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Dokumentenidentifikation DE102006027942A1 20.12.2007
Titel Kugelgewindetrieb
Anmelder Schaeffler KG, 91074 Herzogenaurach, DE
Erfinder Osterlänger, Jürgen, Dipl.-Ing., 91448 Emskirchen, DE;
Meyerhöfer, Thorsten, 91459 Markt Erlbach, DE
DE-Anmeldedatum 17.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006027942
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse F16H 25/22(2006.01)A, F, I, 20060617, B, H, DE
Zusammenfassung Kugelgewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (1) angeordneten Spindelmutter (3), die zusammen mit der Gewindespindel (1) wenigstens einen endlosen Kugelkanal (9, 16) für den endlosen Umlauf von Kugeln (2) begrenzt, wobei der Kugelkanal (9, 16) einen schraubenförmig um eine Drehachse des Kugelgewindetriebes schraubenförmig gewundenen Lastabschnitt und einen die Enden des Lastabschnittes endlos miteinander verbindenden Rücklaufabschnitt aufweist, wobei der Lastabschnitt von an der Spindelmutter (3) und an der Gewindespindel (1) vorgesehenen Kugelrillen (4, 5) gebildet ist und wobei der Rücklaufabschnitt an einem in die Gewindespindel (1) eingesetzten Einsatz (12, 6) aufweist, wobei die Gewindespindel (1) an ihrem Umfang mit einer Ausnehmung (7, 14) zur Aufnahme des Einsatzes (6, 12) versehen ist, wobei der Rücklaufabschnitt als zur Spindelmutter (3) geöffnete rillenförmige Nut (11, 15) an dem Einsatz (6, 12) gebildet ist.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelgewindetrieb. Bei derartigen Kugelgewindetrieben wird eine drehende Bewegung zwischen der Gewindespindel und der Spindelmutter in eine axiale Bewegung umgewandelt.

Aus DE 198 57 581 A1 ist ein Kugelgewindetrieb bekannt geworden, bei der die Spindelmutter an ihrer inneren Mantelfläche eine schraubenförmige Kugelrille und die Gewindespindel eine entsprechende schraubenförmige Kugelrille aufweist, wobei zwischen den Kugelrillen Kugeln als tragende Wälzkörper angeordnet sind, wobei die beiden Enden eines tragenden Kugelrillenbereichs über einen Rücklaufabschnitt für die Kugeln miteinander verbunden sind. Der Rücklaufabschnitt ist von einem Rücklaufkanal gebildet, der sich innerhalb der Spindel erstreckt. Dieser Rücklaufkanal umfasst ein zur Gewindespindel koaxial angeordnetes Rücklaufrohr, das sich über mehrere Windungen der Kugelrillen hin erstreckt, sowie zwei Umlenkstücke, die jeweils an ein Ende des Rücklaufrohres angeschlossen sind. Auf diese Weise ist ein Kugelgewindetrieb gebildet, bei dem die Kugeln über eine Vielzahl von Schraubenwindungen hinweg in den Rücklaufabschnitt rückgeführt werden können.

Bei derartigen Kugelgewindetrieben liegt ein sehr hoher Schiebewiderstand vor, da die im Lastabschnitt abwälzenden Kugeln eine Vielzahl von Kugeln durch den Rücklaufabschnitt hindurch schieben müssen. Zudem ist die Montage dieses aus mehreren Teilen gebildeten Rücklaufabschnitts sehr aufwendig und verteuert somit derartige Kugelgewindetriebe.

Ferner ist bei derartigen Kugelgewindetrieben nachteilig, dass die Gewindespindel mit einer zentralen Bohrung zur Aufnahme des Rücklaufrohres versehen sein muss.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kugelgewindetrieb nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 anzugeben, der einfach herstellbar ist und leichtgängig arbeitet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Gewindespindel an ihrem Umfang mit einer Ausnehmung zur Aufnahme des Einsatzes versehen ist, wobei der Rücklaufabschnitt als zur Spindelmutter geöffnete rillenförmige Nut an dem Einsatz ausgebildet ist. Anders als bei den bekannten Kugelgewindetrieben ist hier keine rohrförmig geschlossene Kugelbahn erforderlich. Bei dem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb ist die rillenförmige Nut lediglich derart abgesenkt, dass die Kugel über die Gewindeflanke der an der Spindelmutter ausgebildeten Kugelrille geführt werden kann. Eine zentrale Bohrung in der Gewindespindel entfällt ebenfalls. Derartige Einsätze können kostengünstig aus Kunststoff im Spritzverfahren in Massenfertigung hergestellt werden. Diese Einsätze brauchen lediglich in eine vorbereitete Nut der Gewindespindel eingesetzt zu werden.

