DE4412539A1 - Kugelumlaufspindel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kugelumlaufspindeln gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und insbesondere eine derartige Kuge­ lumlaufspindel, bei der eine auf die Kugelmutter ausgeübte, große vor­ gegebene axiale Last gleichmäßig von den Kugeln in sämtlichen Ab­ schnitten der zwischen der Kugelumlaufwelle und der Kugelmutter be­ findlichen Kugelumlaufbahn aufgenommen wird.

Eine bekannte Kugelumlaufspindel umfaßt eine Kugelumlaufwelle, an deren äußerer Umfangsfläche eine schraubenlinienförmige Kugelum­ laufrille ausgebildet ist, eine Kugelmutter, an deren innerer Oberfläche eine schraubenlinienförmige Kugelumlaufrille ausgebildet ist, welche der Kugelumlaufrille der Kugelumlaufwelle zugewandt ist, sowie eine Anzahl von Kugeln, die zwischen die gegenüberliegenden Kugelum­ laufrillen eingesetzt sind. In einer solchen Kugelumlaufspindel sind die Kugelumlaufwelle und die Kugelmutter über die rollenden Kugeln in Kontakt, so daß die Kugelmutter bei kleiner Antriebskraft relativ zur Kugelumlaufwelle eine schraubenlinienförmige Bewegung ausführen kann.

In der Kugelumlaufspindel des Standes der Technik besitzen die Kuge­ lumlaufrille der Kugelumlaufwelle und die Kugelumlaufrille der Ku­ gelmutter die gleiche Steigung. Wenn daher auf die Kugelmutter eine kleine axiale Last ausgeübt wird, wird die Last von den Kugeln sämtli­ cher Kugelumlaufrillenabschnitte aufgenommen. Wenn die axiale Last jedoch groß ist, wird diese Last auf die Kugeln bestimmter Kugelum­ laufrillenabschnitte konzentriert, so daß diese bestimmten Kugelum­ laufrillenabschnitte und deren Kugeln einen Verschleiß erfahren oder aufreißen. Daher ist die Lebensdauer der Kugelumlaufspindel kürzer als eine vorgesehene Lebensdauer.

In einer anderen Kugelumlaufspindel des Standes der Technik sind die effektiven Durchmesser der Kugelumlaufrillen der Kugelmutter gleich. Wenn daher die auf die Kugelmutter ausgeübte axiale Last klein ist, wird diese Last von den Kugeln sämtlicher Kugelumlaufrillenabschnitte aufgenommen. Wenn diese axiale Last jedoch groß ist, wird sie auf die Kugeln bestimmter Kugelumlaufrillenabschnitte konzentriert, so daß diese Kugelumlaufrillenabschnitte und deren Kugeln einen Verschleiß erfahren oder aufreißen. Folglich ist die Lebensdauer der Kugelumlauf­ spindel kürzer als die vorgesehene Lebensdauer.

Um eine gewünschte Lebensdauer der Kugelumlaufspindel zu erzielen, ist es notwendig, Kugeln großen Durchmessers zu verwenden oder die Anzahl der Kugeln zu erhöhen, um den Durchmesser der Kugelmutter zu erhöhen. Dies fährt jedoch zu einer Zunahme der Größe und des Gewichts der Kugelumlaufspindel sowie zu einem Anstieg der Herstel­ lungskosten derselben.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kugelum­ laufspindel zu schaffen, die die Probleme des Standes der Technik löst und bei der eine auf die Kugelmutter ausgeübte, große vorgegebene axiale Last gleichmäßig von den Kugeln in sämtlichen Abschnitten der zwischen der Kugelumlaufwelle und der Kugelmutter befindlichen Ku­ gelumlaufbahn aufgenommen wird.

Diese Aufgabe wird gemäß einer ersten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung durch eine Kugelumlaufspindel der gattungsgemäßen Art gelöst, die die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angege­ benen Merkmale besitzt.

Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert auf der Er­ kenntnis, daß in einer herkömmlichen Kugelumlaufspindel dann, wenn auf die Kugelmutter eine große axiale Last ausgeübt wird, die auf die einzelnen Kugeln in den Kugelumlaufrillenabschnitten ausgeübten La­ sten nicht gleichmäßig sind. Die Erfinder haben festgestellt, daß die Beanspruchung, die auf die Kugeln desjenigen Kugelumlaufrillenab­ schnittes wirkt, der weiter vom Befestigungsabschnitt der Kugelmutter entfernt ist, klein ist, daß jedoch die Beanspruchung der Kugeln desje­ nigen Kugelumlaufrillenabschnittes, der sich näher am Befestigungsab­ schnitt befindet, größer ist, so daß die Lebensdauer der Kugelumlauf­ spindel durch den letztgenannten Faktor bestimmt ist. Der Grund hier­ für besteht darin, daß dann, wenn auf den Befestigungsabschnitt eine Last ausgeübt wird, die Kugelmutter in axialer Richtung leicht verformt (gedehnt oder zusammengedrückt) wird, so daß die Beanspruchung, die auf diejenigen Kugeln wirkt, die weiter vom Befestigungsabschnitt ent­ fernt sind und eine größere elastische Verformung aufnehmen, relativ kleiner ist, so daß andererseits die Kugeln, die sich näher am Befesti­ gungsabschnitt befinden, eine Last aufnehmen, die größer als die mitt­ lere Last ist.

Erfindungsgemäß werden der Spalt zwischen den näher am Befesti­ gungsabschnitt der Kugelmutter befindlichen Kugeln und dem entspre­ chenden Kugelumlaufrillenabschnitt sowie der Spalt zwischen den wei­ ter vom Befestigungsabschnitt der Kugelmutter entfernt befindlichen Kugeln und dem entsprechenden Kugelumlaufrillenabschnitt wie im Anspruch 1 angegeben ausgebildet, so daß die Belastungen, die auf die Kugeln in sämtlichen Kugelumlaufrillenabschnitten wirken, im wesent­ lichen gleichmäßig sind.

Die obige Aufgabe wird gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durch eine Kugelumlaufspindel der gattungs­ gemäßen Art gelöst, die die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 5 angegebenen Merkmale besitzt.

Auch diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung basiert auf der obengenannten Erkenntnis. Indem die effektiven Durchmesser der Kugelumlaufrillenabschnitte der Kugelmutter erfindungsgemäß so ge­ wählt werden, daß der Spalt zwischen den weiter vom Befestigungsab­ schnitt der Kugelmutter entfernt befindlichen Kugeln und den Kugelum­ laufrillenabschnitten sowie der Spalt zwischen den näher am Befesti­ gungsabschnitt der Kugelmutter befindlichen Kugeln und den entspre­ chenden Kugelumlaufrillenabschnitten wie im Anspruch 5 angegeben beschaffen sind, sind die auf die Kugeln in sämtlichen Kugelumlaufril­ lenabschnitten wirkenden Beanspruchungen im wesentlichen gleichmä­ ßig.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die sich auf bevorzugte Ausführungsfor­ men der vorliegenden Erfindung beziehen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Ausführungs­ formen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise im Schnitt gezeigte Gesamt­ ansicht einer Kugelumlaufspindel gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnittes der Kuge­ lumlaufspindel von Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der Kugelumlaufspindel gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 4 einen Graphen zur Erläuterung einer Wirkung der Kugelum­ laufspindel gemäß der ersten Ausführungsform;

Fig. 5 eine Schnittansicht einer Kugelumlaufspindel gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine vergrößerte Ansicht der Kugelumlaufrille der Kugelum­ laufspindel von Fig. 5;

Fig. 7 eine perspektivische, teilweise im Schnitt dargestellte Ge­ samtansicht einer Kugelumlaufspindel gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 eine vergrößerte Ansicht eines Hauptabschnittes der Kugel­ umlaufspindel von Fig. 7;

Fig. 9 eine Ansicht zur Erläuterung der Wirkungsweise der Ausfüh­ rungsform von Fig. 7;

Fig. 10 einen Graphen, der eine Wirkung der Kugelumlaufspindel gemäß der dritten Ausführungsform erläutert;

Fig. 11 eine Schnittansicht einer Kugelumlaufspindel gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 12 eine vergrößerte Ansicht einer Kugelumlaufrille der Kuge­ lumlaufspindel von Fig. 11.

