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DE3808989C2 - - Google Patents

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Publication number
DE3808989C2
DE3808989C2 DE3808989A DE3808989A DE3808989C2 DE 3808989 C2 DE3808989 C2 DE 3808989C2 DE 3808989 A DE3808989 A DE 3808989A DE 3808989 A DE3808989 A DE 3808989A DE 3808989 C2 DE3808989 C2 DE 3808989C2
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DE
Germany
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ball
spindle
guide assembly
spline sleeve
splines
Prior art date
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DE3808989A
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English (en)
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DE3808989A1 (de
Inventor
Hiroshi Tokio/Tokyo Jp Teramachi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
THK Co Ltd
Original Assignee
Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of DE3808989A1 publication Critical patent/DE3808989A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3808989C2 publication Critical patent/DE3808989C2/de
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    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J18/00—Arms
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Führungsbaugruppe der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art sowie auf eine Führungsvorrichtung unter Verwendung einer derartigen Führungsbaugruppe.
Solche Führungsbaugruppen und Führungsvorrichtungen werden beispielsweise zur Führung der Bewegung von Armen eines Industrieroboters oder dergleichen verwendet, um Bewegungen in Axialrichtung und in Drehrichtungen zu führen.
Es ist bereits eine Führungsbaugruppe der eingangs genannten Art bekannt (CH-PS 4 95 517), bei der die Spindel an einem Ende mit einem Gewindeabschnitt und am anderen Ende mit einem Keilwellenabschnitt versehen ist. Sowohl der Gewindeabschnitt als auch der Keilwellenabschnitt können in Form einer Kugelschraubennut bzw. einer Kugelkeilnut mit Kugeln ausgebildet sein, die mit einer zugehörigen Kugelmutter bzw. Kugelkeilwellenhülse in Eingriff stehen. Die Kugelmutter und die Keilwellenhülse sind über Antriebseinrichtungen in Drehung versetzbar, wobei in Abhängigkeit von den Drehgeschwindigkeiten der beiden Antriebseinrichtungen entweder eine Axialverschiebung der Spindel, eine Drehbewegung der Spindel oder eine kombinierte Axial- und Drehbewegung der Spindel hervorgerufen wird. Da die Kugelkeilnuten und die Kugelschraubennut an getrennten Abschnitten der Spindel angeordnet sind, ergibt sich jedoch bei Anwendung dieser bekannten Führungsbaugruppe zur Erzielung einer größeren Axialbewegung der Spindel eine erhebliche Länge der gesamten Führungsbaugruppe, wobei weiterhin die Steifigkeit bei Anwendungen zur Führung beispielsweise von Armen eines Industrieroboters beeinträchtigt ist.
Es ist weiterhin bereits bekannt (FR-PS 10 43 856), eine in Drehung angetriebene Spindel, die mit Gewinde versehen ist, und in einer Mutter geführt ist, die eine Axialbewegung der Spindel hervorruft, mit einem unrunden Querschnitt zu versehen, um auf die Spindel eine Hülse aufsetzen zu können, die den Drehantrieb der Spindel ermöglicht. Hierbei ist es jedoch nicht möglich, in dem Gewindebereich bzw. der Antriebshülse umlaufende Kugelanordnungen auszubilden, um die Reibung zu verringern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Führungsbaugruppe der eingangs genannten Art sowie eine diese Führungsbaugruppe verwendende Führungsvorrichtung zu schaffen, die bei kompaktem Aufbau und hoher Steifigkeit eine reibungsarme Führung der zusammengesetzten Bewegung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, daß die Kugelschraubennuten und die Kugelkeilnuten sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Spindel erstrecken und einander kreuzen, sind keine getrennten Abschnitte für die Kugelschraubennut und die Kugelkeilnuten erforderlich, so daß bei einer vorgegebenen Länge der Spindel und auch der Führungsbaugruppe ein wesentlich vergrößerter Axialhub der Spindel erreichbar ist. Das zylindrische Halte- oder Käfigteil ermöglicht trotz der sich kreuzenden Kugelschraubennuten und Kugelkeilnuten eine einwandfreie Führung der Kugeln in der Keilwellenhülse, ohne daß die Gefahr besteht, daß die Kugeln teilweise in die Kugelschraubennut eintreten und eine gleichförmige Bewegung der Spindel verhindern.
