DE3903939A1 - Kugelrueckfuehrende schrauben-schraubenmutter-kupplung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine kugelrückführende Schrauben-Schraubenmutter-Kupplung, mit einer Schraube, mit ei­ ner ersten auf der Außenfläche der Schraube gebildeten schrau­ benförmigen Nut, mit einer zu der Schraube koaxialen Schrau­ benmutter, mit einer zweiten auf der Innenfläche der Schrauben­ mutter gebildeten schraubenförmigen Nut, mit einer Anzahl von zwischen der Schraube und der Schraubenmutter angeordneten Ku­ geln, die auf einem Pfad rollen, der aus einer schraubenförmi­ gen, von den jeweiligen Abschnitten der beiden schraubenförmi­ gen Nuten gebildeten Bahn und einem Rückführkanal gebildet ist, der sich außerhalb der Schraubenmutter zwischen einander gegen­ überliegenden Enden der schraubenförmigen Bahn erstreckt, wobei die Schraubenmutter wenigstens ein Paar von im wesentlichen ra­ dialen, im Durchmesser jeweils größer als die schraubenförmige Bahn bemessene Bohrungen hat, in die jeweils ein Zapfen ein­ greift.

Bei den bekannten Kupplungen des vorgenannten Typs wird die Schraubenmutter gewöhnlich von einem zylindrischen Körper gebildet, der eine innere schraubenförmige Nut für eine Anzahl von Kugeln hat, die zwischen der Schraube und der Schraubenmut­ ter dicht nebeneinander längs eines vorgegebenen Abschnitts und längs eines Rückführungskanals angeordnet sind, der sich zwi­ schen zwei vorgegebenen Punkten der Nut erstreckt.

Bei einer ersten bekannten Schrauben-Schraubenmutter-Kupp­ lung erstreckt sich der Rückführkanal außerhalb der Schrauben­ mutter und jedes Ende wird von einer im wesentlichen quer zur Mutterachse angeordneten Bohrung gebildet, die an einer be­ stimmten Stelle der schraubenförmigen Nut durch die Schrauben­ mutter hindurch und im wesentlichen tangential angeordnet ist, so daß die Kugeln längs der schraubenförmigen Nut in die Ein­ laßbohrung des Rückführkanals rollen können, sowie zurück durch die Auslaßbohrung zum Anfang der schraubenförmigen Nut.

Dieser Kupplungstyp hat unzweifelhaft ausgezeichnete me­ chanische Eigenschaften, weil die Einlaß- und Auslaßbohrungen für den Rückführkanal perfekt zu den jeweiligen Enden der schraubenförmigen Nut ausgerichtet sind und infolgedessen die Nut perfekt in den Rückführkanal übergehen lassen, so daß jede Möglichkeit des Klemmens der Kugeln im wesentlichen beseitigt ist. Darüber hinaus können die bekannten Kupplungen dieses Typs, weil jede beliebige Anzahl von Windungen der schrauben­ förmigen Nut zwischen den einander gegenüberliegenden Enden des Rückführkanals vorgesehen werden können, leicht so ausgebildet werden, daß sie jeder axialen Last standhalten, die mit der me­ chanischen Belastbarkeit der Schraube und der Schraubenmutter verträglich ist.

Unglücklicherweise sind die Herstellungskosten von Kupp­ lungen dieses Typs relativ hoch, weil es keine Möglichkeit gibt, sie aus Teilen der Massenproduktion aufzubauen, da die tangential an die im Inneren der Schraubenmutter befindliche schraubenförmige Nut zu führenden Querbohrungen eine extrem ge­ naue Präzisionsherstellung, speziell ausgelegte Einrichtungen und eine relativ dicke Schraubenmutter erfordern.