Nun wird mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen eine erste Aus­ führungsform der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel erläutert.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt eine Kugelumlaufspindel eine Kugelum­ laufwelle 10, eine Kugelmutter 20, mehrere Kugeln 30 sowie ein Ku­ gelrücklaufrohr 40. Eine Kugelumlaufrille 12 (siehe Fig. 6) in Form eines sogenannten gotischen Spitzbogens ist an der äußeren Umfangs­ fläche der Kugelumlaufwelle 10 schraubenlinienförmig ausgebildet, wobei die Steigung dieser Schraubenlinie über die gesamte Länge der Kugelumlaufwelle 10 den konstanten Wert L₁ besitzt.

Die Kugelmutter 20 weist eine Innenbohrung 22 auf, deren Innen­ durchmesser etwas größer als der Außendurchmesser der Kugelum­ laufwelle 10 ist. Ferner ist in der Kugelmutter 20 an ihrer inneren Um­ fangsfläche eine Kugelumlaufrille 24 (siehe Fig. 6) in Form eines goti­ schen Spitzbogens schraubenlinienförmig in der Weise ausgebildet, daß sie der Kugelumlaufrille 12 der Kugelumlaufwelle 10 gegenüberliegt. Die Steigungen L₂ bis L₇ sind über die gesamte Länge einander gleich (L₂ = L₃ = L₄ = L₅ = L₆ = L₇) und kleiner als L₁ (siehe Fig. 2).

Die Kugelumlaufrillen 12 und 24 können geeignet mittels einer nume­ risch gesteuerten Kugelumlaufrillen-Schleifmaschine ausgebildet wer­ den, indem das Steigungsverhältnis zwischen der Kugelumlaufwelle 10 und der Kugelmutter 20 gemäß einem vorgegebenen Programm gesteu­ ert wird.

Wie wiederum in Fig. 1 gezeigt, besitzt die Kugelmutter 20 an ihrem linken Ende einen radial sich erstreckenden Flansch 25, mit dem sie mittels Schrauben 52 an einem festen Element 50 befestigt ist. An ge­ genüberliegenden Enden der Innenbohrung 22 sind Bohrungen 26 mit großem Durchmesser ausgebildet, außerdem sind an den Bohrungen 26 Dichtungen 28 mit nach innen vorstehenden Vorsprüngen für die enge Aufnahme der Kugelumlaufrillen befestigt, um zu verhindern, daß Fremdmaterialien wie etwa Staub und Splitter in die Kugelmutter ein­ dringen. Senkrecht zu einer axialen Linie der Kugelmutter 20 sind in gegenseitigem Abstand zwei Durchgangsbohrungen 29 (wovon nur eine gezeigt ist) ausgebildet, in die die Enden 42 (wovon in Fig. 1 nur ein Abschnitt gezeigt ist) eines im allgemeinen U-förmigen Kugelrücklauf­ rohrs 40 eingeschoben sind. Die vorderen Abschnitte der Enden 42 münden in einen kreisförmigen Raum, der durch die Kugelumlaufrillen 12 und 24 gebildet ist. Das Kugelrücklaufrohr 40 ist an der Kugelmut­ ter 20 mittels eines Klemmelements 46 befestigt.

Nun wird die Wirkungsweise der Kugelumlaufspindel gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.

Wenn auf die Kugelumlaufwelle 10 eine Drehkraft im Uhrzeigersinn (bei Betrachtung von links in Fig. 1) ausgeübt wird, wird die Kugelum­ laufwelle 10 wegen der Rollbewegung der Kugeln 30 weich gedreht, ferner wird das feste Element 50, das mit dem einen Befestigungsab­ schnitt der Kugelmutter 20 bildenden Flansch 25 verbunden ist, nach rechts bewegt, wenn die Kugelumlaufwelle gedreht wird. Die Kugeln 30 zwischen den Kugelumlaufrillen 12 und 24 werden in diesen Rillen 12 bzw. 24 gerollt, wenn die Kugelumlaufwelle 10 gedreht wird, wobei sie das linke Ende der Kugelmutter 20 erreichen und vom linken Ende 42 des Kugelrücklaufrohrs 40 aufgenommen, im Kugelrücklaufrohr 40 nach rechts bewegt und vom (nicht gezeigten) rechten Ende des Kugel­ rücklaufrohrs 40 zu den rechten Abschnitten der Kugelumlaufrillen 12 bzw. 24 zurückgeführt werden.

Wenn die Kugelumlaufwelle 10 gedreht wird, wird über die Kugeln 30 eine Kraft an die Kugelumlaufrillen 24 der Kugelmutter 20 übertragen.

