-Y der Drehzapfenwellen 2 angelegt wird, die groß genug ist, um den Körper der herkömmlichen Kugelmutter vom Dünnwandtyp zu verformen.

In dem Mutterkörper 1 der Erfindung sind, wie zuvor beschrieben, die Rippen 4 an dem Mutterkörper 1 derart gebildet, daß sie sich von den Basisabschnitten 3 der Drehzapfenwellen 2 entlang der Achse X-X des Mutterkörpers 1 erstrecken, um die Wanddicke zu erhöhen, wodurch der Mutterkörper 1 verstärkt wird. Somit wird der Mutterkörper 1 durch eine Drucklast kaum verformt. Entsprechend werden die Kugelrollräume zwischen den Spiralnuten 7 und 12 über die gesamte Länge des Mutterkörpers 1 immer unverändert beibehalten. Daher weist der Mutterkörper 1 nicht die Schwierigkeiten auf, daß die Kugeln B in den Nuten nicht gleichförmig belastet werden; d. h., die Kugellast ist örtlich groß, und die Kugelumlaufspindel hat daher eine verringerte nutzbare Lebensdauer.

Da weiterhin die Verstärkungsrippen 4 örtlich bereitgestellt sind, ist die Gewichtszunahme der Kugelmutter durch das Hinzufügen der Verstärkungsrippen 4 nicht so groß.

Die oben beschriebene Kugelmutter kann wie folgt abgewandelt werden:
Eine erste Abwandlung der Kugelmutter ist so wie in Fig. 5 gezeigt (nur eine Rippe 41 ist gezeigt). Die Rippe 41 hat eine kleinere Breite als der Basisabschnitt 3 der Drehzapfenwelle 2. Die Länge der Rippe 41 entspricht dem Lastbereich der Kugeln B in den Spiralnuten 7 des Mutterkörpers 1; d. h., die Rippe 41 ist nicht außerhalb des Lastbereichs bereitgestellt; insbesondere ist sie nicht in der Nähe der beiden Enden des Mutterkörpers 1 vorhanden. Die Dicke der Rippen 41 ist gleich derjenigen des Basisabschnitts 3 der Drehzapfenwelle 2. Die Rippe 41 ist in ihrer Größe soweit wie möglich verringert unter der Bedingung, daß sie den Mutterkörper 1 ausreichend verstärkt. Somit haben die Rippen 41 den Vorteil, daß der sich daraus ergebende Mutterkörper 1 ein geringeres Gewicht hat als derjenige des in Fig. 1 gezeigten.

Eine zweite Abwandlung der Kugelmutter ist wie in Fig. 6 gezeigt (nur eine der Rippen ist gezeigt). Die zweite Abwandlung ist wie folgt aufgebaut: Eine Vielzahl länglicher Rippen 42 (drei Rippen 42 in Fig. 6) erstrecken sich über die gesamte Länge des Mutterkörpers 1, wobei sie eine Breite belegen, die gleich der Breite des Basisabschnitts 3 des Mutterkörpers 1 ist. Jede der Rippen 42 hat eine Dicke, die gleich derjenigen des Basisabschnitts 3 der Drehzapfenwelle 2 ist. Die zweite Abwandlung hat auch den Vorteil, daß der sich ergebende Mutterkörper 1 ein geringeres Gewicht als der in Fig. 1 gezeigte hat.

Eine dritte Abwandlung der Kugelmutter ist so wie in Fig. 7 gezeigt (nur eine der Rippen ist gezeigt). In der dritten Abwandlung hat eine riemenförmige Rippe 43 eine Anzahl kleiner Stücke 43a, die sich von ihren beiden Kanten erstrecken, und erstreckt sich über die gesamte Länge des Mutterkörpers 1, wobei eine Breite eingenommen wird, die gleich der Breite des Basisabschnitts 3 des Mutterkörpers 1 ist. Jede der Rippen 43 hat eine Dicke, die gleich der Dicke des Basisabschnitts 3 der Drehzapfenwelle 2 ist. Die dritte Abwandlung hat auch den Vorteil, daß der sich ergebende Mutterkörper 1 in geringeres Gewicht als der in Fig. 1 gezeigte hat.