Um die wirtschaftlichen Nachteile des vorgenannten Kupp­ lungstyps zu überwinden, wurde ein zweiter Kupplungstyp er­ dacht, bei dem der Rückführkanal innerhalb der Schraubenmutter angeordnet ist und sich zwischen zwei einander benachbarten Windungen der schraubenförmigen Nut erstreckt. Bei diesem Kupp­ lungstyp hat die Schraubenmutter wenigstens eine Radialbohrung, üblicherweise zwei, mit einem Durchmesser, der etwa dem doppel­ ten der Weite der inneren schraubenförmigen Nut entspricht und so angeordnet ist, daß die beiden einander benachbarten Windun­ gen umfaßt werden. Die Radialbohrung ist normalerweise mit ei­ nem Zapfen besetzt, der üblicherweise aus Kunststoff herge­ stellt wird, und dessen inneres Ende einen Nutabschnitt auf­ weist, der in die beiden einander benachbarten Windungen über­ leitet. Im Betrieb rollen die Kugeln in gegenseitiger Berührung um die Schraube längs des Schraubengangs, der sich zwischen den einander gegenüberliegenden Enden des von dem Zapfen gebildeten Nutabschnitts erstreckt, dann längs des Übergangabschnitts selbst und zurück zum Anfang des jeweiligen Gewindegangs.

Die wirtschaftlichen Vorteile dieses Kupplungstyps haben im Vergleich zum ersten Kupplungstyp ihren Ursprung in der Ein­ fachheit, mit der die Radialbohrung durch die Schraubenmutter hindurch ausgebildet ist, und in der Tatsache, daß der Zylin­ derkörper der Schraubenmutter selbst extrem dünn sein kann und z.B. aus gerolltem Bandwerkstoff gebildet sein kann.

Obwohl diese Kupplung entscheidend preiswerter hergestellt werden kann, als die erste, kann sie nur relativ kleine axiale Lasten aufnehmen, weil sie nur zwei Bohrungen und zwei Gewinde­ gänge aufweist, einen für jede Bohrung.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kupplung der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß die Vorteile der vorgenannten Kupplungen bei Vermeidung ihrer Nachteile kom­ biniert werden.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Schrauben-Schraubenmutter-Kupplung vorzuschlagen, einfache und kostengünstige Verbesserungen an dem zweiten oben beschriebenen Kupplungstyp vorzusehen, jedoch ohne wesentliche Änderungen der Schraubenmutter selbst.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß jeder Zapfen eine mit der schraubenförmigen Bahn in Verbindung stehende Durch­ gangsbohrung aufweist, daß außerhalb der Schraubenmutter ein U- förmiges Befestigungsteil zur Verbindung der beiden Zapfen vor­ handen ist, daß sich der Rückführkanal längs des U-förmigen Be­ festigungsteils erstreckt, und daß die beiden Durchgangsbohrun­ gen einander gegenüberliegende Endabschnitte des Rückführkanals bilden.

Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche beschrieben.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestell­ ten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kupplung,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines Details der Fig. 1,

Fig. 4 eine Untersicht des Details der Fig. 3,

Fig. 5 eine Explosionsdarstellung des Details der Fig. 3,

Fig. 6 eine Seitenansicht des Details der Fig. 3,

Fig. 7, 8 zeigen Querschnitte längs der Linien VII-VII und VIII-VIII in Fig. 5,

Fig. 9 zeigt eine Ansicht eines Details in Fig. 1,

Fig. 10 zeigt einen Schnitt längs der Linie X-X in Fig. 9,

Fig. 11 zeigt einen der Fig. 2 ähnlichen Schnitt, jedoch bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 zeigt eine Teilexplosions-Seitenansicht eines De­ tails der Fig. 11,

Fig. 13 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Details der Fig. 12,

Fig. 14 zeigt eine ebene Explosionsdarstellung des Details der Fig. 13,

Fig. 15 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Unteransicht des Details der Fig. 13,

Fig. 16 zeigt eine Unteransicht des Details der Fig. 12,

Fig. 17 zeigt einen Schnitt längs der Linie XVII-XVII in Fig. 12, und

Fig. 18 bis 22 zeigen jeweils Schnitte längs der Linien XVIII-XVIII, XIX-XIX, XX-XX, XXI-XXI und XXII-XXII in Fig. 14.

