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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kugelspindelmechanismus,
bei dem ein Mutternelement auf eine Kugelspindel mittels Kugeln aufgeschraubt
ist und bei der das Mutternelement durch den Antrieb einer Drehantriebsquelle
axial entlang der Kugelspindelwelle verschoben wird.
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Beschreibung des Standes der Technik:
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Bisher
sind Kugelspindelmechanismen bekannt, die eine Gewindespindel mit
schraubenförmigen Nuten aufweisen, welche in ihre äußere
Umfangsfläche eingeschnitten sind. Ein zylindrisch geformtes
Mutternelement ist an der äußeren Umfangsseite
der Gewindespindel angeordnet. In schraubenförmigen Nuten
sind zwischen der Gewindespindel und dem Mutternelement Kugeln angeordnet.
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Bei
einem solchen Kugelspindelmechanismus ist bspw. eine Drehantriebsquelle,
wie ein Motor oder dgl., mit der Gewindespindel verbunden. Durch Rotation
der Gewindespindel wird die Drehbewegung des Gewindes über
die Kugeln in eine lineare Bewegung des Mutternelementes umgewandelt,
wodurch das Mutternelement linear entlang der Achse der Gewindespindel
verschoben wird.
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Bei
dem oben beschriebenen Kugelspindelmechanismus ist es notwendig,
dass die Kugeln bei der Verschiebung des Mutternelementes in der
axialen Richtung zwischen dem Mutternelement und der Gewindespindel
zirkulieren. Aus diesem Grunde sind, wie bei dem in der japanischen
Patentoffenlegungsschrift
JP 2005-048845 A beschrieben, Endelemente
an beiden Enden des Mutternelementes vorgesehen, in denen Zirkulationsdurchgänge
ausgebildet sind. Ein Rückführdurchgang ist entlang
der Axialrichtung des Mutternelementes vorgesehen und verbindet
die Endelemente. Wenn das Mutternelement entlang der Gewindespindel
verschoben wird, werden dann die zwischen dem Mutternelement und der
Gewindespindel angebrachten Kugeln zirkuliert, indem sie von den
schraubenförmigen Nuten an der einen Endseite des Mutternelementes über
den Zirkulationsweg in einem der Endelemente zu dem Kugelrückführdurchgang,
durch den Zirkulationsweg des anderen Elementes zirkulieren. Dann
werden die Kugeln wieder in die schraubenförmigen Nuten
an der anderen Endseite des Mutternelementes bewegt.
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Bei
dem oben beschriebenen Stand der Technik ist es aber notwendig,
dass das Mutternelement in einem Maße entsprechend dem
Abschnitt des Kugelrückführdurchgangs radial nach
außen im Durchmesser erweitert wird, weil der Kugelrückführdurchgang,
durch welchen die Kugeln zirkuliert werden, an einer äußeren
Umfangsseite einer Öffnung vorgesehen ist, durch welche
die Gewindespindel durch das Mutternelement eingesetzt ist. Dadurch wird
das Mutternelement sehr groß.
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Außerdem
sind die Bearbeitungsschritte zum Ausbilden des Kugelrückführdurchgangs
für das Rückführen der Kugeln in der
axialen Richtung durch das Mutternelement mühsam. Da die
Endelemente so aufgebaut sind, dass sie in beiden Enden des Mutternelementes
angebracht werden, wird außerdem die Form der Endelemente
und die Form der Befestigungsbereiche der Endelemente in dem Mutternelement
komplex. Dadurch wird die Herstellung und Montage des Mutternelementes
kompliziert und die Produktivität des Kugelspindelmechanismus
wird verringert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kugelspindelmechanismus
vorzuschlagen, dessen Durchmesser verringert werden kann, wobei die
Produktivität des Kugelspindelmechanismus verbessert werden
soll.
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere gekennzeichnet durch eine
Kugelspindelwelle mit einer ersten Kugelgewindenut, die an ihrer äußeren Umfangsfläche
eingeschnitten ist, ein Mutternelement, das zylindrisch ausgebildet
ist und an dessen innerer Umfangsfläche eine zweite Kugelgewindenut ausgebildet
ist, wobei das Mutternelement auf einer äußeren
Umfangsseite der Kugelspindelwelle angeordnet ist und über
Kugeln, die zwischen der zweiten Kugelgewindenut und der ersten
Kugelgewindenut angebracht sind, in Gewindeeingriff mit der Kugelspindelwelle
steht, und ein Zirkulationselement, das mit beiden Enden des Mutternelementes
in dessen axialer Richtung verbunden ist, um die Kugeln durch einen
Zirkulationsdurchgang zu zirkulieren, der auf der Außenseite
des Mutternelementes von einer Endseite in Verschiebungsrichtung
des Mutternelementes zur anderen Endseite vorgesehen ist, wobei das
Zirkulationselement einen Grundkörperabschnitt aufweist,
der an dem Mutternelement angebracht ist, und einen zylindrischen
Abschnitt, der mit dem Grundkörperabschnitt verbunden ist.