Da die Steigungen L₂ bis L₇ der Kugelumlaufrille 24 der Kugelmutter so gewählt sind, daß sie kleiner als die Steigung L₁ der Kugelumlaufril­ le 12 der Kugelumlaufwelle 10 sind, wird die Kraft zunächst über die weiter vom Flansch 25 der Kugelmutter 20 entfernten Kugel 30g über­ tragen, wobei bei einer Zunahme der auf die Kugelumlaufwelle 10 aus­ geübten axialen Kraft das rechte Ende der Kugelmutter 20 durch diese Kraft in axialer Richtung gedehnt wird. Im Ergebnis wird die Steigung der Kugelumlaufrille am rechten Ende etwas größer als L₇ und gleich der Steigung L₁ der Kugelumlaufrille 12 der Kugelumlaufwelle 10. Da­ her wird ein Spalt zwischen der Kugel 30f und dem Kugelumlaufrillen­ abschnitt 24f der Kugelmutter 20 verringert, wobei die Kugel 30f schließlich mit dem Gewindeboden des Kugelumlaufrillenabschnitts 24f in Kontakt gelangt, so daß die Kugelmutter 20 eine Zugbeanspruchung vom Rillenboden des Kugelumlaufrillenabschnitts 24f aufnimmt.

Wenn danach die axiale Kraft der Kugelumlaufwelle 10 ansteigt, pflanzt sich die Ausdehnung der Kugelmutter 20 in axialer Richtung über ein weiteres Stück der Kugelmutter 20 fort, so daß die nächste Kugel 30e mit dem Rillenboden des Kugelumlaufrillenabschnitts 24e in Kontakt gelangt und die jeweiligen Kugeln mit den jeweiligen Kuge­ lumlaufrillenabschnitten mit einer vorgegebenen Last (siehe Fig. 3) in Kontakt gelangen. Auf diese Weise wird die Steigung eines jeden Kugelumlaufrillenabschnitts 24 der Kugelmutter 20 um einen Betrag gedehnt, der der elastischen Verformung der Kugelmutter 20 am ent­ sprechenden Kugelumlaufrillenabschnitt 24 entspricht, so daß die Stei­ gungen L₂ bis L₇ sämtlicher Kugelumlaufrillenabschnitte 24 im we­ sentlichen gleich der Steigung L₁ der Kugelumlaufwelle 10 werden. Im Ergebnis nehmen die jeweiligen Kugeln Lasten gleicher Größe auf. Das bedeutet, daß auf eine bestimmte Kugel keine übermäßige Last ausge­ übt wird, so daß für die Kugelumlaufspindel eine lange Lebensdauer erzielt wird.

Die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel erzielt aus den obenerwähn­ ten Gründen die lange Lebensdauer, wenn eine vorgegebene Last (hohe Last) ausgeübt wird. Wenn jedoch die auf die Kugeln ausgeübte Last gering ist, sind die auf die jeweiligen Kugeln ausgeübten Teillasten nicht gleichmäßig. Dies stellt jedoch kein Problem dar, weil die Le­ bensdauer der Kugelumlaufrillen verlängert ist. Da dann, wenn die Last gering ist, die Last von einer kleineren Anzahl von Kugeln aufge­ nommen wird, ist das wirkende Drehmoment sehr klein, was einen weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung darstellt.

Fig. 4 zeigt Kurven der auf die Kugeln 30 in den Kugelumlaufrillenab­ schnitten der Kugelmutter 20 ausgeübten Lasten. Eine gerade Linie A (Strichpunktlinie) zeigt die Last auf eine Kugel, wenn angenommen wird, daß die Kugelmutter perfekt starr ist, während die Kurve B die Last in einer herkömmlichen Kugelumlaufspindel zeigt, in der die Ku­ gelumlaufrille der Kugelumlaufwelle und die Kugelumlaufrille der Ku­ gelmutter die gleiche Steigung besitzen, und die Kurve C die Last in der Kugelumlaufspindel gemäß der ersten Ausführungsform der Erfin­ dung zeigt.

Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, wird, wenn auf die Kugelmutter in axia­ ler Richtung eine vorgegebene Last ausgeübt wird, in der anhand der Kurve B gezeigten herkömmlichen Kugelumlaufspindel eine übermä­ ßige Kraft auf die näher am Befestigungsabschnitt befindlichen Kugeln ausgeübt. In der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel wird jedoch auf die Kugeln in jedem beliebigen Kugelumlaufrillenabschnitt eine im wesentlichen gleichmäßige Last ausgeübt, wie aus der Kurve C hervor­ geht, so daß die Ausübung einer übermäßigen Kraft verhindert wird. Somit wird der Verschleiß oder ein Aufreißen eines besonderen Kuge­ lumlaufrillenabschnittes verhindert, so daß die Lebensdauer der Kuge­ lumlaufspindel verlängert wird.

In einer in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist an der axialen Mitte der Kugelmutter 120 ein Flansch 125 ausgebildet, der mittels Schrauben 52 an einem festen Element 50 be­ festigt ist. In der zweiten Ausführungsform sind die Steigungen von nebeneinanderliegenden Kugelumlaufrillenabschnitten der Kugelmutter 120 im Bereich in der Nähe des Flansches 125 durch den Wert L₂ ge­ geben, während die Steigungen in einem vom Flansch 125 weiter ent­ fernten Bereich durch den Wert L₃ gegeben sind, der größer als L₂ ist, weil die Starrheit der Kugelmutter 120 in der Umgebung des Flansches 125 größer ist. Im Ergebnis ist ein Spalt zwischen dem Kugelumlaufril­ lenabschnitt 124 und der Kugel am Flansch 125 größer und in einer Ent­ fernung vom Flansch 125 kleiner, wobei die Abnahme des Spalts in bezug auf den Flansch 125 nach beiden Seiten symmetrisch ist. Die Werte der Steigungen L₂ und L₃ können experimentell geeignet be­ stimmt werden.

Wenn in der zweiten Ausführungsform auf die Kugelmutter 110 eine vorgegebene Last ausgeübt wird, nehmen aus dem gleichen Grund wie in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben sämtliche Kugeln 130 die Last gleichmäßig auf.

Obwohl in den obigen Ausführungsformen positive Spalten mit Zwi­ schenräumen zwischen den beiden Elementen gezeigt worden sind, um­ fassen die Spalten der vorliegenden Erfindung auch negative Spalten, bei denen die beiden Elemente mit elastischer Verformung in Kontakt sind.

In der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Steigungen der Kugelumlaufrille 24 der Kugelmutter 20 über die ge­ samte Länge konstant. Wenn die durch die Last verursachte elastische Verformung der Kugelumlaufrille sich in axialer Richtung der Kugel­ mutter verändert, können die Spalten durch Berücksichtigung der ela­ stischen Verformung eingestellt werden.

Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung eine große Last auf die Ku­ gelmutter ausgeübt wird, werden die Kugelumlaufrillenabschnitte am Befestigungsabschnitt sowie die Umfangsfläche derselben elastisch ver­ formt, so daß die Last gleichmäßig von allen Kugelumlaufrillenab­ schnitten aufgenommen wird. Im Ergebnis wird ein Verschleiß oder ein Aufreißen von bestimmten Kugelumlaufrillenabschnitten oder von Ku­ geln verhindert, so daß die Lebensdauer der Kugelumlaufspindel ver­ längert wird. Dies wird ohne wesentliche Änderung der Konstruktion und der Größe der Kugelumlaufspindel des Standes der Technik erzielt.

Nun wird mit Bezug auf die Zeichnungen eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel erläutert. Die Elemente, die denjenigen der ersten und der zweiten Ausführungsform entspre­ chen, sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei eine nochmalige Erläuterung weggelassen wird.

Wie in Fig. 7 gezeigt, umfaßt eine Kugelumlaufspindel eine Kugelum­ laufwelle 210, eine Kugelmutter 220, mehrere Kugeln 230 und ein Ku­ gelrücklaufrohr 240. Die Kugelumlaufwelle 210 besitzt eine schrau­ benlinienförmige Kugelumlaufrille 212 in Form eines sogenannten goti­ schen Spitzbogens (siehe Fig. 12), welche an der äußeren Umfangsflä­ che der Welle 210 ausgebildet ist.