Eine besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Weiterbildung sieht vor, dass die rillenförmige Nut einen Anfang und ein Ende einer gemeinsamen Windung des Lastabschnittes endlos miteinander verbindet. Das bedeutet, dass bei mehreren Windungen des Kugelkanals im Kugelgewindetrieb eine Vielzahl von in sich geschlossenen Umläufen gebildet ist. Das bedeutet ferner, dass die Anzahl der in der rillenförmigen Nut angeordneten Kugeln minimiert ist. Nur wenige Kugeln befinden sich zu einem Zeitpunkt im Rücklaufabschnitt in der rillenförmigen Nut, so dass der Verschiebewiderstand gegenüber bekannten Kugelgewindetrieben mit Umlenkung der Kugeln an der Gewindespindel deutlich reduziert ist. Bei derartigen erfindungsgemäß weitergebildeten Kugelgewindetrieben kann eine Vielzahl von Einsätzen mit jeweils einer rillenförmigen Nut über den Umfang der Gewindespindel verteilt angeordnet sein. Allerdings ist es auch möglich, anstelle einer Vielzahl von Einsätzen lediglich ein oder zwei Einsätze vorzusehen, die jeweils mit der bereits beschriebenen rillenförmigen Nut als Rücklaufabschnitt für je einen endlosen Kugelkanal versehen sind.

Vorzugsweise sind die bereits erwähnten Einsätze mit Spiel in der Ausnehmung aufgenommen. Das Spiel ist soweit ausgelegt, dass beispielsweise Verspannungen aufgrund von Toleranzschwankungen oder auch Positionsfehler der Nut zum Spindelgewinde ausgeglichen werden können.

Die rillenförmige Nut als Rücklaufabschnitt ist zwischen ihrem Eingang und ihrem Ausgang für die Kugeln mit einem krümmungsstetigen Verlauf versehen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kugeln nur sanfte Verzögerungen und Beschleunigungen erfahren.

Um sicherzustellen, dass die Kugeln in dem Rücklaufabschnitt einwandfrei über die Gewindeflanke der an der Spindelmutter vorgesehenen Kugelrille gehoben werden können, sieht eine erfindungsgemäße Weiterbildung vor, dass die rillenförmige Nut einen Abschnitt mit einer lichten Öffnungsweite aufweist, die kleiner als der Kugeldurchmesser ist. Die rillenförmige Nut begrenzende Nutwände umgreifen demzufolge die Kugeln zumindest dort um mehr als die Hälfte des Kugeldurchmessers, wo die Kugeln über die erwähnte Gewindeflanke der Spindelmutter gehoben werden, um wieder zu dem Beginn der gemeinsamen Windung zu gelangen.

Die Spindelmutter kann beispielsweise durch eine Hülse mit Innengewinde gebildet sein. Der Einsatz ist vorzugsweise als Umlenkstück so geformt, dass es aus einem thermoplastischen Kunststoff kostengünstig und großserientauglich ohne Hinterschnitt in einem Spritzwerkzeug hergestellt werden kann. Alternativ kann auch das Umlenkstück aus einem metallischen Werkstoff geschmiedet, gesintert, geprägt oder gepresst sein. Einfach herzustellende Umlenkstücke sind mit einer rillenförmigen Nut ausgestattet, die durchgängig zur Spindelmutter hin geöffnet ist. Zur leichgängigen Durchführung der Wälzkörper durch das Umlenkstück kann zumindest die rillenförmige Nut mit einem Gleitmittel zur Verringerung der Reibung zwischen dem Umlenkstück und der Kugel beschichtet oder imprägniert sein.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von zwei in insgesamt zehn Figuren abgebildeten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb, teilweise geschnitten,

2 eine Einzelheit des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes aus 1 in vergrößerter Darstellung,

3 die Einzelheit aus 2, jedoch aus einer anderen Perspektive,

4 ein Umlenkstück des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes in vergrößerter Darstellung,

5 einen Ausschnitt der Gewindespindel des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes,

6 einen Querschnitt durch ein Einzelteil des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes,

7 das Einzelteil aus 6, jedoch im Längsschnitt,

8 einen weiteren erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb, jedoch ohne Spindelmutter,

9 eine Einzelheit des erfindungsgemäßen Kugelgewindetriebes gemäß 8,

10 die Einzelheit aus 9, jedoch in perspektivischer Darstellung.

