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DE10148461A1 - Kugelumlaufspindel mit einem Kugelkäfig - Google Patents

Kugelumlaufspindel mit einem Kugelkäfig

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DE10148461A1
DE10148461A1 DE10148461A DE10148461A DE10148461A1 DE 10148461 A1 DE10148461 A1 DE 10148461A1 DE 10148461 A DE10148461 A DE 10148461A DE 10148461 A DE10148461 A DE 10148461A DE 10148461 A1 DE10148461 A1 DE 10148461A1
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Abstract

Kugelumlaufspindel mit einem Kugelkäfig, die eine Spindel (1), eine Schraubenmutter (2) und einen Kugelkäfig (4) aufweist, wobei die Spindel (1) außen mit einer Gewinderille (11) versehen ist, und wobei die Schraubenmutter (2) außen an der Spindel (1) angebracht ist und als Hohlkörper ausgebildet ist, während deren Innenseite mit einer Gewinderille (21) versehen ist, die der Gewinderille (11) der Spindel (1) entspricht, und wobei der Kugelkäfig (4) zwischen der Spindel (1) und der Schraubenmutter (2) vorgesehen ist und mehrere Sperrnuten (41) aufweist, in jedem von denen eine Kugel (3) untergebracht ist, damit sich die benachbarten Kugeln (3) miteinander nicht berühren, während der Kugelkäfig (4) außen entlang der Gewinderille (21) der Schraubenmutter (2) mit Schwellungen (42) versehen ist, und wobei die Schwellung (42) an beiden Seiten der Sperrnut (41) Fortsätze (421) aufweist, durch die die Kugeln (3) innerhalb der Sperrnuten (41) beschränkt sind und somit nach außen nicht fallen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich, auf eine Kugelumlaufspindel mit einem Kugelkäfig gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Die herkömmliche Kugelumlaufspindel weist hauptsächlich eine Spindel, eine Kugelumlaufmutter und mehrere zwischen der Spindel und der Schraubenmutter umlaufende Schwungkugeln auf. Die Spindel ist außen mit einer Gewinderille versehen, während die Kugelumlaufmutter aus einer hohlzylindrischen Schraubenmutter und zum Kugelumlauf dienenden Bauelementen besteht. Die Schraubenmutter ist als Hohlkörper ausgebildet, außen an der Spindel angebracht und weist innen mit einer Gewinderille versehen, die der Gewinderille der Spindel entspricht. Die meisten Schwungkugeln befinden sich zwischen den Gewinderillen der Spindel und der Schraubenmutter und rollen innerhalb der Bauelemente, die zum Kugelumlauf dienen. Durch das Rollen der Kugeln dreht sich die Spindel in der Kugelumlaufmutter. Egal wie lange die Gewinderille der Spindel ist, kann die Kugelumlaufmutter eine Spiralbewegung innerhalb der Gewinderille der Spindel machen. Bei dieser Gestaltung berühren sich die Kugeln miteinander, sodass der Reibungswiderstand größer ist. Außerdem stehen die Kugeln mit der Gewinderille in keinem Kontakt, wobei die Gewinderille keine Bewegungskraft für Kugeln innerhalb der Umlaufstruktur bietet. Daher ist die Fortbewegung der Kugeln erfolgt in der Weise, dass die Kugeln einer nach anderen geschoben sind. Da die Kugeln miteinander in Kontakt stehen und sich zueinander schieben, wird der Reibungswiderstand der Kugelumlaufspindel erhöht, sodass die Änderung der Torsion bei der momentanen Umdrehung der Spindel verursacht ist. Außerdem ist die Umlaufstruktur erheblich belastet, sodass die Umlaufstruktur leicht zerstört ist.