Die Spindel kann durch Antreiben der Kugelmutter hin- und herbewegt werden oder durch Antreiben der Keilwellenhülse in Drehung versetzt werden. Auf diese Weise kann eine zusammengesetzte Bewegung der Spindel erzielt werden, bei der die Spindel hin- und herbewegt wird, während sie gedreht wird, und zwar dadurch, daß die Antriebseinrichtungen für die Kugelmutter und die Keilwellenhülse gleichzeitig angesteuert werden. Weiterhin kann die Geschwindigkeit, mit der die Spindel hin- und herbewegt wird, durch Einstellen geeigneter Werte der Drehbewegung der Kugelmutter und der Keilwellenhülse mit Hilfe der ersten und zweiten Antriebseinrichtungen geändert werden.
Gemäß einem wesentlichen Merkmal der erfindungsgemäßen Ausführungsformen dient die Spindel sowohl als Keilwelle als auch als Kugelspindel. Hierdurch wird eine Verringerung der Anzahl der Teile bei einer Vorrichtung ermöglicht, die sowohl die Funktion einer Keilwelle als auch die einer Kugelspindel erfordert, so daß der Aufbau der Vorrichtung vereinfacht werden kann. Weil weiterhin die Kugelspindel-Abrollnuten und die Kugel-Keilnut-Abrollnuten in dem gleichen Abschnitt einer Spindel ausgebildet sind, kann die effektive Bewegungsstrecke, das heißt der Führungshub, erreicht werden, ohne daß die Länge der Spindel vergrößert werden muß, so daß die Gesamtgröße und die Abmessungen der Vorrichtung verringert werden können.
Weiterhin besteht ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Ausführungsform darin, daß verschiedene Bewegungsarten der Spindel, das heißt eine Drehbewegung, eine Hin- und Herbewegung und eine aus einer Drehbewegung und einer Linearbewegung zusammengesetzte Bewegung dadurch ermöglicht werden, daß eine der Antriebseinrichtungen zur Drehung der Keilwellenhülse oder der Kugelmutter oder beide gleichzeitig betätigt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen noch näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht wesentlicher Teile einer Ausführungsform der Führungsbaugruppe zur Führung zusammengesetzter Bewegungen,
Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform der Kugel-Keilwellenhülse nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Vorderansicht eines Kugelhalters oder Käfigs für die Keilwellenhülse nach Fig. 2,
Fig. 4 eine Querschnittsansicht des Kugelhalters nach Fig. 3,
Fig. 5 eine vergrößerte Teilschnittansicht einer in dem Kugelhalter nach Fig. 3 gehaltenen Kugel,
Fig. 6 eine Längsschnittansicht einer Ausführungsform einer Führungsvorrichtung zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung,
Fig. 7 und 8 den Aufbau weiterer Ausführungsformen von Führungsvorrichtungen zur Führung zusammengesetzter Bewegungen unter Verwendung der Führungsbaugruppe nach den Fig. 1-5.
In den Fig. 1-5 ist eine Ausführungsform einer Führungsbaugruppe zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung dargestellt. Diese Führungsbaugruppe (1) besteht aus einer Spindel (4) mit Kugelschraubennuten (2) und Kugelkeilnuten (3), die im wesentlichen in der Außenumfangsfläche der Spindel (4) ausgebildet sind, wobei eine Kugelschraubenmutter (6) und eine Kugel-Keilwellenhülse oder ein äußerer Zylinder (7) unter Zwischenfügung einer großen Anzahl von Kugeln (5) auf die Spindel aufgesetzt sind. Die Kugelschraubennuten (2) sind in der Außenumfangsfläche der Spindel schraubenlinienförmig über die gesamte Länge der Spindel mit einer vorgegebenen Steigung ausgebildet. Die Kugelkeilnuten (3) sind geradlinig derart ausgebildet, daß sie die Kugelschraubennut in einem Bereich der Spindel (4) kreuzen, in dem die Schraubennut ausgebildet ist, das heißt bei dieser Ausführungsform über die gesamte Länge der Spindel (4). Die zwei oder mehr (bei der dargestellten Ausführungsform vier) Kugelkeilnuten (3) sind unter gleichen Abständen in Umfangsrichtung der Spindel (4) angeordnet. Bei dieser Ausführungsform ist die Tiefe der Kugelkeilnuten (3) geringer ausgebildet, als die Tiefe der Kugelschraubennuten (2).