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Die
obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung
mit der Zeichnung, in welcher bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung beispielhaft dargestellt sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine perspektivische Ansicht eines Kugelspindelmechanismus gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine aufgebrochene perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils
des Kugelspindelmechanismus gemäß 1;
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3 ist
ein Längsschnitt in der axialen Richtung des Kugelspindelmechanismus
gemäß 1;
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4 ist
eine Draufsicht auf den Kugelspindelmechanismus gemäß 1;
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5 ist
ein Schnitt entlang der Linie V-V in 1;
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6 ist
eine einfache perspektivische Ansicht erster und zweiter Rückführelemente,
die Teile des Kugelspindelmechanismus bilden;
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7 ist
eine perspektivische Ansicht eines Kugelspindelmechanismus gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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8 ist
eine aufgebrochene perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils
des Kugelspindelmechanismus gemäß 7;
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9 ist
ein Schnitt in der axialen Richtung des Kugelspindelmechanismus
gemäß 7.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsformen
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In 1 bezeichnet
das Bezugszeichen 10 einen Kugelspindelmechanismus gemäß einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der
Kugelspindelmechanismus 10, wie er in den 1 bis 4 dargestellt
ist, umfasst eine längliche Kugelspindelwelle 12,
die sich in einer axialen Richtung (der Richtung der Pfeile A und
B) erstreckt, eine Verschiebungsmutter (Mutternelement) 14,
die verschieblich auf eine äußere Umfangsseite der
Kugelspindelwelle 12 aufgesetzt ist, und ein erstes Rückführelement
(Zirkulationselement) 18 und ein zweites Rückführelement
(Zirkulationselement) 20, die paarweise vorgesehen sind
und durch welche Stahlkugeln 16 zwischen der Kugelspindelwelle 12 und
der Verschiebungsmutter 14 zirkulieren.
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Die
Kugelspindelwelle 12 ist bspw. aus einem metallischen Material
hergestellt und weist eine erste Gewindenut 22 auf, die
schraubenförmig in ihre äußere Umfangsfläche
in der axialen Richtung (der Richtung der Pfeile A und B) der Kugelspindelwelle 12 eingeschnitten
ist, die mit einer im Querschnitt im Wesentlichen halbkreisförmigen
Form zurückgesetzt und so geformt ist, dass Abschnitte
der Stahlkugeln 16 in das Innere der ersten Gewindenut 22 eingesetzt werden
können.
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Die
Verschiebungsmutter 14 weist eine zylindrische Form auf.
An der Seite eines Endes 14a (in der Richtung des Pfeils
A) und an der Seite des anderen Endes 14b (in der Richtung
des Pfeils B) sind jeweils Befestigungsabschnitte 24a, 24b vorgesehen,
die jeweils mit einer im Wesentlichen rechteckigen Form aus einer äußeren
Umfangsfläche der Verschiebungsmutter 14 ausgeschnitten
sind. Die Befestigungsabschnitte 24a, 24b sind
zueinander entlang der Umfangsrichtung um die Achse der Verschiebungsmutter 14 versetzt
und so ge formt, dass sie von der äußeren Umfangsseite
zu der inneren Umfangsseite der Verschiebungsmutter 14 durchtreten
(vgl. 4).
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Andererseits
ist eine zweite Gewindenut 26 schraubenförmig
entlang der axialen Richtung der Verschiebungsmutter 14 eingeschnitten
und an der inneren Umfangsfläche der Verschiebungsmutter 14 vorgesehen.
Die zweite Gewindenut 26 ist so ausgebildet, dass sie der
ersten Gewindenut 22 gegenüberliegt und in einem
Zustand, in welchem die Kugelspindelwelle 12 durch das
Innere der Verschiebungsmutter 14 eingesetzt ist, parallel
zu dieser verläuft. Das bedeutet, dass die erste Gewindenut 22 und
die zweite Gewindenut 26 beide in der gleichen Richtung schraubenförmig
ausgebildet sind.
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Die
zweite Gewindenut 26 weist in der gleichen Weise wie die
erste Gewindenut 22 eine im Querschnitt halbkreisförmige
Gestalt auf, so dass die Stahlkugeln 16, die in die erste
Gewindenut 22 eingesetzt sind, auch in die zweite Gewindenut 26 eingesetzt
sind. Aus diesem Grunde stehen die Kugelspindelwelle 12 und
die Verschiebungsmutter 14 über die Stahlkugeln 16 in
Gewindeeingriff miteinander.