In den Fig. 1 bis 10 bezeichnet 1 eine Kugelumlaufkupplung mit einer Schraube 2, die eine äußere schraubenförmige Nut 3 hat und sich durch eine Zentralbohrung 4 einer mit der Schraube 2 koaxialen zylindrischen Schraubenmutter 5 erstreckt, und die eine zweite innere schraubenförmige Nut 6 aufweist. Die Kupp­ lung 1 enthält auch eine Anzahl von Kugeln 7, die derart zwi­ schen der Schraube 2 und der Mutter 5 angeordnet sind, daß sie auf einem Pfad rollen, der durch eine schraubenförmige, von den jeweiligen Abschnitten der schraubenförmigen Nuten 3, 6 gebilde­ ten Bahn 8 und einen Rückführkanal 9 gebildet ist, der sich außerhalb der Mutter 5 zwischen den einander gegenüberliegenden Enden der schraubenförmigen Bahn 8 befindet.

Die Mutter 5 hat wenigstens ein Paar im wesentlichen radi­ aler Bohrungen 10, von denen lediglich eine in Fig. 1 darge­ stellt ist, die längs derselben Erzeugenden der Mutter 5 ge­ formt sind und jeweils einen Durchmesser haben, der im wesent­ lichen dem Doppelten des Durchmessers der schraubenförmigen Bahn 8 entspricht. Das Paar radialer Bohrungen 10 ist jeweils in Eingriff mit Zapfen 11, die beide integral mit einem U-för­ migen Verbindungsteil 12 sind, das außen an der Mutter befe­ stigt ist und aus einem Körper besteht, der im wesentlichen die Form eines länglichen rechtwinkligen Prismas hat, dessen Längs­ achse parallel zur Achse der Schraubenmutter 5 ist. Das U-för­ mige Verbindungsteil 12 ist außen von einer konvexen Fläche 13 gebildet, die im wesentlichen parallel zu der Außenfläche der Schraubenmutter 5 ist, und es hat an seinen einander gegenüber­ liegenden Enden zwei Rippen 14, die jeweils an der zugehörigen Bohrung 10 angeordnet sind. Das U-förmige Verbindungsteil 12 wird auf seiner der Mutter 5 benachbarten Seite von einer ebe­ nen Fläche 15 begrenzt, die auf einem flachen Abschnitt 16 der Mutter 5 aufliegt, und von der die Zapfen 11 senkrecht vor­ springen.

Wie insbesondere in Fig. 3 bis 5 dargestellt wurde, ist das U-förmige Verbindungsteil 12 von einem Axialschlitz 17 durch die Achse der Zapfen 11 in zwei identische miteinander verbun­ dene Körper 18 unterteilt. Längs des Schlitzes 17 hat jeder der Körper 18 eine flache Außenfläche 19 und auf einer Seite einen von der Außenfläche 19 senkrecht vorstehenden Zapfen 20, der auf einer ersten der Rippen 14 angeordnet ist, und auf der an­ deren Seite ein Sackloch 21, das auf der anderen der Rippen 14 angeordnet und dazu ausgebildet ist, den Zapfen 20 in schwach kraftschlüssiger Weise aufzunehmen.

Wenn die Körper 18 mit ihren Außenflächen 19 zusammenge­ drückt werden, greift der Zapfen 20 jedes Körpers 18 in ein Loch 21 des anderen (Fig. 5), um die beiden Körper 18 miteinan­ der zu verbinden und dadurch das U-förmige Verbindungsteil 12 zu bilden.

