DE102009035133B4

DE102009035133B4 - Kugelspindelmechanismus

Info

Publication number: DE102009035133B4
Application number: DE102009035133.7A
Authority: DE
Inventors: Yoshihiro Fukano; Toru Sugiyama; Masaki Imamura
Original assignee: SMC Corp
Current assignee: SMC Corp
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-07-29
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2029-07-30
Also published as: KR20100023763A; TWI388749B; US20100043583A1; CN101655145A; TW201013073A; JP2010048324A; US8584546B2; JP5252279B2; DE102009035133A1; CN101655145B

Abstract

Ein Kugelspindelmechanismus mit:einer Kugelspindelwelle (12), in deren äußerer Umfangsfläche eine erste Kugelgewindenut (22) eingeschnitten ist,einem Mutternelement (14), das eine zylindrische Form und in seiner inneren Umfangsfläche eine zweite Kugelgewindenut (26) aufweist, wobei das Mutternelement (14) an einer äußeren Umfangsseite der Kugelspindelwelle (12) angeordnet ist und über Kugeln (16), die zwischen der zweiten Gewindenut (26) und der ersten Gewindenut (22) angebracht sind, in Gewindeeingriff mit der Kugelspindelwelle (12) steht, undeinem Zirkulationselement (18, 20, 102), das mit den Enden (14a, 14b) des Mutternelementes (14) in dessen axialer Richtung verbunden ist, um die Kugeln (16) durch einen Zirkulationsdurchgang (32), der auf der Außenseite des Mutternelementes (14) vorgesehen ist, von der einen Endseite (14a) in der Verschiebungsrichtung des Mutternelementes (14) zu der anderen Endseite (14b) zu zirkulieren,wobei das Zirkulationselement (18, 20, 102) einen Grundkörperabschnitt (28a, 28b, 104, 106), der an dem Mutternelement angebracht ist, und einen zylindrischen Abschnitt (30a, 30b, 108), der mit dem Grundkörperabschnitt (28a, 28b, 104, 106) verbunden ist, aufweist,dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörperabschnitt (28a, 28b, 104, 106) in einem Befestigungsabschnitt (24a bzw. 24b) angebracht ist, der mit einer im Wesentlichen rechteckigen Form aus einer äußeren Umfangsfläche in axialer Richtung des Mutternelements (14) in das eine Ende (14a) bzw. das andere Ende (14b) des Mutternelementes (14) eingeschnitten ist,

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung:
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.
Beschreibung des Standes der Technik:
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.
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.
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.
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.
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.
Die DE 101 34 873 A1 beschreibt eine Kugelumlaufspindel mit einer spiralförmigen Kugelrollnut und ein mit der Gewindespindel durch mehrere Kugeln in Eingriff stehendes Mutternelement. Rückführungsrohre, die an dem Mutterelement fixiert sind, bilden einen Endlosumlaufkanal für die Kugeln. Der Endloskugelumlaufkanal umfasst ein Paar von Rückführungselementen, welche durch ein gerades Verbindungskanalelement miteinander verbunden sind. Das Mutterelement weist seitliche Kugeldurchlassöffnungen auf, die sich durch die Innen- und Außenumfangsfläche des Mutternelementes erstrecken und in die Schenkelabschnitte der Rückführungselemente eingesetzt sind.
Aus der EP 1 925 852 ist eine Schraubvorrichtung mit Rollenelementen bekannt. Die Vorrichtung umfasst eine Kugelspindelwelle sowie ein Mutternelement, welche beide mit Kugelgewindenuten ausgestaltet sind, in denen Kugeln rollend angeordnet sind. Für den Endloslauf der Kugeln ist eine Rückführeinrichtung vorgesehen, welche eine erste Röhre und eine zweite Röhre umfasst, die jeweils auf dem Mutternelement befestigt sind. Rohrförmige Beinabschnitte sind in Ausschnitte an den Endflächen des Mutternelementes eingesetzt, während geradlinige Abschnitte der Röhren entlang einer seitlichen Außenfläche des Mutternelementes verlaufen. Über Stützelemente werden die Röhren an dem Mutternelement befestigt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kugelspindelmechanismus vorzuschlagen, dessen Durchmesser verringert werden kann, wobei die Produktivität des Kugelspindelmechanismus verbessert werden soll.
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.
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.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Kugelspindelmechanismus gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine aufgebrochene perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils des Kugelspindelmechanismus gemäß 1;
3 ist ein Längsschnitt in der axialen Richtung des Kugelspindelmechanismus gemäß 1;
4 ist eine Draufsicht auf den Kugelspindelmechanismus gemäß 1;
5 ist ein Schnitt entlang der Linie V-V in 1;
6 ist eine einfache perspektivische Ansicht erster und zweiter Rückführelemente, die Teile des Kugelspindelmechanismus bilden;
7 ist eine perspektivische Ansicht eines Kugelspindelmechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine aufgebrochene perspektivische Explosionsdarstellung eines Teils des Kugelspindelmechanismus gemäß 7;
9 ist ein Schnitt in der axialen Richtung des Kugelspindelmechanismus gemäß 7.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In 1 bezeichnet das Bezugszeichen 10 einen Kugelspindelmechanismus gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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.
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.
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 geformt, dass sie von der äußeren Umfangsseite zu der inneren Umfangsseite der Verschiebungsmutter 14 durchtreten (vgl. 4).
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Schließlich wird der Grundkörperabschnitt 28b des zweiten Rückführelementes 20 in dem Befestigungsabschnitt 24b, der in dem anderen Ende 14b der Verschiebungsmutter 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