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Die
ersten und zweiten Rückführelemente 18, 20 bestehen
bspw. aus einem Harz- oder Kunststoffmaterial. Wie in den 2 bis 6 gezeigt
ist, umfassen die ersten und zweiten Rückführelemente 18, 20 Grundkörperabschnitte 28a, 28b,
die jeweils in zugeordneten Befestigungsabschnitten 24a, 24b der Verschiebungsmutter 14 angebracht
sind, zylindrische Abschnitte 30a, 30b, welche
von Endflächen der Grundkörperabschnitte 28a, 28b vorstehen,
und Rückführdurchgänge (Zirkulationsdurchgänge) 32, die
im Inneren der Grundkörperabschnitte 28a, 28b und
der zylindrischen Abschnitte 30a, 30b ausgebildet
sind und durch welche die Stahlkugeln 16 zwischen der Verschiebungsmutter 14 und
der Kugelspindelwelle 12 zirkulieren.
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Die
ersten und zweiten Rückführelemente 18, 20 sind
derart angeordnet, dass die Grundkörperabschnitte 28a, 28b,
die entsprechend der Form der Befestigungsbereiche 24a, 24b blockförmig
ausgebildet sind, die Befestigungsabschnitte 24a, 24b abdecken.
Sie sind an dem einen Ende 14a bzw. dem anderen Ende 14b der
Verschiebungsmutter 14 bspw. durch Kleben, Halteringe oder
dgl. befestigt (vgl. 1 und 4). Als
Folge hiervon bilden die ersten und zweiten Rückführelemente 18, 20 einen Teil
der Verschiebungsmutter 14.
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In
den Grundkörperabschnitten 28a, 28b sind
innere Wandflächen, die der Kugelspindelwelle 12 zugewandt
sind, mit im Querschnitt bogenförmiger Gestalt ausgebildet.
Die inneren Wandabschnitte haben den gleichen Krümmungsradius
wie die innere Umfangsfläche der Verschiebungsmutter 14.
Entsprechende Abschnitte der Rückführdurchgänge 32 öffnen
sich zu den inneren Wandflächen der Grundkörperabschnitte 28a, 28b.
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Außerdem
sind an den inneren Wandflächen der Grundkörperabschnitt 28a, 28b Vorsprünge 34 vorgesehen,
die den Rückführdurchgängen 32 zugewandt
sind und sich gegenüber den inneren Wandflächen
nach außen erweitern. Die Vorsprünge 34 sind parallel
zu den Rückführdurchgängen 32 vorgesehen.
Eine Innenfläche, die dem Rückführdurchgang 32 gegenüberliegt,
weist eine im Querschnitt halbkreisförmige Gestalt auf
und ist mit dem Rückführdurchgang 32 verbunden.
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Wenn
die Stahlkugeln 16 sich von dem Rückführdurchgang 32 zu
der zweiten Gewindenut 26 der Verschiebungsnut 14 bewegen
und wenn sich die Stahlkugeln 16 von der zweiten Gewindenut 26 in den
Rückführdurchgang 32 bewegen, werden
die Stahlkugeln 16 außerdem durch die Vorsprünge 34 geführt.
Das bedeutet, dass die Vorsprünge 34 eine Führungsfunktion
zum Führen der Bewegung der Stahlkugeln 16 zwischen
den ersten und zweiten Rückführelementen 18, 20 und
der Verschiebungsmutter 14 übernehmen.
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Die
zylindrischen Abschnitte 30a, 30b weisen festgelegte
Längen auf und stehen senkrecht von den Seitenflächen
der Grundkörperabschnitte 28a, 28b vor.
Wenn die ersten und zweiten Rückführelemente 18, 20 an
der Verschiebungsmutter 14 angebracht sind, liegen außerdem
die zylindrischen Abschnitte 30a, 30b jeweils
an der äußeren Umfangsfläche der Verschiebungsmutter 14 an.
Die zylindrischen Abschnitte 30a, 30b sind im
Wesentlichen parallel zu der Achse der Verschiebungsmutter 14 und
der Kugelspindelwelle 12 angeordnet. Entsprechende Endflächen
des zylindrischen Abschnitts 30a und des zylindrischen
Abschnitts 30b, die einander gegenüberliegend
koaxial zueinander angeordnet sind, liegen aneinander an.
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Der
Rückführdurchgang 32 weist einen im Wesentlichen
L-förmigen Querschnitt auf und tritt von den Grundkörperabschnitten 28a, 28b in
das Innere der zylindrischen Abschnitte 30a, 30b durch.