In Fig. 10 ist eine herkömmliche Kugelumlaufspindel nach der US 4,542,661 dargestellt. Fig. 11 stellt einen Teilschnitt längs der Linie A-A' der Fig. 10 dar. Die Spindel 1 und die Schraubenmutter 2 weisen jeweils eine Gewinderille 11, 12 auf, wobei die Schraubenmutter 2 einen Flansch 22 besitzt, der zur Verbindung der Schraubenmutter 2 mit einem externen Mechanismus dient. Zwischen der Spindel 1 und der Schraubenmutter 2 ist ein Kugelkäfig 4 vorhanden, der mehrere Sperrnuten 41 aufweist, in jeder von denen eine Kugel aufbewahrt ist. Da die Kugeln 3 vom Kugelkäfig 4 getrennt ist, wird die Reibung zwischen den Kugeln 3 ausgeschlossen. Und weil der Kugelkäfig 4 es nicht verhindert, dass die Kugeln 3 nach außen hinfallen, wenn sie die Oberfläche der Gewinderille 11 verlassen. In Fig. 10 ist eine Muffe 5 dargestellt, die an beiden Seiten der Schraubenmutter 2 angebracht ist, um die Kugeln 3 zu umgeben und somit das Hinfallen nach außen zu verhindern. Die Länge der Muffe 5 muss die Hälfte des Bewegungsbereichs betragen. Die Muffe 5 ist an der Schraubenmutter 2 befestigt. Außerdem wird die Muffe 5 mitbewegt, wenn sich die Schraubenmutter 2 bewegt. Wird die Schraubenmutter 2 bis zum Ende des Bewegungsbereichs bewegt, muss die Muffe 5 bestimmt darüber hinaus gehen, wobei eine Interferenz zwischen der Spindel 1 und dem Lagerbock verursacht ist. Um keine Interferenz zwischen dem Lagerbock und der Muffe 5 zu bilden, muss der Abstand zwischen dem Lagerbock und dem Ende des Bewegungsbereichs mindestens über die Länge der Muffe 5 betragen, wodurch der Spindelstock erheblich vergrößert werden muss und somit dessen Herstellungskosten dementsprechend erhöht sind.
Von daher ist es Aufgabe der Erfindung, die oben erwähnten Mängel zu beseitigen und eine Kugelumlaufspindel mit einem Kugelkäfig zu schaffen, bei der sich die benachbarten Kugeln aneinander nicht reiben und keine Kugelumlaufstruktur erforderlich ist, sodass der Reibungswiderstand verringert ist und die Gefahr der Schädigung der Umlaufstruktur ausgeschlossen ist. Außerdem weist die Schraubenmutter an beiden Seiten keine Muffe auf, sodass der Raum des Spindelstocks reduziert ist und somit dessen Herstellungskosten herabgesetzt sind. Um die Herstellung zu erleichtern kann die Muffe standardisiert, sodass eine Methode der Verbindung zwischen Muffen bei der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine Kugelumlaufspindel mit einem Kugelkäfig, die eine Spindel und eine Schraubenmutter aufweist, wobei die Spindel außen mit Gewinderille versehen ist, während die Schraubenmutter als Hohlkörper ausgebildet ist und außen an der Außenseite der Spindel angebracht ist. Die Schraubenmutter weist Gewinderille auf, die der Gewinderille der Spindel entspricht. Eine Vielzahl von Kugeln befinden sich zwischen den Gewinderillen der Spindel und der Schraubenmutter und bewegen sich entlang der Gewinderille, sodass eine Spiralbewegung zwischen der Spindel und der Schraubenmutter vorgenommen ist.
Damit die Kugeln die anderen nicht berühren, ist der erfindungsgemäße Kugelkäfig mit Sperrnuten versehen, in jeder von denen eine Kugel vorgesehen ist. Da keine Muffe zur Beschränkung der Kugeln benutzt wird, muss der erfindungsgemäße Kugelkäfig die Funktion haben, dass die Kugeln nicht hinfallen. Um es zu vermeiden, dass die nicht von der Schraubenmutter umgebenen Kugeln die Gewinderille der Spindel verlassen und somit zu Boden fallen, sind keine Muffen an beiden Seiten der Schraubenmutter angebracht, wobei der Kugelkäfig offensichtlich länger ist als die Schraubenmutter, wodurch die Konfiguration des Kugelkäfigs speziell gestaltet werden.