Wie bereits beschrieben, unterteilt der Schlitz 17 jeden Zapfen 11 diametral in zwei Zapfenhälften 22, 23, die an ihren jeweiligen freien Enden jeweils halbrunde Flächen 24, 25 haben, die koplanar mit der Innenwand der Zentralbohrung 4 sind, in die die Nut 6 eingeformt ist. Auf einem ersten inneren Ab­ schnitt der Fläche 24 jedes Halbzapfens 22, dem anderen Zapfen 11 gegenüberliegend, ist ein Nutabschnitt 26 ausgeformt, der eine Fortsetzung der Windung 27 der von der Bohrung 10 unter­ brochenen Nut 6 bildet. Auf einem entsprechenden inneren Ab­ schnitt jeder Fläche 25 der Halbzapfen 23 ist ein weiterer Nut­ abschnitt 28 geformt, der eine Fortsetzung der Windung 27 und des Nutabschnitts 26 bildet. Jedes Paar einander benachbarter Abschnitte 26, 28 sorgt also für die Beibehaltung des stetigen Verlaufs der Windung 27 quer zur jeweiligen Bohrung 10. Auf ei­ nem äußeren Abschnitt jeder Fläche 24 ist ein Nutabschnitt 24 parallel zum jeweiligen Abschnitt 26 ausgeformt und bildet eine Fortsetzung der Windung 30 der von der Bohrung 10 unterbroche­ nen Nut 6. Der Nutabschnitt 29 ist außerhalb und benachbart zu der jeweiligen Windung 27 angeordnet. Mit den Abschnitten 29 bilden die äußeren Endabschnitte der jeweiligen Halbzapfen 23 zwei Vorsprünge 31, die den Verlauf der jeweiligen Windungen 30 unterbrechen und die einander gegenüberliegenden Enden der Bahn 8 bilden.

Wie insbesondere in Fig. 5 dargestellt ist, bilden die ein­ ander berührenden Flächen 19 im wesentlichen U-förmige Nuten 32, deren jeweilige konkave Seiten der Mutter 5 benachbart sind und den Rückführkanal 9 bilden. Im Detail hat jede Nut 32 einen zwischengeschalteten Abschnitt 33, der sich längs des U-förmi­ gen Verbindungsteils 12 erstreckt, sowie zwei Endabschnitte 34, 35, die sich längs der Halbzapfen 22, 23 erstrecken und jeweils an dem Ende des Nutabschnitts 26 und dem Ende des Vorsprungs 31 enden.

Zusammen mit dem sich im Zapfen 11 erstreckenden Endab­ schnitt 35 bildet jeder Endabschnitt 34 eine Durchgangsbohrung 36, die mit der Bahn 8 in Verbindung steht und einen Endab­ schnitt des Rückführkanals 9 bildet. Wie insbesondere in den Fig. 1 und 3 dargestellt ist, verlaufen die Durchgangsbohrungen 36 im Bezug auf die Ebene des Schlitzes 17 in einander entge­ gengesetzte Richtungen, um die Bahn 8 sanft in den durch die Abschnitte 33 der zusammenpassenden Nuten 32 gebildeten Zwi­ schenabschnitt 37 des Rückführkanals 9 zu überführen.

Durch die Fläche 13 des U-förmigen Verbindungsteils 12 und etwa in der Mitte zwischen den Rippen 14 hindurch ist eine im wesentlichen radiale Füllbohrung 38 ausgebildet, die eine ex­ terne Verbindung des Zwischenabschnitts 37 des Rückführkanals 9 erlaubt und eine Radialbohrung für die Zuführung von Kugeln 7 darstellt. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist das U-förmige Ver­ bindungsteil 12 außen mit einer im wesentlichen U-förmigen Kap­ pe 39 befestigt, die ihre konkave Seite der Mutter 5 benachbart aufweist und zwischen den Rippen 14 einen Zentralabschnitt hat, der mit der Fläche 13 in Kontakt steht und einen zentralen in­ neren Vorsprung aufweist, der einen entfernbaren Zapfen 41 für die Füllbohrung 38 bildet.