Die Kugelschraubenmutter (6) weist eine zylindrische Form auf. Die Kugelschraubenmutter (6) besteht aus einem Kugelmutterkörper (61), in dessen Innenoberfläche Kugelabrollnuten (8) ausgebildet sind, die die gleiche Steigung wie die Kugelschraubennuten (2) aufweisen. Abschlußdeckel (62) sind an den beiden Enden des Kugelmutterkörpers (61) befestigt. Der Kugelmutterkörper (61) weist an zwei Stellen Kugelaustrittsbohrungen (9) auf, die jeweils einen Teil eines Umlaufweges der Kugeln (5) bilden, die zwischen der Kugelmutter (6) und der Spindel (4) eingefügt sind. Jeder Abschlußdeckel (62) ist mit Richtungsänderungsnuten (10) versehen, die dazu dienen, die zwischen den Kugelschraubennuten (2) und den Kugelabrollnuten (8) der Kugelmutter (4) eingefügten Kugeln (5) in die Kugelaustrittsbohrungen (9) austreten zu lassen. Die Kugelschraubennuten (2), Kugelabrollnuten (8), die Kugelrichtungsänderungsnuten (10) und die Kugelaustrittsbohrungen (9) bilden zusammen Kugelumlaufwege, durch die hindurch die Kugeln gleichförmig umlaufen können. Die Kugelabrollnuten (89) für den Kugelmutterkörper (61) sind mit nicht dargestellten Steigungsunterschieden bezüglich den Kugelschraubennuten (2) auf der Spindel (4) ausgebildet, um eine axiale Vorspannung der Kugeln (5) zu erzielen und damit im wesentlichen jedes Axialspiel beim Eingriff zwischen diesen Teilen zu beseitigen.
Der Mittelbereich des Außenumfangs des Kugelmutterkörpers (61) ist mit einem Flansch (63) versehen, der ein Schneckenrad bildet. Die Außenumfangsfläche dieses Flansches ist verzahnt und bildet Zähne (63 a) für den Eingriff mit einer Schneckenspindel.
Die Kugel-Keilwellenhülse (7) weist eine zylindrische Form auf. Die Innenumfangsfläche der Kugel-Keilwellenhülse (7) ist mit Kugelabrollnuten (11) versehen, die derart ausgebildet sind, daß sie den Kugelkeilnuten (3) entsprechen, so daß eine große Anzahl von Kugeln (5) zwischen den Kugelabrollnuten (11) der Keilwellenhülse (7) und den Kugelkeilnuten (3) der Spindel (4) eingefügt werden kann. Ein Halteteil oder ein Käfig (13) zum Führen der Kugeln (5) ist am Innenumfang der Keilwellenhülse (7) vorgesehen.
Wie dies in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist, berühren die belasteten Kugeln (5) die Kugelabrollnuten (11) an zwei Punkten mit einem vorgegebenen Winkel (α) in einer radialen Richtung hiervon und ein Berührwinkel ist bei der bevorzugten Ausführungsform auf ungefähr 45 Grad eingestellt. Im einzelnen ist festzustellen, daß die Kugelkeilnuten (3) und die Kugelabrollnuten (11) beide die Form von kreisförmigen, bogenförmigen Nuten mit jeweils einem bogenförmigen Querschnitt aufweisen. Ein die Krümmungsmittelpunkte der benachbarten Kugelkeilnuten (3, 3) der Spindel (4) verbindender Winkel ist größer oder kleiner als der Winkel gewählt, der die Krümmungsmittelpunkte der Kugelabrollnuten (11, 11) der Keilwellenhülse (11) verbindet, und eine Berührungslinie (Y), die die Berührungspunkte der Kugel (5) mit der Kugelkeilnut (3) und der Kugelabrollnut (11) verbindet, schneidet eine Linie (L), die durch die Mittelachse der Spindel (4) und den Mittelpunkt der Kugel (5) hindurchläuft, unter einem Winkel (α).
