DE10101262B4

DE10101262B4 - Linearführungslagervorrichtung

Info

Publication number: DE10101262B4
Application number: DE10101262.4A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kasuga; Ryoichi Sato; Hiroki Yamaguchi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2001-01-12
Publication date: 2014-09-25
Anticipated expiration: 2021-01-13
Also published as: US20050196081A1; US20010008568A1; US6890103B2; DE10101262A1; JP4051845B2; US6663285B2; JP2001193739A; US20040047525A1; US7014364B2

Abstract

Linearführungslagervorrichtung, welche aufweist: ein Führungselement (5; 9) mit einer gekrümmten Umlaufbahn (8), die definiert ist durch innere und äußere gekrümmte Flächen (8a, 8b); mehrere Kugeln (K), die sich längs der gekrümmten Umlaufbahn (8) des Führungselements (5; 9) bewegen; und einen Separator (T), der zwischen benachbarten Kugeln (K) eingesetzt ist, so daß eine Axiallinie (L) des Separators (T) zu einer Geraden, die die Mittelpunkte (O) benachbarter Kugeln (K) verbindet, parallel ist oder mit dieser zusammenfällt, wobei der Separator (T) an seinen beiden axialen Enden konkave Flächen (W) aufweist, die jeweils wenigstens teilweise Kugeloberflächen der benachbarten Kugeln (K) berühren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (Lφd) des Separators (T) größer ist als ein maximaler Außendurchmesser (Lφ), bei dem die Kugeln (K) unter der Bedingung, dass die Kugeln (K) in der Umlaufbahn kein Spiel haben, abrollen, während diese mit sowohl der inneren als auch der äußeren gekrümmten Fläche (8a, 8b) der gekrümmten Umlaufbahn (8) in Kontakt sind, die innere gekrümmte Fläche (8b) eine konstante Krümmung aufweist, und die gekrümmte Umlaufbahn (8) aus der Umlaufbahn unter der Bedingung ohne Spiel durch Reduktion des Krümmungsradius (Lrd) der inneren gekrümmten Fläche (8b) hervorgeht, so daß diese nicht den Separator (T) berührt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Linearführungslagervorrichtung, die das Abrollen von Kugeln nutzt, und insbesondere auf eine Verbesserung einer Linearführungslagervorrichtung, bei der Separatoren zwischen den Kugeln eingesetzt sind.
Die DE 33 24 840 A1 offenbart ein Wälzkörperumlauflager, in dem zwischen als Rollen ausgebildeten Wälzkörpern Trennkörper mit konkaven Rollenführungsflächen umlaufen.
Die US 5,248,202 A offenbart einen Linearführungstisch, wobei ein auf einer Schiene beweglicher Schlitten aus mehreren Blöcken zusammengesetzt ist. Hier wird zum Erreichen der linearen Verschiebbarkeit des Schlittens eine Lagerung über in einer Umlaufbahn umlaufende Kugeln genutzt. Zwischen den Kugeln sind hier keine Separatoren vorgesehen.
Eine weitere Linearführungseinrichtung mit umlaufenden Kugeln ist in der US 5,927,858 A offenbart. Bei einer in dem Schlitten vorhandenen Umlenkführung für die umlaufenden Kugeln weist hier eine die Umlaufbahn an der Stelle der Umlenkführung zumindest teilweise definierende innere Fläche derselben eine relativ komplizierte Form auf. Um Abnutzungserscheinungen in der Umlaufbahn vorzubeugen, sind zwischen den umlaufenden Kugeln Separatoren verschiedener Dicken vorgesehen.
Als eine Linearführungslagervorrichtung des Standes der Technik, die das Abrollen von Kugeln nutzt, gibt es z. B., wie in 7 gezeigt, eine Linearführungsvorrichtung, die mit einer in Axialrichtung verlaufenden Führungsschiene 1 und einem darauf beweglich kreuzenden Schlitten 2 ausgestattet ist. Die Führungsschiene 1 ist an beiden Seiten mit Kugellaufrillen 3 versehen, die jeweils in Axialrichtung verlaufen. Wie in 8 gezeigt, die eine Querschnittsansicht ist, ist andererseits ein Hauptkörper 2A eines Schlittens mit Kugellaufrillen 6 an der Innenseite der beiden Flügel 4 versehen, die den Kugellaufrillen 3 gegenüberliegen.