Der Rückführdurchgang 32 umfasst den
ersten Durchgang 36, der primär in den Grundkörperabschnitten 28a, 28b angeordnet
ist und sich zu der inneren Wandfläche der Grundkörperabschnitte 28a, 28b öffnet.
Der Rückführdurchgang 32 umfasst außerdem einen
zweiten Durchgang 38, der sich in einer geraden Linie entlang
der zylindrischen Abschnitte 30a, 30b erstreckt
und sich an deren anderem Ende öffnet. Außerdem
sind der erste Durchgang 36 und der zweite Durchgang 38 miteinander
verbunden und so ausgebildet, dass sie im Wesentlichen senkrecht
zueinander angeordnet sind. Der Durchgangsdurchmesser des Durchgangs 32 ist
so gewählt, dass sich die Stahlkugeln 16 durch
den Rückführdurchgang 32 bewegen können.
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Der
erste Durchgang 36 weist eine im Wesentlichen schraubenförmige
Gestalt ähnlich der zweiten Gewindenut 26 in der
Verschiebungsmutter 14 auf. Wenn die ersten und zweiten
Rückführelemente 18, 20 in dem
Befestigungsabschnitt 24a, 24b der Verschiebungsmutter 14 angebracht
werden, werden die Enden der ersten Durchgänge 36 mit
Enden der zweiten Gewindenut 26 verbunden, die sich jeweils
zu den Befestigungsabschnitten 24a, 24b erstrecken.
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Aus
diesem Grunde bildet der Rückführdurchgang 32,
der den ersten Durchgang 36 umfasst, zusammen mit der zweiten
Gewindenut 26 in der Verschiebungsmutter 14 eine
Wälznut und die Stahlkugeln 16 können
sich über den ersten Durchgang 36 zwischen dem
Rückführdurchgang 32 und der zweiten
Gewindenut 26 bewegen.
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Der
zweite Durchgang 38 erstreckt sich von den offenen Enden
der Grundkörperabschnitte 28a, 28b in
das Innere dieser Abschnitte und ist mit einem Ende des ersten Durchgangs 36 verbunden.
Als Folge hiervon stehen der erste Durchgang 36 und der zweite
Durchgang 38 in Verbindung miteinander.
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Der
Kugelspindelmechanismus 10 gemäß der
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist im
Wesentlichen wie oben beschrieben aufgebaut. Als nächstes
wird die Montage des Kugelspindelmechanismus 10 erläutert.
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Zunächst
wird das erste Rückführelement 18 an
der Seite eines Endes 14a (in Richtung des Pfeils A) der
Verschiebungsmutter 14 angebracht. Im Einzelnen wird das
erste Rückführelement 18 so angeordnet,
dass der zylindrische Abschnitt 30a an der Seite des anderen
Endes 14b (in der Richtung des Pfeils B) der Verschiebungsmutter 14 angeordnet
ist und der zylindrische Abschnitt 30a an der äußeren Umfangsfläche
der Verschiebungsmutter anliegt. Andererseits wird der Grundkörperabschnitt 28a so
an dem Befestigungsabschnitt 24a angebracht, dass der Vorsprung 34 der
inneren Umfangsfläche der Verschiebungsmutter 14 zugewandt
ist. Außerdem wird der Grundkörperabschnitt 28a durch
Kleben, einen Haltering oder dgl. (nicht dargestellt) an dem Befestigungsabschnitt 24a fixiert.
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Als
Folge hiervon wird der erste Durchgang 36 des ersten Rückführelementes 18 mit
einem Ende der zweiten Gewindenut 26 verbunden, die an
der inneren Umfangsfläche der Verschiebungsmutter 14 vorgesehen
ist.
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Nachdem
die Kugelspindelwelle 12 durch das Innere der Verschiebungsmutter 14 eingesetzt wurde,
wird als nächstes eine Vielzahl von Stahlkugeln 16 nacheinander
von dem zweiten Durchgang 38 des ersten Rückführelementes 18 in
den Rückführdurchgang 32 eingesetzt.
Hierdurch bewegen sich die Stahlkugeln 16 nacheinander
entlang des Rückführdurchgangs 32 zu
der Seite des ersten Durchgangs 36. Die Stahlkugeln werden
durch die Öffnung des ersten Durchgangs 36 der
zweiten Gewindenut 26 des Verschiebungselementes 14 sowie der
ersten Gewindenut 22 der Kugelspindelwelle 12 zugeführt.
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Außerdem
bewegen sich die Stahlkugeln 16 schraubenförmig
entlang der zweiten Gewindenut 26 und der ersten Gewindenut 22 der
Kugelspindelwelle 12, wobei sie durch diese Nuten gehalten
werden. Im Einzelnen werden die zahlreichen Stahlkugeln 16 zwischen
der äußeren Umfangsfläche der Kugelspindelwelle 12 und
der inneren Umfangsfläche der Verschiebungsmutter 14 über
die ersten und zweiten Gewindenuten 22, 26 gehalten.