Wie dies weiter oben beschrieben wurde, ist der Berührungswinkel der Kugel (5) in Radialrichtung geneigt, so daß die Lasttragfähigkeit bezüglich nicht nur der Belastung in der Radialrichtung sondern auch der Belastung in Drehrichtung vergrößert wird und ein relativ großes Drehmoment bei der ausgeübten radialen Belastung übertragen werden kann.
Insbesondere dann, wenn der Berührungswinkel auf ungefähr 45 Grad eingestellt ist, sind die radiale Lasttragfähigkeit oder Belastbarkeit und die Drehmomentbelastbarkeit in äußerst geeigneter Weise ausgeglichen. Weiterhin kann die Neigung der Kugel (5) in Radialrichtung eine Vorspannung in Winkelrichtung bezüglich der Kugel (5) hervorrufen, so daß im wesentlichen jedes Winkelspiel beseitigt ist. Entsprechend kann die Einstellgenauigkeit in Drehrichtung verbessert werden und weiterhin kann auch das Betriebsansprechverhalten verbessert werden. Die durch ein Winkelspiel hervorgerufenen Geräusche können im Betrieb im wesentlichen beseitigt werden und die Haltbarkeit der Baugruppe wird verbessert.
Das Halteteil (12) weist eine zylindrische Form und eine dünne Wandstärke auf. Das Halteteil (12) weist Schlitze (13) auf, die an Positionen angeordnet sind, an denen sie auf die Kugelabrollnuten (11) gerichtet sind, um belastete Kugeln zu führen. Die äußere Umfangsoberfläche des Halteteils (12) ist mit Kugelaustrittsnuten (14) versehen, die jeweils einen Teil eines Kugelumlaufweges bilden. Das jeweilige Ende jedes der Schlitze (13) ist mit einer Kugelabroll-Richtungsänderungsnut (15) versehen, durch die die Lastkugel (5), die entlang des Schlitzes (13) geführt wurde, in die entsprechende Kugelaustrittsnut (14) überführt wird, die in der äußeren Umfangsoberfläche des Halteteils (12) angeordnet ist. Die die Kugelrollrichtung ändernde Nut (15) weist eine U-Form auf. Das Ende jedes der Schlitze (13) ist verjüngt, um eine Abhebeoberfläche (15 a) zu bilden, mit deren Hilfe die Richtung der Kugeln, die entlang des Schlitzes (13) ankommen, gleichförmig geändert wird.
Der Mittelbereich des Außenumfangs der Keilwellenhülse (7) ist mit einem Flansch (71) versehen, der in einer derartigen Weise geformt ist, daß er in Radialrichtung nach außen hin vorspringt, wie dies auch bei der Kugelmutter (6) der Fall ist. Die Außenumfangsoberfläche des Flansches (71) ist verzahnt, um Zähne (71) zu bilden.
Bei der in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildeten Führungsbaugruppe für eine zusammengesetzte Bewegung dienen die Kugelmutter (6) und die Spindel (4) zusammen zur Umwandlung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung. Andererseits bewirken die Kugel-Keilwellenhülse (7) und die Spindel (4) zusammen die Führung einer Linearbewegung. Die zwischen der Kugel-Keilwellenhülse (7) und der Spindel (4) eingefügten Kugeln (5) werden durch das Halteteil (12) geführt.