Beide gegenüberliegenden Kugellaufrillen 3, 6 bilden eine Lastkugellaufbahn A, wobei Kugeln K, die mehrere Stahlkugeln umfassen, in diesen rollen, während sie eine Last tragen, so daß der Schlitten 2 sich auf der Führungsschiene 1 in Axialrichtung bewegt. Dieser Bewegung folgend bewegt sich die Kugel K, die zwischen der Führungsschiene 1 und dem Schlitten 2 eingesetzt ist, zu einem Endabschnitt des Hauptkörpers 2A des Schlittens 2, wobei die Kugeln K endlos umlaufen müssen, um den Schlitten in Axialrichtung kontinuierlich zu bewegen.
Es ist daher eine lineare Durchgangsbohrung 7 als Kugelrücklaufbahn ausgebildet, die die Flügel 4 des Schlittenhauptkörpers 2A axial durchdringt, wobei gleichzeitig sowohl am vorderen als auch am hinteren Ende des Schlittenhauptkörpers 2A Endkappen 5 vorhanden sind, in denen eine Kugelumlaufbahn 8 ausgebildet ist, die halb-toroid-förmig gekrümmt ist, um die Belastungskugel-Laufbahn A der beiden Kugellaufrillen 3 und 6 mit der Kugelrücklaufbahn 7 zu verbinden, um somit eine endlose Kugelumlaufbahn zu bilden. Die Kugelumlaufbahn B umfaßt eine äußere Führungsfläche 8a und eine innere Führungsfläche 8b. Die äußere Führungsfläche 8a ist eine Halbbogen-Rille, die im inneren Ende der Endkappe 5 ausgebildet ist, welche ein äußeres Führungselement ist. Die innere Führungsfläche 8b ist ein Außenumfang eines halbzylindrisch geformten inneren Führungselements 9 (auch als Rückkehrführung bezeichnet), die an der Stirnfläche des Schlittenhauptkörpers 2a befestigt ist.
Obwohl in 8 nicht gezeigt, gibt es auch einen Fall, in dem der Separator T (auch als Halteelement bezeichnet), wie in 9 gezeigt, zwischen die benachbarten Kugeln K und K in der endlosen Umlaufbahn eingesetzt ist. Der Anmelder hat eine Linearführungsvorrichtung erfunden zum Verbessern der Betriebsfähigkeit durch Spezifizieren der Größen und Formen des Separators T ( JP 2000 30 40 46 A ). Das heißt, wie in 9 gezeigt ist, daß der Separator T im wesentlichen an einem Außenumfang Q zylindrisch ist und konkave Abschnitte W an beiden Seiten für die Berührung mit den Kugeln K aufweist. Unter der Bedingung, daß die Kugeln K die konkaven Flächen W berühren, fällt eine Axiallinie L des Separators mit einer Geraden zusammen, die die Mittelpunkte O und O der benachbarten Kugeln K und K verbindet, während der Krümmungsradius des konkaven Flächenteils W, der die Kugel K berührt, etwa gleich dem Radius der Kugel K ist.
Der Separator T bewirkt eine Unterdrückung des Zickzack-Phänomens der Kugel, um die Betriebsfähigkeit zu verbessern, und unterdrückt Geräusche, um die Geräuscheigenschaften, zu verbessern. Je größer der Haltespielraum der Kugel, d. h. je größer der Außendurchmesser L⌀ des Separators T, desto größer sind die Auswirkungen, wobei ein maximaler Außendurchmesser begrenzt ist auf Größen, die mit dem inneren Führungselement 9 überlappen (eine gegenseitige Störung hervorrufen). 9 zeigt einen Zustand, in dem die Kugel K rollt, während sie sowohl die äußere Führungsfläche 8a als auch die innere Führungsfläche 8b der Kugelumlaufbahn 8 berührt, d. h. einen Zustand ”ohne Raum und ohne Spiel”. Der maximale Wert L⌀ der Außenabmessung des Separators T kann durch folgende Formel (1) auf der Grundlage eines Theorems des dreidimensionalen Quadrats ausgedrückt werden. L⌀ = 2{(L_R – Da/2)² – (L_SP/2)²}^1/2 – 2L_r (1) wobei