Der in den 17 abgebildete erfindungsgemäße Kugelgewindetrieb weist eine auf einer Gewindespindel 1 über Kugeln 2 drehbar gelagerte Spindelmutter 3 auf. Die Spindelmutter 3 ist an ihrem Innenumfang mit einer schraubenförmig gewundenen Kugelrille 4 versehen, die um die Längsachse des Kugelgewindetriebes herum gewunden ist. Die Gewindespindel 1 ist an ihrem Außenumfang mit einer schraubenförmig um die Längsachse des Kugelgewindetriebes gewundenen Kugelrille 5 versehen. Die Kugeln 2 wälzen an den Kugelrillen 4, 5 ab. Die Gewindespindel ist mit mehreren über dem Umfang verteilt angeordneten Einsätzen 6 versehen, die jeweils in einer an der Gewindespindel 1 vorgesehenen Ausnehmung 7 (siehe 5) eingesetzt sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Einsätze 6 als Umlenkstücke 8 ausgebildet. Die Umlenkstücke 8 verbinden Anfang und Ende einer gemeinsamen Windung, die von den Kugelrillen 4, 5 der Gewindespindel 1 und der Spindelmutter 3 gebildet sind; auf diese Weise bildet jede Windung einen endlosen Kugelkanal 9, in dem die Kugeln 2 endlos umlaufen, wobei die Kugeln 2 vom Ende zu dem Anfang einer gemeinsamen Windung in dem Umlenkstück 8 umgelenkt werden. Der Kugelkanal 9 umfasst einen Lastabschnitt 9a und einen Rücklaufabschnitt 9b. Der Lastabschnitt 9a ist von den Kugelrillen 4, 5 begrenzt. Der Rücklaufabschnitt 9b ist an dem Umlenkstück 8 gebildet.

Die Umlenkung ist deutlich den 2 und 3 zu entnehmen. Insbesondere der 2 ist zu entnehmen, dass die Kugeln 2 entlang ihres Laufs durch den Kugelkanal 9 in dem jeweiligen Umlenkstück 8 aus ihrer durch die Kugelrillen 4, 5 vorgeschriebenen schraubenförmigen Kreisbahn radial einwärts verlagert werden, wobei diese Absenkung innerhalb des Umlenkstückes so gebildet ist, dass die Kugeln 2 über die Gewindeflanke 10 gehoben oder geführt werden können, die an der Spindelmutter 3 einander benachbart angeordnete Kugelrillen 4 trennt. Zu diesem Zweck ist jedes Umlenkstück mit einer rillenförmigen Nut 11 versehen, wie insbesondere den 4, 6 und 7 zu entnehmen ist. Diese rillenförmige Nut 11 ist durchgängig zur Spindelmutter 3 hin geöffnet. Die Kugeln 2 werden von einem Eintritt 11a zu einem Austritt 11b der rillenförmigen Nut 11 geführt, wobei sie von dem Ende zu dem Anfang des gemeinsamen Kugelkanals geführt werden. Zwischen dem Eintritt 11a und dem Austritt 11b ist eine Absenkung 11c ausgebildet, um die Kugeln 2 in der beschriebenen Weise absenken zu können.

6 zeigt das Umlenkstück 8 im Querschnitt, wobei hier deutlich zu erkennen ist, dass das Umlenkstück 8 eine lichte Öffnungsweite 12 aufweist, die kleiner als der Kugeldurchmesser ist. Nutwände 11d der Nut 11 umgreifen im Bereich der Absenkung 11c die Kugeln 2 über mehr als den halben Kugelumfang. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Kugeln 2 einwandfrei über die weiter oben beschriebene Gewindeflanke 10 der Spindelmutter 3 gehoben werden können. Auf diese Weise kann zum Beispiel auch ein Kontakt der Kugel 2 mit der Gewindeflanke 10 vermieden werden. Demzufolge werden auch Klappergeräusche im Umlenkstück 8 vermieden.

Der 7 ist deutlich die Zone der größten Absenkung 11c zu entnehmen, das heißt dort, wo die Kugeln 2 über die Gewindeflanke 10 der Spindelmutter 3 gehoben werden.