Ein Kugelspindelmechanismus mit: einer Kugelspindelwelle (12), in deren äußerer Umfangsfläche eine erste Kugelgewindenut (22) eingeschnitten ist, einem Mutternelement (14), das eine zylindrische Form und in seiner inneren Umfangsfläche eine zweite Kugelgewindenut (26) aufweist, wobei das Mutternelement (14) an einer äußeren Umfangsseite der Kugelspindelwelle (12) angeordnet ist und über Kugeln (16), die zwischen der zweiten Gewindenut (26) und der ersten Gewindenut (22) angebracht sind, in Gewindeeingriff mit der Kugelspindelwelle (12) steht, und einem Zirkulationselement (18, 20, 102), das mit den Enden (14a, 14b) des Mutternelementes (14) in dessen axialer Richtung verbunden ist, um die Kugeln (16) durch einen Zirkulationsdurchgang (32), der auf der Außenseite des Mutternelementes (14) vorgesehen ist, von der einen Endseite (14a) in der Verschiebungsrichtung des Mutternelementes (14) zu der anderen Endseite (14b) zu zirkulieren, wobei das Zirkulationselement (18, 20, 102) einen Grundkörperabschnitt (28a, 28b, 104, 106), der an dem Mutternelement angebracht ist, und einen zylindrischen Abschnitt (30a, 30b, 108), der mit dem Grundkörperabschnitt (28a, 28b, 104, 106) verbunden ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörperabschnitt (28a, 28b, 104, 106) in einem Befestigungsabschnitt (24a bzw. 24b) angebracht ist, der mit einer im Wesentlichen rechteckigen Form aus einer äußeren Umfangsfläche in axialer Richtung des Mutternelements (14) in das eine Ende (14a) bzw. das andere Ende (14b) des Mutternelementes (14) eingeschnitten ist,
Der Kugelspindelmechanismus nach Anspruch 1, wobei der Zirkulationsdurchgang (32) innerhalb des Grundkörperabschnitts (28a, 28b) und des zylindrischen Abschnitts (30a, 30b) ausgebildet ist und die beiden Enden des Zirkulationsdurchgangs (32) jeweils mit der zweiten Gewindenut (26) verbunden sind.
Der Kugelspindelmechanismus nach Anspruch 1, wobei das Zirkulationselement (18, 20, 102) ein Paar von Zirkulationselementen (18, 20) aufweist, die die äußere Umfangsseite der Kugelspindelwelle (12) abdecken, welche in das Innere des Mutternelementes (14) eingesetzt ist.
Der Kugelspindelmechanismus nach Anspruch 3, wobei der Zirkulationsdurchgang (32) einen ersten Durchgang (36), der in dem Grundkörperabschnitt (28a, 28b) angeordnet und mit einem Ende der zweiten Gewindenut (26) verbunden ist, und einen zweiten Durchgang (38), der in dem zylindrischen Abschnitt (30a, 30b) ausgebildet ist und sich in der axialen Richtung des zylindrischen Abschnitts (30a, 30b) erstreckt, aufweist.
Der Kugelspindelmechanismus nach Anspruch 4, wobei der erste Durchgang (36) und der zweite Durchgang (38) im Wesentlichen senkrecht miteinander verbunden sind und wobei der zylindrische Abschnitt (30a) des einen Zirkulationselementes (18) und der zylindrische Abschnitt (30b) eines anderen Zirkulationselementes (20) so miteinander verbunden sind, dass ihre zweiten Durchgänge (38) miteinander in Verbindung stehen.
Der Kugelspindelmechanismus nach Anspruch 1, wobei in dem Grundkörperabschnitt (28a, 28b, 104, 106) die der Kugelspindelwelle (12) zugewandte innere Wandfläche eine bogenförmige Gestalt mit dem gleichen Krümmungsradius aufweist wie die innere Umfangsfläche des Mutternelementes (14).
Der Kugelspindelmechanismus nach Anspruch 6, wobei an einer inneren Wandfläche des Grundkörperabschnitts (28a, 28b, 104, 106) ein Vorsprung (34) vorgesehen ist, welcher von der dem Zirkulationsdurchgang (32) zugewandten inneren Wandfläche nach außen vorsteht, wobei der Vorsprung (34) parallel zu dem Zirkulationsdurchgang (32) vorgesehen ist und wobei die Innenfläche, die dem Zirkulationsdurchgang (32) zugewandt ist, mit dem Zirkulationsdurchgang (32) verbunden ist und eine im Querschnitt halbkreisförmige Gestalt aufweist.
Der Kugelspindelmechanismus nach Anspruch 7, wobei die Kugeln durch den Vorsprung (34) geführt werden, wenn sich die Kugeln (16) von dem Zirkulationsdurchgang (32) in die zweite Gewindenut (26) bewegen und wenn sich die Kugeln (16) von der zweiten Gewindenut (26) in den Zirkulationsdurchgang (32) bewegen.
Der Kugelspindelmechanismus nach Anspruch 5, wobei der erste Durchgang (36) eine schraubenförmige Gestalt aufweist und mit einem Ende der zweiten Gewindenut (26) verbunden ist, so dass er zusammen mit der zweiten Gewindenut (26) eine Wälznut bildet.
Der Kugelspindelmechanismus nach Anspruch 1, wobei bei dem Zirkulationselement (102) der zylindrische Abschnitt (108) lösbar mit dem Grundkörperabschnitt (104, 106) verbunden ist.