L⌀:: maximaler Außendurchmesser, wenn der Separator T kein Spiel hat
Da:: Kugeldurchmesser
L_SP:: Spanne zwischen den Kugeln
L_R:: Radius der äußeren Führungsfläche 8a
L_r:: Radius der inneren Führungsfläche 8b.

Unter der Bedingung ”kein Raum und kein Spiel” der Kugeln K in bezug auf die inneren und äußeren Führungsflächen 8a, 8b der Kugelumlaufbahn 8, da die Kugeln nicht immer gleichmäßig abrollen, wenn die zulässige Abmessungsgenauigkeit bei der Herstellung berücksichtigt wird, ist es üblich, ein Spiel von etwa 10% des Kugeldurchmessers zwischen der Kugel K und der Kugelumlaufbahn 8 vorzusehen, unabhängig vom Vorhandensein oder Fehlen des Separators T.
10 zeigt einen Fall einer allgemeinen Kugelumlaufbahn 8, die etwas Spiel beim Abrollen der Kugel K bietet, wobei der maximale Außendurchmesser L⌀_max des Separators T zu diesem Zeitpunkt ausgedrückt wird durch die folgende Formel (2), und größer gemacht werden kann als der maximale Außendurchmesser L ohne Vorsehen des Spiels. L⌀_max – 2{(L_R – Da/2)² – (L_SP/2)²}^1/2 – 2(L_r – Da – Ld) (2) wobei

L⌀_max:: maximaler Außendurchmesser des Separators T (mit etwas Spiel)
L⌀:: maximaler Außendurchmesser, wenn der Separator T kein Spiel hat
Da:: Kugeldurchmesser
L_SP:: Spanne zwischen den Kugeln
L_R:: Radius der äußeren Führungsfläche 8a
L_r:: Radius der inneren Führungsfläche 8b.
L_d:: Maß des ”Spiels”