Die Kugeln (5) werden in dem Lastabschnitt zwischen der Keilwellenhülse (7) und der Spindel (4) derart gehalten, daß sie sich frei sowohl in Drehrichtung als auch in Axialrichtung der Spindel (4) bewegen können. An den Schnittpunkten der Kugelschraubennut (2) und der Kugelkeilnuten (3) wird der Eingriff zwischen den Kugeln (5), der Keilwellenhülse (7) und der Spindel (4) aufgehoben. Dennoch werden sie in Drehrichtung der Spindel (4) durch das Halteteil (12) geführt, so daß die Kugeln weiter entlang der Abrolloberfläche der Kugelkeilnuten (3) rollen.
Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform einer Führungsvorrichtung zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung. Bei dieser Ausführungsform wird die Führungsbaugruppe (1) zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung, wie sie anhand der Fig. 1-5 beschrieben wurde, von einem Gehäuse (20) gehaltert, das als Halterungsteil dient. Das Gehäuse (20) ist mit einer Bohrung (21) versehen, durch die hindurch die Spindel (4) eingesetzt ist. Sowohl die Kugelmutter (6) als auch die Kugel-Keilwellenhülse (7) sind drehbar am Innenumfang der Bohrung (21) über Lager (22, 23, 24 und 25) gelagert. Die Kugelmutter (6) und die Kugel-Keilwellenhülse (7) sind so nah wie möglich in Axialrichtung der Spindel aneinander angeordnet, damit die Abmessungen der Vorrichtung verringert werden können. Der Innenumfang der Bohrung (21) in dem Gehäuse (20) ist mit kreisringförmigen Ausnehmungen (26 und 27) versehen, die die Flansche (63 und 71) aufnehmen, die vom Außenumfang der Kugelmutter (6) bzw. der Keilwellenhülse (7) vorspringen. Schneckenspindeln (28 und 29), die mit den Zähnen (63 a bzw. 71 a) auf den Flanschen (61 bzw. 71) der Kugelmutter (6) bzw. der Kugelwellenhülse (7) in Eingriff stehen, sind in den oberen Teilen der Ausnehmungen (26 und 27) untergebracht. Die Schneckenspindeln (28 und 29) sind unter einem rechten Winkel zur Spindel (4) angeordnet und sind über Spindeln (28 a und 29 a) mit (nicht gezeigten) Motoren gekoppelt. Die Motoren und die Schneckenspindeln (28 und 29) bilden zusammen eine Antriebseinrichtung.
Die Kugelmutter (6) ist in dem Gehäuse (20) über zwei Lager (22 und 23) gelagert, die an den beiden Enden des Außenumfanges des Kugelmutterkörpers (61) in Axialrichtung angeordnet sind. Die Lager (22 und 23) sind Stirnlager mit Winkelberührung oder Schulter- oder Schrägkugellager. Die inneren Laufringe der Lager (22 und 23) stehen mit Schultern (61 a) in Eingriff, die an den beiden Enden des Außenumfanges des Kugelmutterkörpers (61) ausgebildet sind, während die äußeren Laufringe der Lager (22 und 23) auf den Innenumfang der Bohrung (21) des Gehäuses (20) aufgepaßt sind. Ähnlich wie die Kugelmutter (6) ist auch die Kugel-Keilwellenhülse (7) an dem Gehäuse (20) über die beiden Lager (24 und 25) gelagert, die vom Stirnflächenkontakttyp mit Winkelberührung oder vom Schräg- oder Schulterkugellagertyp sind. Der Außenumfang der Kugel-Keilwellenhülse (7) ist mit Schultern (71 b) versehen, auf die die Lager (24 und 25) aufgepaßt sind. Der Innenumfang der Bohrung (21) des Gehäuses (20) ist mit einem Vorsprung (30) versehen, der die Lager (23 und 24) in ihrer Lage festlegt, um die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse (7) an ihren Innenseiten zu lagern. Dies bewirkt, daß die Lager (23 und 24) in Axialrichtung gegen die beiden Enden des Vorsprunges (30) anliegen, so daß die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse (7) voneinander durch einen festen Abstand getrennt sind.