Die Kugelmutter 220 besitzt eine Innenbohrung 222, deren Innen­ durchmesser etwas größer als der Außendurchmesser der Kugelum­ laufrille 210 ist. Die Kugelmutter 220 weist an der Innenfläche der In­ nenbohrung 222 eine schraubenlinienförmige Kugelumlaufrille 224 in Form eines sogenannten gotischen Spitzbogens (siehe Fig. 12) auf, die der an der äußeren Umfangsfläche der Kugelumlaufwelle 210 ausgebil­ deten Kugelumlaufrille 212 zugewandt ist. Die Steigung L₁₁ der Kugel­ umlaufrille 224 ist gleich der Steigung L₁₂ der Kugelumlaufrille 212 der Kugelumlaufwelle (L₁₁ = L₁₂), außerdem sind der effektive Durchmesser des am linken Ende befindlichen Kugelumlaufrillenab­ schnittes der Kugelmutter durch D₁₁ und der effektive Durchmesser des am rechten Ende befindlichen Kugelumlaufrillenabschnittes durch D₁₆ gegeben, wobei die effektiven Durchmesser dazwischen allmählich ab­ nehmen (D₁₁ < D₁₂ < D₁₃ < D₁₄ < D₁₅ < D₁₆).

Das bedeutet, daß die effektiven Durchmesser der Kugelumlaufrillen­ abschnitte 224 der Kugelmutter 220 so gewählt sind, daß ein Spalt längs einer Lastwirklinie zwischen der Kugel und dem Kugelumlaufril­ lenabschnitt, der weiter von dem den Befestigungsbereich bildenden Flansch 225 entfernt ist, um einen bestimmten Betrag kleiner als der Spalt zwischen der Kugel und dem näher am Flansch 225 befindlichen Kugelumlaufrillenabschnitt ist, wobei dieser Betrag der elastischen Verformung entspricht, der im Kugelumlaufrillenabschnitt der Kugel­ mutter durch die auf die Kugelmutter 220 wirkende Last verursacht wird.

Die Kugelumlaufrillen 212 und 224 können durch eine numerisch ge­ steuerte Kugelumlaufrillen-Schleifmaschine geeignet ausgebildet wer­ den, indem das Steigungsverhältnis der Kugelumlaufwelle 210 und der Kugelmutter 220 gemäß einem vorgegebenen Programm gesteuert wird.

Nun wird die Wirkungsweise der dritten Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen Kugelumlaufspindel erläutert.

Wenn die Kugelumlaufwelle 210 gedreht wird, wird über die Kugeln 230 eine Kraft an die Kugelumlaufrille 224 der Kugelmutter 220 über­ tragen. Da der Spalt in Richtung der Lastwirklinie zwischen der Kugel und der Kugelumlaufrille, die weiter vom Flansch 225 entfernt ist, um einen bestimmten Betrag kleiner als der Spalt zwischen der Kugel und der näher am Flansch 225 befindlichen Kugelumlaufrille ist, wobei der Betrag der elastischen Verformung entspricht, die in der Kugelum­ laufrille der Kugelmutter durch die auf die Kugelmutter 220 wirkende Last verursacht wird, wird die Kraft zunächst an die Kugel 230g über­ tragen, die weiter vom Flansch 225 der Kugelmutter entfernt ist, wobei bei einer Zunahme der an die Kugelumlaufwelle 210 angelegten Kraft die Kugelmutter 220 durch diese Kraft in axialer Richtung gedehnt wird, so daß die Steigung etwas größer als L₁₂ wird. Dann wird der Spalt zwischen der Kugel 230f und dem Kugelumlaufrillenabschnitt 224f der Kugelmutter verringert, woraufhin schließlich die Kugel 230f mit dem Rillenboden des Kugelumlaufrillenabschnitts 224f in Kontakt gelangt und die Kugelmutter 220 eine Zugbeanspruchung vom Gewin­ deboden des Kugelumlaufrillenabschnitts 224f aufnimmt.

Wenn anschließend die axiale Kraft der Kugelumlaufwelle 210 ansteigt, pflanzt sich die Ausdehnung der Kugelmutter 220 in axialer Richtung über ein weiteres Stück der Kugelmutter 220 fort, so daß die nächsten Kugeln unter einer vorgegebenen Last mit den entsprechenden Kuge­ lumlaufrillenabschnitten in Kontakt gelangen (siehe Fig. 9). Auf diese Weise werden die Steigungen an den Kontaktpunkten der Kugelmutter 220 und der Kugelumlaufrillenabschnitte 224 um Beträge gedehnt, die den elastischen Verformungen der Kugelmutter an den jeweiligen Ku­ gelumlaufrillenabschnitten 224 entsprechen, so daß sie gleich der Stei­ gung L₁₁ der Kugelumlaufwelle 210 werden und die jeweiligen Kugeln Lasten gleicher Größe aufnehmen. D.h., daß auf eine besondere Kugel keine übermäßige Last ausgeübt wird und somit die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel eine lange Lebensdauer erhält.