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Als
nächstes werden die zahlreichen Stahlkugeln 16 in
den Rückführdurchgang 32 des zweiten Rückführelementes 20 eingesetzt.
Die Stahlkugeln 16 werden in den Rückführdurchgang 32 durch
ein nicht dargestelltes Schmiermittel, mit dem die ersten und zweiten
Durchgänge 36, 38 beschichtet sind, innerhalb
des Rückführdurchgangs 32 gehalten. Mit Hilfe
des Schmierfetts, das eine festgelegte Viskosität aufweist,
werden im Einzelnen die Stahlkugeln 16 daran gehindert,
aus dem Rückführdurchgang 32 herauszurollen.
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Schließlich
wird der Grundkörperabschnitt 28b des zweiten
Rückführelementes 20 in dem Befestigungsabschnitt 24b,
der in dem anderen Ende 14b der Ver schiebungsmutter 14 ausgebildet
ist, angeordnet, und der zylindrische Abschnitt 30b wird
so angeordnet, dass er der Seite des Endes 14a (in der Richtung
des Pfeils A) des Verschiebungselementes 14 zugewandt ist
und an der äußeren Umfangsfläche der
Verschiebungsmutter 14 anliegt. Außerdem liegt die
Endfläche des zylindrischen Abschnitts 30b an der
Endfläche des zylindrischen Abschnitts 30a des ersten
Rückführelementes 18 an (vgl. 1 und 3).
Hierdurch liegen die zylindrischen Abschnitte 30a, 30b in
den ersten und zweiten Rückführelementen 18, 20 aneinander
an, und die Rückführdurchgänge 32 werden
durch die jeweiligen zweiten Durchgänge 38 in
Verbindung miteinander gebracht (vgl. 3). Als
Folge hiervon wird durch die Rückführdurchgänge 32 der
ersten und zweiten Rückführelemente 18, 20 und
die ersten und zweiten Gewindenuten 22, 26 ein
Zirkulationsweg gebildet, in dem die Stahlkugeln 16 zirkuliert
werden können, wobei die zahlreichen Stahlkugeln 16 innerhalb
der Rückführdurchgänge 32 und
der ersten und zweiten Gewindenuten 22, 26 gehalten
werden.
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Außerdem
wird der erste Durchgang 36 in dem zweiten Rückführelement 20 mit
dem anderen Ende der zweiten Gewindenut 26, die an der
inneren Umfangsfläche der Verschiebungsmutter 14 vorgesehen
ist, verbunden.
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Zudem
wird das zweite Rückführelement 20 in
der gleichen Weise wie das erste Rückführelement 18 durch
Kleben, einen Haltring oder dgl. (nicht dargestellt) einstückig
an dem Befestigungsabschnitt 24b fixiert.
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Als
nächstes werden die Betriebs- und Wirkungsweisen des Kugelspindelmechanismus 10,
der in der oben beschriebenen Weise zusammengebaut wurde, erläutert.
Die Erläuterung betrifft hierbei einen Fall, bei dem eine
nicht dargestellte Drehantriebsquelle (bspw. ein Schrittmotor) mit
einem Ende der Kugelspindelwelle 12 des Kugelspindelmechanismus 10 verbunden
wird und die Verschiebungsmutter 14 zu der Seite ihres
einen Endes 14a (in der Richtung des Pfeils A) verschoben
wird.
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Zunächst
wird die Drehantriebsquelle gedreht und hierdurch die Kugelspindelwelle 12 angetrieben,
worauf die Rotationskraft der Kugelspindelwelle 12 auf
die Verschiebungsmutter 14, die durch die zahlreichen Stahlkugeln 16 in
Gewindeeingriff mit der Kugelspindelwelle 12 steht, übertragen
wird. Die Verschiebungsmutter 14 wird von deren einer Endseite 14a (in
der Richtung des Pfeils A) entlang der Axialrichtung der Kugelspindelwelle 12 verschoben. Da
die Verschiebung der Verschiebungsmutter 14 in der Drehrichtung
durch nicht dargestellte Drehstoppmechanismen begrenzt wird, dreht
sich die Verschiebungsmutter 14 nicht, sondern wird lediglich
in der axialen Richtung (der Richtung des Pfeils A) verschoben.