Eine Befestigungsmutter (31) ist an jedem Ende des Innenumfanges der Bohrung (21) durch Schrauben befestigt. Die Befestigungsmuttern (31) sind jeweils mit einem sehr engen Spalt zwischen ihrer Innenumfangsfläche und der Außenumfangsoberfläche der Spindel (4) ausgebildet, so daß das Eindringen von Staub in die Bohrung (21) des Gehäuses (20) verhindert wird. Die am Außendurchmesser gelegene Seitenkante jeder Befestigungsmutter (31) ist mit einem kreisringförmigen Vorsprung (31 a) versehen, der gegen den äußeren Laufring des Lagers (22) bzw. (25) anliegt, das mit der Kugelmutter (6) oder der Kugel-Keilwellenhülse (7) verbunden ist und auf der Seite des offenen Endes der Bohrung (21) angeordnet ist. Die Vorsprünge (31 a) dienen zum Anziehen der Befestigungsmuttern (31) in der Bohrung des Gehäuses (20), so daß die Kugelmutter (6) und die Kugel-Keilwellenhülse (7) über die Lager (22 und 25) nach innen gedrückt werden, um eine Vorspannung auf die Kugeln in den Lagern (22 und 25) auszuüben, wenn die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse einander angenähert werden.
Bei der in dieser Weise ausgebildeten Führungsvorrichtung kann die Spindel gedreht werden, sie kann hin- und zurückbewegt werden, und sie kann gleichzeitig gedreht und hin- und herbewegt werden, und zwar dadurch, daß entweder die Schneckenspindel (28) zum Antrieb der Kugelmutter (6) oder die Schneckenspindel (29) zum Antrieb der Kugel-Keilwellenhülse (7) oder beide gleichzeitig betätigt werden.
Die Tabellen 1-3 zeigen die verschiedenen Bewegungen der Spindel (4), die erzielt werden, wenn die Antriebsrichtung und die Drehgeschwindigkeit der Kugelmutter (6) und der Kugel-Keilwellenhülse (7) in verschiedener Weise kombiniert werden.
Die Beziehung zwischen der Gewindeschneidrichtung der Kugelschraubennuten (2) und der Drehrichtung der Kugelmutter (6) ist derart ausgebildet, daß die Spindel (4) nach oben bewegt wird, wenn die Kugelmutter (6) im Uhrzeigersinn gedreht wird, während die Spindel (4) nach unten bewegt wird, wenn die Kugelmutter (6) im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. Daher wird, wenn die Kugel-Keilwellenhülse (7) im Uhrzeigersinn gedreht wird, während die Kugelmutter (6) festgehalten wird, die Spindel (4) im Uhrzeigersinn gedreht, das heißt im Gegenuhrzeigersinn bezüglich der Kugelmutter (6), wodurch die Spindel (4) nach unten bewegt wird. Wenn andererseits die Keilwellenhülse (7) im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, so wird die Spindel nach oben bewegt.
Die Tabelle 1 zeigt verschiedene Bewegungen der Spindel (4), die erzielt werden, wenn die Kugelmutter (6) im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn bei verschiedenen Drehgeschwindigkeiten bezüglich der Keilwellenhülse (7) gedreht wird, während diese Keilwellenhülse (7) im Uhrzeigersinn gedreht wird.
Im einzelnen bewegt sich, wenn die Kugelmutter (6) im Uhrzeigersinn in der gleichen Richtung wie die Keilwellenhülse (7), jedoch mit einer niedrigeren Drehgeschwindigkeit als diese Keilwellenhülse (7) gedreht wird, die Spindel (4) nach unten, während sie im Uhrzeigersinn gedreht wird. Wenn die Kugelmutter mit der gleichen Drehgeschwindigkeit wie die Keilwellenhülse (7) gedreht wird, so dreht sich die Spindel (4), bewegt sich jedoch nicht nach oben oder nach unten. Wenn die Kugelmutter mit einer Drehgeschwindigkeit gedreht wird, die höher als die der Keilwellenhülse (7) ist, so bewegt sich die Spindel (4) nach oben, während sie im Uhrzeigersinn gedreht wird.