Die Gewinderille der Schraubenmutter ist spiralförmig und vertieft ausgebildet. Die beiden Kugeln innerhalb der Rille stehen in Punkt-zu-Punkt-Kontakt, während die am unteren Ende der Rille befindlichen Kugeln mit den benachbarten Kugeln in keinem Kontakt stehen, wobei ein bestimmter Abstand dazwischen vorhanden ist, in dem eine Schwellung vorgesehen ist, die an beiden Seiten der Sperrnuten Fortsätzen aufweist, durch die die Kugeln beschränkt sind, die von den Sperrnuten in die Innenseite des Kugelkäfigs nicht fallen.
Um die Anwendung der vorliegenden Erfindung zu vereinfachen ist der ganze Kugelkäfig zusammen mit den Kugeln einstückig von der Spindel getrennt, wobei die Kugeln von dem Kugelkäfig nicht fallen. An der Innenseite des Kugelkäfigs werden innere Schwellungen entlang der Gewinderille vorgesehen, die den außen befindlichen Schwellungen ähnlich sind. Sie benutzen den Raum der Gewinderille der Spindel, um die Kugeln zu beschränken, die von der Innenseite des Kugelkäfigs fallen.
Da beim erfindungsgemäßen Kugelkäfig unterschiedliche Längen gefordert sind, ist ein Mechanismus vorgesehen, durch den der Kugelkäfig mit dem benachbarten Kugelkäfig zusammensetzbar ist, wobei die benachbarten Kugelkäfige mithilfe des Verbindungsbands verbunden sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nehmen; es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel mit einem Kugelkäfig;
Fig. 2 einen Teilschnitt längs der Linie B-B' der Fig. 1;
Fig. 3 einen Teilschnitt längs der Linie C-C' der Fig. 2;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Kugelkäfigs der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 einen Teilschnitt längs der Linie C-C' der Fig. 1;
Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelkäfigs;
Fig. 7 eine schematische Darstellung der Zwischenverbindung der Kugelkäfige;
Fig. 8 einen Teilschnitt längs der Linie D-D' der Fig. 7;
Fig. 9 einen Teilschnitt einer weiteren Verbindung des erfindungsgemäßen Verbindungsbands;
Fig. 10 eine schematische Darstellung der herkömmlichen Kugelumlaufspindel; und
Fig. 11 einen Teilschnitt längs der Linie A-A' der Fig. 10.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel mit einem Kugelkäfig dargestellt. Die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel mit einem Kugelkäfig weist hauptsächlich eine Spindel 1 und eine Schraubenmutter 2 auf. Die Gewinderille 21 der Stahlband 2 ist gerade außen an der Gewinderille 11 der Spindel 1 angeordnet, wobei die Gewinderillen 11, 21 als Spiralbahn für Kugeln 3 dienen. Ein deutlicher Abstand ist zwischen der Spindel 1 und der Schraubenmutter 2 vorhanden, wobei ein Kugelkäfig 4 in diesem Abstand vorgesehen ist. Der Kugelkäfig 4 besitzt an der Spiralbahn der Kugeln 3 mehrere Sperrnuten 41, um die Kugeln 3 aufzubewahren. Jede Sperrnut 41 nimmt eine Kugel auf. Da die Kugeln 3 vom Kugelkäfig 4 getrennt werden, wird das Problem der Interferenz von Kugeln 3 ausgeschlossen. Beim Anbringen einer Muffe kommt eine Interferenz mit dem Lagerbock vor. Bei der vorliegenden Erfindung werden keine Muffen an beiden Seiten der Schraubenmutter 2 angebracht, um die Nachteile der Verlängerung des Spindelstocks und der Erhöhung der Herstellungskosten zu vermeiden. Dreht sich die Spindel 1 innerhalb der Schraubenmutter 2, beträgt die Drehgeschwindigkeit der Kugeln 3 etwa die Hälfte der Spindel 1. Damit die Schraubenmutter 2 im Bewegungsbereich mit ausreichenden Kugeln 3 in Kontakt steht, muss der Kugelkäfig 4 länger sein als die Schraubenmutter 2, wobei die Verlängerung etwa die Hälfte des Bewegungsbereichs zwischen der Spindel 1 und der Schraubenmutter 2 beträgt. Um es zu vermeiden, dass die nicht von der Schraubenmutter 2 umgebenen Kugeln 3 die Gewinderille 11 der Spindel 1 verlassen und somit zu Boden fallen, sind keine Muffen an beiden Seiten der Schraubenmutter 2 angebracht, wobei der Kugelkäfig 4 offensichtlich länger ist als die Schraubenmutter 2, sodass die Konfiguration des Kugelkäfigs 4 speziell gestaltet werden muss.