In den Fig. 1 und 10 ist dargestellt, daß auf dem freien Ende des Zapfens 41 ein Nutabschnitt 42 ausgebildet ist, der mit den Abschnitten 33 der Nuten 32 so zusammenwirkt, daß der Zwischenabschnitt 37 des Rückführkanals 9 gebildet wird.

Die Kappe 39 hat außerdem zwei einander gegenüberliegende Seitenarme 43, die auf den Seitenflächen des U-förmigen Verbin­ dungsteils 12 aufliegen und jeweils einen Flansch 44 haben, der auf dem ebenen Abschnitt 16 der Mutter 5 von einem diese umge­ benden Befestigungsmittel 45 gehalten wird.

Infolgedessen rollen die Kugeln 7, nachdem sie den Rück­ führkanal 9 durchlaufen haben, innerhalb der Mutter 5 durch ei­ ne der Durchgangsbohrungen 36 und längs der gesamten Länge der Schraubenbahn 8, die sich zwischen den beiden Endwindungen 30 erstreckt. In anderen Worten: die oben beschriebene Kupplung 1 ist in der Länge ihrer Bahn 8 nicht, wie bei bekannten Kupplun­ gen, auf eine durch die Bohrung 10 unterbrochene Windung (je­ weils die Hälfte der Windungen 27 und 30) beschränkt, sondern erstreckt sich auf alle Windungen zwischen den beiden Durch­ gangsbohrungen 36 ebenso, wie auf die beiden Endwindungen, die selbst von den Durchgangsbohrungen 36 unterbrochen sind.

Die Fig. 11 bis 22 zeigen eine der Kupplung 1 ähnliche Kupplung 46, deren Teile wenn möglich mit denselben Bezugszei­ chen versehen sind.

Die Kupplung 46 ist eine vereinfachte Ausführung der Kupp­ lung 1, da sich die schraubenförmige Bahn 8 für die Kugeln 7 nur auf die Windungen zwischen den Durchgangsbohrungen 36 er­ streckt, und nicht, wie bei der vorbeschriebenen Ausführungs­ form, auf die beiden von Bohrungen 10 unterbrochenen Endwindun­ gen. Die Kupplung 46 weist ein U-förmiges Verbindungsteil 47 auf, welches von dem Verbindungsteil 12 der Kupplung 1 hin­ sichtlich des Nutabschnitts der Endflächen jedes der Zapfen 11 differiert, wobei dieser Nutabschnitt aus dem Nutabschnitt 26 des jeweiligen Halbzapfens 22 besteht, und wobei die zwei Halb­ zapfen 23 zwei Vorsprünge 48 bilden, welche die jeweiligen Win­ dungen 27 unterbrechen.

Die Durchgangsbohrungen 36 des U-förmigen Verbindungsteils 47 münden offensichtlich an den Enden der jeweiligen Nutab­ schnitte 26.

Wie insbesondere in Fig. 12 dargestellt wurde, ist das U- förmige Verbindungsteil 47 direkt auf der Mutter 5 befestigt und nicht, wie im Falle des Verbindungsteils 12, durch Zwi­ schenschaltung einer Kappe 39. Zu diesem Zweck erstreckt sich ein Flügel 49 von jedem Körper des U-förmigen Verbindungsteils 47 und wird über einen Abschnitt der Mutter 5 geschnappt, um das U-förmige Verbindungsteil 47 fest an letzterer zu befesti­ gen.

Um die U-förmigen Verbindungsteile 12 und 47 an der Mutter 5 festzulegen, können offensichtlich unterschiedliche Systeme benutzt werden, wie auch dazu, die Füllbohrung 38 zu ver­ schließen. Die bezüglich der Kupplung 1 beschriebenen Systeme können auch in Verbindung mit der Kupplung 46 und umgekehrt be­ nutzt werden.