Wenn andererseits die Kugelmutter (6) im Gegenuhrzeigersinn in einer Richtung entgegengesetzt zu der gedreht wird, in der die Keilwellenhülse (7) gedreht wird, so bewegt sich die Spindel (4) mit einer höheren Geschwindigkeit nach unten, während sie im Uhrzeigersinn gedreht wird, und zwar selbst dann, wenn die Kugelmutter (6) mit einer höheren oder niedrigeren Drehgeschwindigkeit gedreht wird als die Keilwellenhülse (7).
Wenn schließlich die Bewegung der Kugelmutter (6) gestoppt wird, während die Keilwellenhülse (7) im Uhrzeigersinn gedreht wird, so bewegt sich die Spindel (4) nach unten, während sie im Uhrzeigersinn rotiert.
Die Tabelle 2 zeigt verschiedene Bewegungen der Spindel (4), die erzielt werden, wenn sich die Kugelmutter (6) im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn mit verschiedenen Drehgeschwindigkeiten bezüglich der Keilwellenhülse (7) dreht, während diese Keilwellenhülse (7) im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird. In diesem Fall bewegt sich, wenn die Kugelmutter (6) im Uhrzeigersinn gedreht wird, die Spindel (4) mit hoher Geschwindigkeit nach oben, während sie im Gegenuhrzeigersinn rotiert, und zwar unabhängig von der Drehgeschwindigkeit der Kugelmutter (6) bezüglich der Drehgeschwindigkeit der Keilwellenhülse (7). Andererseits wird, wenn die Kugelmutter (6) im Gegenuhrzeigersinn in der gleichen Richtung wie die Keilwellenhülse (7) gedreht wird, die Spindel nach oben oder nach unten bewegt oder gestoppt, und zwar in Abhängigkeit von irgendeinem Unterschied der Drehgeschwindigkeiten, mit denen die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse (7) gedreht werden.
Die Tabelle 3 zeigt verschiedene Bewegungen der Spindel (4), die erzielt werden, wenn die Kugelmutter (6) im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, während die Bewegung der Keilwellenhülse (7) gestoppt ist. In diesem Fall bewegt sich die Spindel nach oben oder nach unten, wie im Fall einer normalen Kugelmutter.
Zusätzlich ist es möglich, die Spindel (4) nach oben oder nach unten mit einer sehr geringen oder großen Vorschubgeschwindigkeit zu bewegen.
Schließlich sind die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse (7) in das gemeinsame Gehäuse (20) eingefügt und mit diesem zusammengebaut, und eine Vorspannung wird auf diese Lager (22, 23 bzw. 24, 25) ausgeübt, die die Kugelmutter (6) bzw. die Keilwellenhülse (7) lagern, um deren Steifigkeit zu verbessern, so daß die Momentenbelastung besonders wirkungsvoll aufgenommen werden kann. Die in die Kugelmutter (6), die Keilwellenhülse (7) und die Lager (22-25) eingesetzten Kugeln sind alle einer Vorbelastung oder Vorspannung ausgesetzt, um ihre Tragsteifigkeit zu verbessern, so daß das Axialspiel und das Spiel in Drehrichtung dieser Bauteile oder Baugruppen im wesentlichen beseitigt werden kann, wodurch die Einstellgenauigkeit und das Ansprechverhalten im Betrieb verbessert wird. Die Verbesserung der Steifigkeit kann wirkungsvoll örtliche Abnutzungen oder Brüche der Kugeln verhindern, die durch das vorstehend genannte Spiel hervorgerufen werden könnten, wodurch die Lebensdauer verbessert wird.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Fig. 7 zeigt in schematischer Weise eine weitere Ausführungsform einer Bewegungs-Führungsvorrichtung, die die Führungsbaugruppe zur Führung der zusammengesetzten Bewegung nach den Fig. 1-5 verwendet. Gleiche Bezugsziffern sind für Teile verwendet, die denen der Führungsbaugruppe nach Fig. 1 entsprechen, wobei auf eine Beschreibung dieser Teile verzichtet werden kann. Bei dieser Ausführungsform der Vorrichtung ist die Kugelmutter (5) mit Hilfe eines Keils (40) festgelegt, und lediglich die Keilwellenhülse (7) ist drehbar. Die Keilwellenhülse (7) wird durch einen Motor (M 1) über Zahnräder (41) angetrieben, die mit der Keilwellenhülse (7) gekoppelt sind. Wenn daher die Keilwellenhülse (7) gedreht wird, so wird die Spindel (4) über die Kugelkeilnuten (3) gedreht. Eine Bewegung der Spindel (4) gegenüber der durch den Keil festgelegten Kugelmutter (6) bewirkt eine Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der Spindel. Die Bezugsziffern (72) bezeichnen Lager zur Lagerung der Keilwellenhülsen (7) auf einem (nicht gezeigten) Halterungsteil.