In den 8 bis 10 ist ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Kugelgewindetriebes abgebildet. Dieser Kugelgewindetrieb unterscheidet sich von dem aus dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel im wesentlichen dadurch, dass ein modifizierter Einsatz 12 vorgesehen ist, der ebenfalls als Umlenkstück 13 ausgebildet ist. 8 zeigt lediglich die Gewindespindel 1 mit einem Umlenkstück 13, das in eine Ausnehmung 14 der Gewindespindel 1 eingesetzt ist.

Dieses Umlenkstück 13 ist mit drei rillenförmigen Nuten 15 versehen, wobei jede rillenförmige Nut 15 als Rücklaufabschnitt einen Anfang und ein Ende eines Lastabschnittes endlos miteinander verbindet, wobei ein endloser Kugelkanal 16 durch den Lastabschnitt und durch den Rücklaufabschnitt gebildet ist. Auf diese Weise sind drei endlose Kugelkanäle 16 gebildet, in denen die hier nicht abgebildeten Kugeln endlos abwälzen. Bei diesem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb genügt es, ein einziges Umlenkstück 13 mit einer Vielzahl von rillenförmigen Nuten 15 vorzusehen, so dass beispielsweise ein Kugelgewindetrieb mit drei endlosen Kugelkanälen 16 geschaffen ist, in dem die Kugeln endlos umwälzen.

9 zeigt das Umlenkstück 13 in einem Schnitt, wobei hier ebenso wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel die lichte Öffnungsweite 17 kleiner als der Kugeldurchmesser ist. Demzufolge ist auch bei diesem erfindungsgemäßen Kugelgewindetrieb sichergestellt, dass die Kugeln in der rillenförmigen Nut 15 des Umlenkstückes 13 einwandfrei über die hier nicht abgebildete Gewindeflanke der Spindelmutter gehoben werden können.

1
Gewindespindel
2
Kugel
3
Spindelmutter
4
Kugelrille
5
Kugelrille
6
Einsatz
7
Ausnehmung
8
Umlenkstück
9
Kugelkanal
9a
Lastabschnitt
9b
Rücklaufabschnitt
10
Gewindeflanke
11
Nut
11a
Eintritt
11b
Austritt
11c
Absenkung
11d
Nutwand


Anspruch[de]
Kugelgewindetrieb, mit einer auf einer Gewindespindel (1) angeordneten Spindelmutter (3), die zusammen mit der Gewindespindel (1) wenigstens einen endlosen Kugelkanal (9, 16) für den endlosen Umlauf von Kugeln (2) begrenzt, wobei der Kugelkanal (9, 16) einen schraubenförmig um eine Drehachse des Kugelgewindetriebes schraubenförmig gewundenen Lastabschnitt und einen die Enden des Lastabschnittes endlos miteinander verbindenden Rücklaufabschnitt aufweist, wobei der Lastabschnitt von an der Spindelmutter (3) und an der Gewindespindel (1) vorgesehenen Kugelrillen (4, 5) gebildet ist und wobei der Rücklaufabschnitt an einem in die Gewindespindel (1) eingesetzten Einsatz (12, 6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindespindel (1) an ihrem Umfang mit einer Ausnehmung (7, 14) zur Aufnahme des Einsatzes (6, 12) versehen ist, wobei der Rücklaufabschnitt als zur Spindelmutter (3) geöffnete rillenförmige Nut (11, 15) an dem Einsatz (6, 12) gebildet ist. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die rillenförmige Nut (11, 15) einen Anfang und ein Ende einer gemeinsamen Windung endlos miteinander verbindet. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem eine Vielzahl von Einsätzen (6) mit je einer rillenförmigen Nut (11) über den Umfang der Gewindespindel (1) verteilt angeordnet sind. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 2, bei dem der Einsatz (12) mit mehreren rillenförmigen Nuten (15) für je einen endlosen Kugelkanal versehen ist. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei der der Einsatz (6, 12) mit Spiel in der Ausnehmung (7, 14) aufgenommen ist. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die rillenförmige Nut (11, 15) zwischen ihrem Eingang und seinem Ausgang für die Kugeln (2) einen krümmungsstetigen Verlauf aufweist. Kugelgewindetrieb nach Anspruch 1, bei dem die rillenförmige Nut (11, 15) einen Abschnitt aufweist, dessen lichte Öffnungsweite (17) kleiner als der Kugeldurchmesser gebildet ist.






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