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Zu
dieser Zeit werden die Stahlkugeln 16 nacheinander von
den ersten und zweiten Gewindenuten 22, 26 an
der Seite (in der Richtung des Pfeils A) eines Endes 14a der
Verschiebungsmutter 14 in den ersten Durchgang 36 eingebracht,
während sich die Verschiebungsmutter 14 verschiebt,
und die Stahlkugeln 16, die in dem Rückführdurchgang 32 vorgeladen
waren, werden durch die anderen Stahlkugeln 16, die von
dem ersten Durchgang 36 zugeführt werden, weggedrückt,
wodurch die Stahlkugeln 16 entlang des Rückführdurchgangs 32 in
einer Richtung (der Richtung des Pfeils B) entgegen der Bewegungsrichtung
(der Richtung des Pfeils A) der Verschiebungsmutter 14 bewegt
werden.
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Außerdem
erreichen die Stahlkugeln 16, nachdem sie zu der Seite
des zweiten Rückführelementes 20 bewegt
wurden, den ersten Durchgang 36 des zweiten Rückführelementes 20 und
werden den ersten und zweiten Gewindenuten 22, 26 an
der anderen Endseite 14b (in der Richtung des Pfeils B)
der Verschiebungsmutter 14 zugeführt und in diese
geladen.
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Im
Einzelnen werden die zahlreichen Stahlkugeln 16 durch die
zylindrischen Abschnitte 30a, 30b der ersten und
zweiten Rückführelemente 18, 20,
die an der äußeren Umfangsseite der Verschiebungsmutter 14 vorgesehen
sind, zirkuliert und erneut einem Bereich zwischen der Verschiebungsmutter 14 und
der Kugelspindelwelle 12 zugeführt.
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Anders
ausgedrückt werden die zahlreichen Stahlkugeln 16 von
dem ersten Durchgang 36 durch den zweiten Durchgang 38 zirkuliert
und erneut von dem anderen ersten Durchgang 36 dem Bereich
zwischen der Verschiebungsmutter 14 und der Kugelspindelwelle 12 zugeführt.
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Außerdem
werden die Stahlkugeln 16 durch den Vorsprung 34 des
ersten Rückführelementes 18 sanft und
zuverlässig von den ersten und zweiten Gewindenuten 22, 26 zu
dem ersten Durchgang 36 geführt, während
die Stahlkugeln 16 gleichzeitig durch den Vorsprung 34 des
zweiten Rückführelementes 20 von dem
ersten Durchgang 36 in die ersten und zweiten Gewindenuten 22, 26 geführt
und wieder eingeladen werden.
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Durch
Umkehren der Charakteristik (Polarität) des Stroms, der
der Drehantriebsquelle von der nicht dargestellten Stromquelle zugeführt
wird, wird dagegen die Kugelspindelwelle 12 in einer entgegengesetzten
Richtung gedreht, woraufhin die Drehkraft der Kugelspindelwelle 12 auf
die Verschiebungsmutter 14, die über die Stahlkugeln 16 in
Gewindeeingriff mit der Kugelspindelwelle 12 steht, übertragen
wird. Außerdem wird die Verschiebungsmutter 14 dementsprechend
von der anderen Endseite 14b der Kugelspindelwelle 12 in
deren axialer Richtung (der Richtung des Pfeils B) verschoben.
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Hierbei
bewegen sich die Stahlkugeln 16 durch die Verschiebung
der Verschiebungsmutter 14 entlang der ersten und zweiten
Gewindenuten 22, 26. Nachdem die Stahlkugeln 16 die
andere Endseite 14b (in der Richtung des Pfeils B) der Verschiebungsmutter 14 erreicht
haben, werden sie dem ersten Durchgang 36 des zweiten Rückführelementes 20 zugeführt.
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Außerdem
werden die Stahlkugeln 16, die in den Rückführdurchgang 32 vorgeladen
waren, durch andere Stahlkugeln 16, die von dem ersten
Durchgang 36 des zweiten Rückführelementes 20 zugeführt
werden, weggedrückt, wodurch die Stahlkugeln 16 in
einer Richtung (der Richtung des Pfeils A) entlang des zweiten Durchgangs 38 des
Rückführdurchgangs 32 bewegt werden,
die der Verschiebungsrichtung (der Richtung des Pfeils B) der Verschiebungsmutter 14 gegenüberliegt.
Außerdem erreichen die Stahlkugeln 16 den ersten
Durchgang 36 des ersten Rückführelementes 18,
woraufhin sie den ersten und zweiten Gewindenuten 22, 26 an
der Seite des Endes 14a (in der Richtung des Pfeils A)
der Verschiebungsmutter 14 zugeführt werden.