Um die Struktur des Kugelkäfigs 4 zu veranschaulichen, sind in den Fig. 2 und 3 ein Teilschnitt längs der Linie B-B' der Fig. 1 und ein Teilschnitt längs der Linie C-C' der Fig. 2 dargestellt. In Fig. 3 ist gezeigt, dass der Kugelkäfig 4 innerhalb der Gewinderille 21 der Schraubenmutter 2 mit Schwellungen 42 versehen ist. Da die Gewinderille 21 der Schraubenmutter 2 als vertiefte Spiralrille ausgebildet ist hat die außen am Kugelkäfig 4 angeordnete und der Gewinderille 21 entsprechende Schwellung 42 während der Drehung zwischen der Spindel 1 und der Schraubenmutter 2 keine Interferenz mit der Schraubenmutter 2. Die in Fig. 2 dargestellte Schwellung 42 wird von den Sperrnuten 41 in kleine Abschnitte aufgeteilt, wobei die Kugeln 3 in einer zylindrischen Sperrnut 41 aufbewahrt sind. Ein Fortsatz 421 erstreckt sich jeweils rechts und links über die Außenseite der Sperrnuten 41, damit die Kugeln 3 von Fortsätzen 421 beschränkt sind und sich von den Sperrnuten 41 nicht ablösen.
Es gibt mehrere Methode zur Herstellung der mit Fortsätzen 421 versehenen Sperrnuten 41. Drei Möglichkeiten werden wie folgt beschrieben:
  • 1. Eine Durchbohrung ist durch einen Bohrer zunächst gebildet, der kleiner ist als der Durchmesser der Sperrnuten 41 und die Fortsätze 421 nicht berührt, woraufhin die Innenseite der Durchbohrung mit einem abgefasten Fräser verarbeitet wird, bis die Sperrnut 41 von demselben Durchmesser gebildet ist. Dieses Verfahren hat niedrige Produktionseffizienz und eignet sich für die Produktion der geringen Menge.
  • 2. Eine Sperrnut 41 wird zunächst am Kugelkäfig 4 verarbeitet, wobei eine Drucknut 422 (siehe Fig. 2) zwischen zwei benachbarten Sperrnuten 41 der Schwellung 42 in drückender und schlagender Weise hergestellt ist. Beim Herstellen der Drucknut 422 bewegt sich das an der Außenseite der Sperrnut 41 befindliche Material in Richtung der Sperrnut 41, werden die Fortsätze 421 gebildet. Bei diesem Verfahren muss jede Sperrnut 41 gebohrt werden, sodass es sich nur für Produktion kleiner Menge eignet. Die Herstellungskosten größer Menge sind immer noch hoch.