In der Kugelumlaufspindel gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung wird die lange Lebensdauer erzielt, wenn eine vorgegebene (hohe) Last ausgeübt wird. Wenn auf diese Kugelumlaufspindel eine kleine Last ausgeübt wird, wird diese von den Kugeln nicht gleichmä­ ßig aufgenommen. Da jedoch die Lebensdauer der Kugelumlaufspindel lang ist, stellen die ungleichmäßigen, jedoch geringen Lasten kein Problem dar. Wenn die Last klein ist, wird sie von einer kleineren An­ zahl von Kugeln aufgenommen, was wegen des resultierenden geringe­ ren Drehmoments einen weiteren Vorteil der vorliegenden Erfindung darstellt.

In Fig. 10 ist die Wirkung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Sie zeigt einen Graphen ähnlich demjenigen von Fig. 4. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, wird gemäß der dritten Ausführungsform der vorlie­ genden Erfindung auf die Kugeln eines jeden Kugelumlaufrillenab­ schnitts eine im wesentlichen gleichmäßige Last ausgeübt, wie durch die Kurve C gezeigt ist; ferner wird die Ausübung einer übermäßigen Last verhindert. Somit werden ein Verschleiß oder ein Aufreißen eines bestimmten Kugelumlaufrillenabschnitts verhindert und die Lebens­ dauer der Kugelumlaufspindel verlängert.

In einer in Fig. 11 gezeigten vierten Ausführungsform ist in der axialen Mitte der Kugelmutter 220 ein Flansch 325 ausgebildet, der mittels Schrauben 352 an einem festen Element 350 befestigt ist. In der vierten Ausführungsform der Erfindung sind die effektiven Durchmesser von benachbarten Kugelumlaufrillenabschnitten 224 der Kugelmutter 220 in dem näher am Flansch 325 befindlichen Bereich durch D₂₁ gegeben, während die effektiven Durchmesser in weiter vom Flansch 325 ent­ fernten Bereichen durch D₂₂, D₂₃ gegeben sind, wobei gilt: D₂₁<D₂₂ <D₂₃. Im Ergebnis ist der Spalt zwischen der Kugel und dem Kuge­ lumlaufrillenabschnitt im näher am Flansch befindlichen Bereich größer und wird mit zunehmender Entfernung vom Flansch 325 kleiner, wobei die Abnahme in bezug auf den Flansch 325 symmetrisch ist. Die Durchmesser D₂₁ bis D₂₃ können experimentell geeignet bestimmt wer­ den.

Wenn in der vierten Ausführungsform die vorgegebene Last ausgeübt wird, nehmen sämtliche Kugeln aus den gleichen Gründen wie in Ver­ bindung mit der dritten Ausführungsform beschrieben eine gleiche Last auf, vorausgesetzt, daß das Änderungsverhältnis des effektiven Durch­ messers D₂₁ etwas niedriger als dasjenige der effektiven Durchmesser D₂₂ und D₂₃ ist, weil die Starrheit der Mutter in der Nähe des Flan­ sches 325 relativ hoch ist.

Wenn gemäß der vorliegenden Erfindung die vorgegebene axiale Last auf die Kugelmutter ausgeübt wird, wird sie am Befestigungsbereich und an dessen Umfangsfläche gedehnt, so daß sämtliche Kugeln und sämtliche Kugelumlaufrillenabschnitte miteinander in Kontakt gelangen und die axiale Last gleichmäßig von sämtlichen Kugeln in sämtlichen Kugelumlaufrillenabschnitten aufgenommen wird. Im Ergebnis werden ein Verschleiß oder ein Aufreißen eines bestimmten Kugelumlaufrillen­ abschnitts verhindert und die Lebensdauer der Kugelumlaufspindel verlängert. Dies wird ohne wesentliche Änderung der Konstruktion und der Größe der herkömmlichen Kugelumlaufspindel erzielt.