Eine vierte Abwandlung des Mutterkörpers 1 ist in Fig. 8 gezeigt (nur eine Rippe ist gezeigt). Die vierte Abwandlung ist wie folgt aufgebaut: die Breite der Rippe 44 ist kleiner als diejenige des Basisabschnitts 3 der Drehzapfenwelle 2, und die Dicke ist an dem Basisabschnitt 3 der Drehzapfenwelle 2 am größten, und sie ist kleiner zu den beiden Enden des Mutterkörpers 1 hin. Die Länge der Rippen 44 entspricht dem Lastbereich der Kugeln B in den Spiralnuten 7 des Mutterkörpers 1. Der Mutterkörper 1 mit den Rippen 44 ist kleiner als jeder der in den Fig. 1, 5, 6, 7 und 8 gezeigten Mutterkörper und ist für den Fall geeignet, bei dem eine an die Drehzapfenwelle 2 in der axialen Richtung angelegte Last verhältnismäßig klein ist.

Wie oben beschrieben, sind in der Kugelmutter vom Dünnwandtyp gemäß der Erfindung die Rippen zum Erhöhen der Wanddicke der Mutter an beiden Seitenflächen der Mutter derart gebildet, daß sie sich von den Basisabschnitten des Paars von Drehzapfenwellen entlang der Achse der Kugelmutter erstrecken. Somit wird die Steifigkeit der Abschnitte der Kugelmutter, die zur Verformung neigen, erhöht, ohne daß das Gewicht der Kugelmutter stark erhöht wird. Somit wird, selbst wenn eine große Last axial an die Drehzapfenwellen während der Benutzung der Kugelumlaufspindel angelegt wird, verhindert, daß die Kugelmutter dadurch verformt wird; d. h., es wird verhindert, daß die nutzbare Lebensdauer der Kugelmutter verringert wird.

Claims (7)

1. Kugelmutter (1) vom Dünnwandtyp einer Kugelumlaufspindel vom Leichtgewichttyp, mit:
einem Paar zylindrischer Drehzapfenwellen (2), die sich von der äußeren Fläche der Kugelmutter (1) in entgegengesetzte Richtungen derart erstrecken, daß die Drehzapfenwellen (2) eine gemeinsame Achse (Y-Y) senkrecht zu der Achse (X-X) der Kugelmutter (1) haben; gekennzeichnet durch
mindestens zwei Rippenelemente (4; 41; 42; 43) zur Erhöhung der Wanddicke der Kugelmutter (1), bei der die Rippenelemente (4; 41; 42; 43) an beiden Seitenflächen der Kugelmutter (1) der­ art geformt sind, daß die Rippenelemente (4; 41; 42; 43) sich von Basisabschnitten (3) des Paars von Drehzapfenwellen (2) entlang der Achse der Kugelmutter (1) erstrecken, wobei jedes der Rippenelemente (4; 41; 42; 43) eine Dicke hat, die gleich der Dicke des Basisabschnitts (3) ist.

2. Kugelmutter (1) vom Dünnwandtyp gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenelemente (4; 41, 42, 43) sich über die gesamte Länge der Kugelmutter (1) erstrecken.

3. Kugelmutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippenelemente (4; 41; 42; 43) eine kleinere Breite ha­ ben als die Basisabschnitte (3) der Drehzapfenwellen (2).

4. Kugelmutter (1) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
Spiralnuten (7, 12), die in der inneren Oberfläche der Mutter (1) gebildet sind; und
Kugeln (B), durch die die Kugelmutter (1) mit den Spiralnuten (7, 12) in Eingriff ist, die an der äußeren Oberfläche der Ku­ gelumlaufspindel (11) gebildet sind, wobei die Kugeln (B) in einem Raum zwischen den Spiralnuten (7, 12) gerollt werden,
wobei die Länge der Rippenelemente (41) dem Lastbereich der Kugeln (B) in den Spiralnuten (7, 12) der Kugelmutter (1) ent­ spricht.

5. Kugelmutter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Rippenelemente eine Vielzahl von Rippen (42) aufweist, die sich über die gesamte Länge der Mutter (1) par­ allel zueinander erstrecken.

6. Kugelmutter (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Rippenelemente die Form einer Riemengestalt (43) hat mit einer Vielzahl von hervorstehenden Stücken (43a), die sich von beiden Kanten jeder der Rippenelemente erstrecken.

7. Kugelmutter (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rippenelemente (42; 43) eine Breite abdecken, die gleich der Breite der Basisabschnitte (3) ist.