  • 3. Die Sperrnuten 41 sind zusammen mit dem Kugelkäfig 4 in der gießenden Weise hergestellt. Um die Entformung zu erleichtern erstrecken sich die an beiden Seiten der Sperrnut 41 befindlichen Fortsätze 421 entlang der Wandung der Sperrnut 41 in Richtung nach außen, sodass eine Interferenz bei der nach außen durchgeführten Entformung ausgeschlossen ist. Nach der Entformung werden die sich entlang der Wandung der Sperrnut 41 in Richtung nach außen erstreckenden Fortsätze 421 in Richtung der Sperrnut 41 in rollender Weise gepreßt, um es zu verhindern, dass die Kugeln 3 von der Sperrnuten 41 nach außen fallen.
In Fig. 4 ist gezeigt, dass die Größe an der Stelle der Innenseite 451 der Sperrnuten 41 kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln 3, sodass die Kugeln 3 von der Außenseite des Kugelkäfigs 4 durch die Sperrnuten 41 zu Innenseite des Kugelkäfigs 4 nicht fallen, wodurch die Kugeln 3 von dem Kugelkäfig 4 nicht fallen, wenn der Kugelkäfig 4 von der Spindel 1 und der Schraubenmutter 2 getrennt wird. Die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel ist bei Anwendung sehr praktisch und bietet dem Anwender die Möglichkeit zur Einstellung und Montage. Um es zu ermöglichen, dass die Größe an der Stelle der Innenseite 451 der Sperrnuten 41 kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln 3, ist die Innenseite des Kugelkäfigs 4 entlang der Vertiefung der Gewinderille 11 der Spindel 1 mit inneren Schwellungen 45 versehen, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Die Fortsätze 451 der inneren Schwellungen 45 ermöglichen, dass die Kugeln 3 von den Sperrnuten 41 in die Innenseite des Kugelkäfigs 4 nicht fallen. Bei dieser Ausführungsform gehen die Kugeln 3 durch die Außen- und Innenseite des Kugelkäfigs 4 nicht. Um die Kugeln 3 in den Sperrnuten 41 aufzubewahren, werden die Fortsätze 421 nicht zuerst geformt, wobei die Kugeln 3 von der Außenseite der Sperrnuten 41 in die Sperrnuten 41 gelegt werden, woraufhin die Fortsätze 421 an der Außenseite der Schwellungen 42 in der drückenden oder schlagenden Weise ausgeformt sind.
Da die geforderte Länge des Kugelkäfigs 4 im Zusammenhang mit der Länge und dem Drehbewegungsbereich der Schraubenmutter 2 steht, muss der Kugelkäfig 4 unter unterschiedlichen Anwendungsbedingungen unterschiedliche Längen haben. Wird die Kugelkäfig 4 in mechanischer Weise gefertigt, ist die übermäßige Länge für die Verarbeitung ungünstig. Wird der Kugelkäfig 4 in gießender Weise hergestellt, ist es unmöglich, dass eine Form für jedes Ausmaß herzustellen ist. Daher ist es nötig, dass der Kugelkäfig 4 zusammensetzbar gestaltet ist. Fig. 6 stellt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kugelkäfigs. Die Sperrnut 41 des Kugelkäfigs 4 und die Schwellung 42 sind in der Spiralweise miteinander verbunden, dass ein Verbindungsloch 43 an beiden Enden angeordnet ist und zwar gerade an der Spirale, um mit den benachbarten Kugelkäfigen 4 zu verbinden.
Aus den Fig. 7 und 8 ist ersichtlich, dass ein Verbindungsband 6 durch den linken Kugelkäfig 4 und den rechten Kugelkäfig 4' durchgeht, um die beiden Kugelkäfige 4, 4' miteinander zu verbinden. Da sich das Verbindungsband 6 gerade an der Stelle der Gewinderille 21 der Schraubenmutter 2 der Spindel 1 befindet und sich der von der Außenseite des Kugelkäfigs 4 herausragende Teil des Verbindungsbands 6 gerade in der Gewinderille 21 der Schraubenmutter 2 befindet, entsteht beim Drehen keine Interferenz zwischen der Spindel 1 und der Schraubenmutter 2. Das Verbindungsband 6 ist normalerweise aus Metall hergestellt, um eine Flexibilität beim Biegen zu bieten. In Fig. 9 ist ein Teilschnitt einer weiteren Verbindung des erfindungsgemäßen Verbindungsbands dargestellt. Ein Ausschnitt 44 des Verbindungsbands 6 ist zwischen den Verbindungslöchern 43 beider Kugelkäfige 4, 4' vorgesehen, damit die beiden Enden des Verbindungsbands 6 in den Ausschnitt 44 eingerastet sind, um die Verbindung zu verstärken.