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Im
Einzelnen bewegen sich die zahlreichen Stahlkugeln 16,
die von dem Ende in der Verschiebungsrichtung der Verschiebungsmutter 14 entnommen
werden, innerhalb der Rückführdurchgänge 32 der
ersten und zweiten Rückführelemente 18, 20 in einer
Richtung entgegen der Verschiebungsrichtung der Verschiebungsmutter 14 und
werden dann dem Bereich zwischen der Verschiebungsmutter 14 und der
Kugelspindelwelle 12 von dem Ende der Verschiebungsmutter 14 an
der Seite zugeführt, die deren Verschiebungsrichtung gegenüberliegt.
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Wenn
die Verschiebungsmutter 14 durch die Drehung der Kugelspindelwelle 12 in
der axialen Richtung (der Richtung der Pfeile A und B) verschoben
wird, werden auf diese Weise die Stahlkugeln 16, die zwischen
der Kugelspindelwelle 12 und der Verschiebungsmutter 14 gehalten
werden, kontinuierlich durch die Rückführdurchgänge 32,
die auf der Außenseite der Verschiebungsmutter 14 vorgesehen sind,
zirkuliert.
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Auf
die oben beschriebene Weise wird gemäß der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine solche
Gestaltung erreicht, dass dann, wenn die zahlreichen Stahlkugeln 16 bei
der Verschiebung der Verschiebungsmutter 14 zirkulieren,
die Stahlkugeln 16 an einer Außenseite (in einer radial
nach außen gerichteten Richtung) der Verschiebungsmutter 14 durch
die in den ersten und zweiten Rückführelementen 18, 20 vorgesehenen Rückführdurchgänge 33 zirkuliert
werden. Hierdurch kann im Vergleich zu einem herkömmlichen
Kugelspindelmechanismus, bei welchem der Durchgang (Kugelrückführdurchgang)
zum Zirkulieren der Stahlkugeln 16 in dem Mutternelement
vorgesehen ist, die radiale Dimension der Verschiebungsmutter 14 verringert
werden. Als Folge hiervon kann die Verschiebungsmutter 14 in
ihrer radialen Richtung kleiner gebaut werden. Hiermit verbunden
ist es möglich, die Größe des Kugelspindelmechanismus 10 mit
der Verschiebungsmutter 14 zu verkleinern.
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Da
die zylindrischen Abschnitte 30a, 30b der ersten
und zweiten Rückführelemente 18, 20 an
der äußeren Umfangsseite der Verschiebungsmutter 14 in
einem Bereich angeordnet sind, der die zylindrischen Abschnitte 30a, 30b umfasst,
kann bei dem Kugelspindelmechanismus 10 die radiale Dimension des
Kugelspindelmechanismus 10 etwa die gleiche sein wie bei
dem herkömmlichen Kugelspindelmechanismus. Bis auf den
Bereich, in dem die zylindrischen Abschnitte 30a, 30b vorgesehen
sind, wird aber die radiale Dimension der Verschiebungsmutter 14 kleiner
sein als bei dem herkömmlichen Kugelspindelmechanismus.
Im Vergleich zu dem herkömmlichen Kugelspindelmechanismus,
der ein Mutternelement aufweist, dessen Durchmesser in radialer
Richtung über den gesamten Umfang erweitert ist, kann hierdurch
der Kugelspindelmechanismus 10 gemäß der
vorliegenden Erfindung in der radialen Richtung verkleinert werden.
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Mit
Hilfe eines einfachen Vorgangs, bei dem die ersten und zweiten Rückführelemente 18, 20 in den
Befestigungsabschnitten 24a, 24b, die in dem einen Ende 14a und
dem anderen Ende 14b der Verschiebungsmutter 14 vorgesehen
sind, kann somit eine Gestaltung mit einem Kugelzirkulationsdurchgang
erreicht werden, bei der die Stahlkugeln 16 durch die Rückführdurchgänge 32 in
den ersten und zweiten Rückführelementen 18, 20 zirkulieren.
Da die ersten und zweiten Rückführelemente 18, 20 aus gegossenen
Komponenten hergestellt werden, die bspw. aus einem Harzmaterial
oder dgl. gegossen werden, lässt sich ein Bearbeitungsschritt
zur Herstellung der Rückführdurchgänge 32 einsparen,
so dass der Kugelspindelmechanismus 10 einfach hergestellt
werden kann. Hierdurch kann die Produktivität des Kugelspindelmechanismus 10 mit
den ersten Rückführelementen 18, 20 verbessert
werden, wobei gleichzeitig die Herstellungskosten verringert werden.
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Da
das erste Rückführelement 18 und das zweite
Rückführelement 20 die gleiche Form haben, können
diese Elemente außerdem gemeinsam verwendet werden, so
dass im Vergleich zu einem Fall, bei dem die ersten und zweiten
Rückführelemente unterschiedliche Formen haben,
die Kosten reduziert werden können.