Fig. 8 zeigt in schematischer Weise eine weitere Ausführungsform einer Führungsvorrichtung für eine zusammengesetzte Bewegung, die wiederum eine Ausführungsform der Führungsbaugruppe nach den Fig. 1-5 verwendet. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen Teile, die denen der Führungsbaugruppe nach Fig. 1 entsprechen, wobei die Beschreibung dieser Teile wieder fortgelassen ist. Bei dieser Ausführungsform der Führungsvorrichtung ist die Keilwellenhülse (7) mit Hilfe eines Keils (43) festgelegt, während die Kugelmutter (6) über Zahnräder (44) mit einem Motor (M 2) gekoppelt ist, mit dessen Hilfe die Kugelmutter so angetrieben wird, daß die Spindel (4) ohne jede Drehung nach oben oder nach unten bewegt wird.

Claims (8)

1. Führungsbaugruppe zur Führung einer zusammengesetzten Bewegung mit einer Spindel mit in einer Außenumfangsfläche der Spindel ausgebildeten schraubenlinienförmigen Kugelschraubennuten und sich in Axialrichtung erstreckenden Kugelkeilnuten, mit einer auf der Spindel angeordneten Kugelmutter, die mit den Kugelschraubennuten über Kugeln in Eingriff steht, mit einer auf der Spindel angeordneten Keilwellenhülse, die mit den Kugelkeilnuten über Kugeln in Eingriff steht, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kugelschraubennuten (2) und die Kugelkeilnuten (3) jeweils über im wesentlichen die gesamte Länge der Spindel (4) erstrecken und einander kreuzen, und daß in der Bohrung der Keilwellenhülse (7) ein dünnwandiges zylindrisches Halte- oder Käfigteil (12) zum Führen und Festhalten der Kugeln (5) in den Kugelkeilnuten (3) angeordnet ist.
2. Führungsbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kugel (5) an zwei Berührungspunkten des Querschnittes mit den jeweiligen Kugelkeilnuten (3) und Kugelabrollnuten (11) der Keilwellenhülse (7) mit einem vorgegebenen Berührungswinkel in Berührung steht.
3. Führungsbaugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungswinkel auf ungefähr 45° eingestellt ist.
4. Führungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halte- oder Käfigteil (12) mit Schlitzen (13) versehen ist, die an derartigen Stellen angeordnet sind, daß sie auf die Kugelabrollnuten (11) zur Führung belasteter Kugeln gerichtet sind.
5. Führungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Halte- oder Käfigteil (12) mit Kugelauslaßnuten (15) versehen ist, die jeweils einen Teil einer Kugelumlaufbahn bilden.
6. Führungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Kugelkeilnuten (3) kleiner als die Tiefe der Kugelschraubennuten (2) ist.
7. Führungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelabstand der Krümmungsmittelpunkte der Kugelkeilnuten (3) auf der Spindel (4) von dem Winkelabstand der Krümmungsmittelpunkte der Kugelabrollnuten (11) der Keilwellenhülse (7) abweicht.
8. Führungsvorrichtung unter Verwendung einer Führungsbaugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (20) vorgesehen ist, in dem die Kugelmutter (6) und die Keilwellenhülse (7) drehbar gelagert sind, daß erste Antriebseinrichtungen zur Drehung der Kugelmutter (6) und zweite Antriebseinrichtungen zur Drehung der Keilwellenhülse (7) vorgesehen sind.
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