Claims (8)

1. Kugelumlaufspindel, mit einer Kugelumlaufwelle (10), die eine an ihrer äußeren Um­ fangsfläche ausgebildete, schraubenlinienförmige Kugelumlaufrille (12) besitzt;
einer Kugelmutter (20), die eine an ihrer inneren Umfangs­ fläche ausgebildete, der Kugelumlaufrille (12) der Kugelumlaufwelle (10) zugewandte schraubenlinienförmige Kugelumlaufrille (24) besitzt und über einen Befestigungsabschnitt (25) an einem festen Element (50) befestigt ist; und
mehreren Kugeln (30), die zwischen die Rillen (12, 24) dreh­ bar eingesetzt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Kugelumlaufrille (24) der Kugelmutter (20) so beschaffen ist, daß ein Spalt in Richtung einer Lastwirklinie zwischen der Kugel (30) und dem weiter vom Befestigungsabschnitt (25) entfernten Kuge­ lumlaufrillenabschnitt (24) um einen bestimmten Betrag kleiner als der Spalt in Richtung derselben Lastwirklinie zwischen der Kugel (30) und dem näher am Befestigungsabschnitt (25) befindlichen Kugelumlaufril­ lenabschnitt (24) ist, wobei dieser Betrag einer elastischen Verformung entspricht, die in dem entsprechenden Kugelumlaufabschnitt (24) der Kugelmutter (20) durch eine auf die Kugelmutter (20) wirkende, vor­ gegebene Last verursacht wird.

2. Kugelumlaufspindel gemäß Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steigung (L₂ bis L₇) der Kugelumlaufrille (24) der Ku­ gelmutter (20) über die gesamte Länge den gleichen Wert besitzt und kleiner als die Steigung (L₁) der Kugelumlaufrille (12) der Kugelu­ maufwelle (10) ist.

3. Kugelumlaufspindel gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Befestigungsabschnitt (25) an einem axialen Ende der Kugelmutter (20) ausgebildet ist.

4. Kugelumlaufspindel gemäß Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Befestigungsabschnitt (25) an der axialen Mitte der Ku­ gelmutter (20) ausgebildet ist.

5. Kugelumlaufspindel, mit
einer Kugelumlaufwelle (210), die eine an ihrer äußeren Um­ fangsfläche ausgebildete, schraubenlinienförmige Kugelumlaufrille (212) besitzt;
einer Kugelmutter (220), die eine an ihrer inneren Umfangs­ fläche ausgebildete, der Kugelumlaufrille (212) der Kugelumlaufwelle (210) zugewandte schraubenlinienförmige Kugelumlaufrille (224) be­ sitzt und an einem Befestigungsabschnitt (225) an einem festen Element (50) befestigt ist; und
mehreren Kugeln (230), die zwischen die Rillen (212, 224) drehbar eingesetzt sind,
dadurch gekennzeichnet, daß die effektiven Durchmesser der Kugelumlaufrillenabschnitte (224) der Kugelmutter (220) so beschaffen sind, daß ein Spalt in Rich­ tung einer Lastwirklinie zwischen der Kugel (230) und dem weiter vom Befestigungsabschnitt (225) entfernten Kugelumlaufrillenabschnitt um einen bestimmten Betrag kleiner als der Spalt zwischen der Kugel (230) und dem näher am Befestigungsabschnitt (225) befindlichen Kugelum­ laufrillenabschnitt (224) ist, wobei dieser Betrag einer elastischen Ver­ formung entspricht, die im entsprechenden Kugelumlaufrillenabschnitt (224) der Kugelmutter (220) durch eine auf diese Kugelmutter (220) wirkende, vorgegebene Last verursacht wird.

6. Kugelumlaufspindel gemäß Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der effektive Durchmesser (D₁₁ bis D₁₆) der Kugelumlaufrille (224) der Kugelmutter (220) mit zunehmendem Abstand vom Befesti­ gungsabschnitt (225) sich allmählich verändert.

7. Kugelumlaufspindel gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Befestigungsabschnitt (225) an einem axialen Ende der Kugelmutter (220) ausgebildet ist.

8. Kugelumlaufspindel gemäß Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Befestigungsabschnitt (225) an der axialen Mitte der Ku­ gelmutter (220) ausgebildet ist.