Durch die oben erwähnte Gestaltung werden die Kugeln 3 miteinander nicht berührt, wobei keine Struktur zum Kugelumlauf erforderlich ist. Außerdem wird keine Muffe an beiden Seiten der Schraubenmutter angeordnet, sodass die Reibung reduziert ist und keine Gefahr der Zerstörung der Umlaufstruktur vorhanden ist. Darüber hinaus wird die Verschwendung des Raums des Spindelstocks ausgeschlossen, sodass dessen Herstellungskosten gespart sind. Ein Fortsatz 421 ist jeweils an der Innen- und Außenseite der Sperrnuten 41 angeordnet, um es zu vermeiden, dass die Kugeln 3 von dem Kugelkäfig 4 fallen, wenn der Kugelkäfig 4 von der Spindel 1 und der Schraubenmutter 2 getrennt ist. Darüber hinaus ist der Kugelkäfig 4 standardisiert und zusammensetzbar gestaltet, sodass die Herstellung der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel vereinfacht und in Massen durchführbar ist, wodurch die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Kugelumlaufspindel verringert sind und somit die erfindungsgemäße Kugelumlaufspindel auf Industrie anwendbar ist.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Insbesondere wird der Schutzumfang der Erfindung durch die Ansprüche festgelegt.

Claims (7)

1. Kugelumlaufspindel mit einem Kugelkäfig, die wenigstens aufweist:
eine Spindel (1), die außen mit einer Gewinderille (11) versehen ist;
eine Schraubenmutter (2), die außen an der Spindel (1) angebracht ist und als Hohlkörper ausgebildet ist, wobei deren Innenseite mit einer Gewinderille (21) versehen ist, die der Gewinderille (11) der Spindel (1) entspricht; und
einen Kugelkäfig (4), der zwischen der Spindel (1) und der Schraubenmutter (2) vorgesehen ist und mehrere Sperrnuten (41) aufweist, in jedem von denen eine Kugel (3) untergebracht ist, damit sich die benachbarten Kugeln (3) miteinander nicht berühren, wobei der Kugelkäfig (4) außen entlang der Gewinderille (21) der Schraubenmutter (2) mit Schwellungen (42) versehen ist, und wobei die Schwellung (42) an beiden Seiten der Sperrnut (41) Fortsätze (421) aufweist, durch die die Kugeln (3) innerhalb der Sperrnuten (41) beschränkt sind und somit nach außen nicht fallen.
2. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (4) an beiden Seiten mit Verbindungslöchern (43) versehen ist.
3. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsband (6) durch das Verbindungsloch (43) zwischen zwei benachbarte Kugelkäfigen (4) durchgeht.
4. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite des Kugelkäfigs (4) entlang der Vertiefung der Gewinderille (11) der Spindel (1) mit inneren Schwellungen (45) versehen ist, die an beiden Seiten der Sperrnuten (41) Fortsätzen (451) aufweist, durch die die Kugeln (3) innerhalb der Sperrnuten (41) beschränkt sind und in die Innenseite des Kugelkäfigs (4) nicht fallen.
5. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellung (42) des Kugelkäfigs (4) außen mit einer Drucknut (422) versehen ist.
6. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (4) aus Kupfer, Aluminium oder deren Legierung hergestellt ist.
7. Kugelumlaufspindel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kugelkäfig (4) ist in gießender und anschließend gepreßter Weise ausgeformt ist.
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