Claims (8)

1. Kugelrückführende Schrauben-Schraubenmutter-Kupplung (1, 46), mit einer Schraube (2), mit einer ersten auf der Außenfläche der Schraube (2) gebildeten schraubenförmigen Nut (3), mit einer zu der Schraube (2) koaxialen Schrau­ benmutter (5), mit einer zweiten auf der Innenfläche (4) der Schraubenmutter (5) gebildeten schraubenförmigen Nut (6), mit einer Anzahl von zwischen der Schraube (2) und der Schraubenmutter (5) angeordneten Kugeln (7), die auf einem Pfad rollen, der aus einer schraubenförmigen, von den jeweiligen Abschnitten der beiden schraubenförmigen Nuten (3, 6) gebildeten Bahn (8) und einem Rückführkanal (9) gebildet ist, der sich außerhalb der Schraubenmutter (5) zwischen einander gegenüberliegenden Enden der schrau­ benförmigen Bahn (8) erstreckt, wobei die Schraubenmutter (5) wenigstens ein Paar von im wesentlichen radialen, im Durchmesser jeweils größer als die schraubenförmige Bahn (8) bemessene Bohrungen (10) hat, in die jeweils ein Zap­ fen (11) eingreift, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Zapfen (11) eine mit der schraubenförmigen Bahn (8) in Verbindung stehende Durch­ gangsbohrung (36) aufweist, daß außerhalb der Schrauben­ mutter (5) ein U-förmiges Verbindungsteil (12, 47) zur Ver­ bindung der beiden Zapfen (11) vorhanden ist, daß sich der Rückführkanal (9) längs des U-förmigen Verbindungsteils (12, 47) erstreckt, und daß die beiden Durchgangsbohrungen (36) einander gegenüberliegende Endabschnitte des Rück­ führkanals (9) bilden.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der im wesentlichen radialen Bohrungen (10) einen etwa doppelt so großen Durchmesser wie die schraubenförmige Bahn (8) hat und durch die Schraubenmutter (5) hindurch zur Unterbrechung von einan­ der benachbarten ersten und zweiten Windungen (27, 30) der schraubenförmigen Nut (6) ausgebildet ist, wobei die Durchgangsbohrung (36) eines Zapfens (11) an einer der beiden einander benachbarten Windungen (27, 30) mündet.

3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Windung (27) zwischen der zweiten Windung (30) und der anderen der radialen Bohrun­ gen (10) angeordnet ist, wobei die Durchgangsbohrung (36) an der ersten Windung (27) durch den Zapfen (11) ausgebil­ det ist.

4. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Windung (27) zwischen der zweiten Windung (30) und der anderen der radialen Bohrun­ gen (10) angeordnet ist, wobei die Durchgangsbohrung (36) an der zweiten Windung (30) durch den Zapfen (11) ausge­ bildet ist, und wobei in dem Zapfen (11) zur Aufrechter­ haltung des Verlaufs der ersten Windung (27) ein Nutab­ schnitt (26, 28) ausgebildet ist.

5. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ver­ bindung des Rückführkanals (9) nach außen für das Laden der Kugeln (7) durch die U-förmigen Verbindungsteile (12, 47) hindurch eine Füllbohrung (38) ausgebildet ist, die von einer entfernbaren Abdeckung (Kappe 39) verschlos­ sen ist.

6. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das U- förmige Verbindungsteil (12, 47) von einem durch die Achsen der Zapfen (11) verlaufenden Axialschlitz (17) in zwei identische Körper (18) unterteilt ist, daß jeder Körper (18) eine ebene Fläche (19) längs des Schlitzes (17) hat, und daß die ebenen Flächen (19) zur Verbindung der beiden Körper (18) lösbar mittels erster und zweiter Eingriffs­ mittel (Zapfen 20, Sackloch 21) in Eingriff stehen.

7. Kupplung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie Befe­ stigungsmittel (45, 49) zur Befestigung des U-förmigen Ver­ bindungsteils (12, 47) an der Schraubenmutter (5) aufweist.

8. Kupplung nach Anspruch 5 und 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Befestigungsmittel (45) an der Abdeckung (Kappe 39) angreifen.