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Da
der Kugelspindelmechanismus 10 auch in Fällen
eingesetzt werden kann, in denen der Abstand der Gewindenuten (Gewindegang)
in den ersten und zweiten Gewindenuten 22, 26 eine
geringe Steigung hat, und in Fällen, in denen der Abstand
der Gewindenuten eine große Steigung hat, werden die Bedingungen
für den Einsatz der Kugelspindelwelle 10 nicht
beschränkt. Der Mechanismus kann für eine Vielzahl
möglicher Einsatzbedingungen verwendet werden.
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Als
nächstes wird ein Kugelspindelmechanismus 100 gemäß einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit
Bezug auf die 7 bis 9 erläutert.
Diejenigen Komponenten des Kugelspindelmechanismus 100,
die denen des Kugelspindelmechanismus 10 gemäß der
ersten Ausführungsform entsprechend, werden mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Insoweit wird auf die obige Beschreibung
verwiesen.
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Der
Kugelspindelmechanismus 100 gemäß der
zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Kugelspindelmechanismus 10 gemäß der
ersten Ausführungsform dahingehend, dass ein Rückführelement 102 drei
Komponenten aufweist, nämlich ein Paar von Basiselementen 104, 106 und
ein zylindrisches Element 108, welches das eine Basiselement 104 mit
dem anderen Basiselement 106 verbindet.
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Wie
in den 7 bis 9 gezeigt ist, wird das Rückführelement 102 bspw.
aus einem Harzmaterial hergestellt. Die Basiselemente 104, 106 sind
in entsprechenden Befestigungsabschnitten 24a, 24b einer
Verschiebungsmutter 14 angebracht. Beide Enden des zylindrischen
Elementes 108 sind in Aussparungen 110a bzw. 110b eingesetzt,
die an Endflächen der Basiselemente 104, 106 ausgebildet
sind.
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Die
Basiselemente 104, 106, die blockförmig entsprechend
der Form der Befestigungsabschnitte 24a, 24b an
der Verschiebungsmutter 14 ausgebildet sind, decken die
Befestigungsabschnitte 24a, 24b ab. In den Basiselementen 104, 106 sind
innere Wandflächen ausgebildet, die der Kugelspindelwelle 12 zugewandt
sind. Die inneren Wandflächen weisen einen bogenförmigen
Querschnitt mit dem gleichen Krümmungsradius wie die innere
Umfangsfläche der Verschiebungsmutter 14 auf.
Abschnitte der Rückführdurchgänge 32 öffnen
sich zu den inneren Wandflächen der Basiselemente 104, 106.
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Das
zylindrische Element 108 ist ein rohrförmiger
Körper mit einer festgelegten Länge in seiner axialen
Richtung. Innerhalb des zylindrischen Elementes 108 ist
ein Verbindungsdurchgang 112 vorgesehen, um die Stahlkugeln 16 zwischen
der Verschiebungsmutter 16 und der Kugelspindelwelle 12 zu
zirkulieren. Das zylindrische Element 108 ist zwischen
dem einen Basiselement 104 und dem anderen Basiselement 106 angebracht,
um eine Verbindung zwischen den Rückführdurchgängen 32 der
Basiselemente 104, 106 und dem Verbindungsdurchgang 112 herzustellen.
Die Stahlkugeln 16 zirkulieren bspw. von dem einen Basiselement 104 durch
das zylindrische Element 108 zu dem anderen Basiselement 106.
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Auf
diese Weise wird bei der zweiten Ausführungsform das Rückführelement 102 durch
das Paar von Basiselementen 104, 106 und das zylindrische Element 108,
welches das eine Basiselement 104 mit dem anderen Basiselement 106 verbindet,
gebildet. Auch wenn die Zahl von Gewindegängen der Verschiebungsmutter 14 gegenüber
der Kugelspindelwelle 12 geändert wird, wird es
dadurch möglich, einfach und zuverlässig auf Längenänderungen
der Verschiebungsmutter 14 in einer Längsrichtung
zu reagieren, indem das zylindrische Element 108 durch
ein anderes zylindrisches Element mit einer passenden Länge
ersetzt wird.
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Im
Einzelnen ist bei dem Rückführelement 102 das
zylindrische Element 108 von den Basiselementen 104, 106 lösbar.
Auch wenn sich die Länge der Verschiebungsmutter 14 in
der Längsrichtung ändert, ist es daher möglich,
diese Änderung einfach auszugleichen, indem die Länge
des zylindrischen Elementes 108 angepasst wird. Da es nicht
notwendig ist, getrennte Rückführelemente für
eine Vielzahl von unterschiedlichen Verschiebungsmuttern 14 vorzusehen,
können die Herstellungskosten verringert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2005-048845
A [0004]