Der Separator T, der den maximalen Außendurchmesser L⌀_max aufweist unter der Bedingung ”mit Spiel” (10) der Linearführungslagervorrichtung, die in JP 2000 304046 A gezeigt ist, weist jedoch das Problem auf, daß der Außendurchmesser des Separators T so groß wie möglich gemacht ist, um die Kugelhaltewirkung zu verbessern durch Vergrößern des Haltespielraums, wobei jedoch eine Überlappung (gegenseitige Störung) mit dem Schlittenhauptkörper 2A erzeugt wird, so daß es schwierig ist, eine Verbesserungswirkung mit ausreichender Betriebsfähigkeit zu schaffen. Kurz, wie in 10 gezeigt ist, ist vorzugsweise ein geringes Spiel zwischen der Kugel K und dem inneren Führungselement 9 in der Kugelumlaufbahn 8 vorhanden, während im Gegensatz hierzu die Kugel K kein Spiel in der Lastkugellaufbahn A aufweisen muß. Somit kann ein Eckabschnitt C, der an einer Kante in der Lastkugellaufbahn A des Schlittenhauptkörpers 2A vorhanden ist, der mit dem inneren Führungselement 9 (Rücklaufführung) in der Kugelumlaufbahn 8 ausgestattet ist, jedoch zwangsläufig ein wenig in Richtung zur Belastungskugel-Laufbahn A hervorstehen. Dieser vorstehende Eckabschnitt C überlappt mit dem Separator T.
Die obenerwähnte Patentanmeldung zeigt, daß es effektiv ist, den maximalen Außendurchmesser L⌀_max des Separators T innerhalb des Bereiches von 60 bis 80% des Kugeldurchmessers Da festzulegen. Wenn jedoch ein möglichst großer Separator T verwendet wird, was einem Außendurchmesser von etwa 70 bis 80% nahe der Obergrenze entspricht, um die Überlappung zu vermeiden, ist die innere Führungsfläche 8b des inneren Führungselements 9 als zusammengesetzte Kurve ausgeführt, die mehrere Kurven mit unterschiedlichen Zentren und Krümmungsradien umfaßt, also kein einfacher Halbkreis, so daß das innere Führungselement 9 eine sehr komplizierte Form aufweist, was die Kosten erhöht.
Die Erfinder haben die ungelösten Probleme des Standes der Technik erkannt, Untersuchungen angestellt und festgestellt, daß selbst dann, wenn das Spiel zwischen der Kugel und dem inneren Führungselement in der Kugelumlaufbahn bis zu einem gewissen Grad größer wird, eine Wirkung zur Verbesserung der Kugelhaltefunktion durch Vergrößern des Außendurchmessers des Separators T einen Einfluß durch das Spiel übersteigt, wobei als Ergebnis die Betriebsfähigkeit der Linearführungsvorrichtung verbessert wird, und haben diese Erfindung geschaffen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine wirtschaftlichere Linearführungslagervorrichtung zu schaffen, bei der bei Verwendung eines Separators T mit einem möglichst großen Außendurchmesser dieser Separator daran gehindert werden kann, mit einer Kugelumlaufbahn oder einem Schlittenhauptkörper zu überlappen, was ermöglicht, die Betriebsfähigkeit, die Geräuscheigenschaften und die Haltbarkeit zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Linearführungslagervorrichtung nach einem der unabhängigen Ansprüche 1 bis 4. Die abhängigen Ansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen gerichtet.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnung Bezug nimmt; es zeigen:
1A, 1B Querschnittsansichten gekrümmter Laufbahnabschnitte, die eine erste Ausführungsform der Linearführungslagervorrichtung der Erfindung zeigen;
2A–2E erläuternde Ansichten von Änderungen der Reibungskraft zum Bewerten der Betriebsfähigkeit des Separators für jede der Außenabmessungen in Bezug auf den Kugeldurchmesser;
3 eine erläuternde Ansicht zur Bewertung der Außenabmessungen der Separatoren in Bezug auf den Kugeldurchmesser;
4 eine Querschnittsansicht des gekrümmten Laufbahnabschnitts, die die zweite Ausführungsform der Linearführungsvorrichtung der Erfindung zeigt;
5 eine Querschnittsansicht des gekrümmten Laufbahnabschnitts, die die dritte Ausführungsform der Linearführungsvorrichtung der Erfindung zeigt;
6 eine Querschnittsansicht des gekrümmten Laufbahnabschnitts, die die vierte Ausführungsform der Linearführungsvorrichtung der Erfindung zeigt;
7 die bereits erwähnte perspektivische Ansicht einer Außenansicht, die eine Ausführungsform der Linearführungslagervorrichtung des Standes der Technik zeigt;
8 die bereits erwähnte Querschnittsansicht in Axialrichtung, die den gekrümmten Laufbahnabschnitt der Linearführungslagervorrichtung der 7 zeigt;
9 die bereits erwähnte Querschnittsansicht des gekrümmten Laufbahnabschnitts, die den maximalen Außendurchmesser des Separators unter der Bedingung ”kein Raum und kein Spiel” zeigt; und
10 die bereits erwähnte Querschnittsansicht des gekrümmten Laufbahnabschnitts, die den maximalen Außendurchmesser des Separators mit Zwischenräumen zeigt.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Denjenigen Teilen, die denen des Standes der Technik entsprechen, werden die gleichen Bezugszeichen verliehen, um eine Wiederholung der Erläuterung zu verhindern.
1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Linearführungslagervorrichtung der Erfindung und ist eine Querschnittsansicht eines Teils einer gekrümmten Kugelumlaufbahn 8, die aus einem äußeren Führungselement 5, das als Endkappe bezeichnet wird, und einem inneren Führungselement 9, das als Rückkehrführung bezeichnet wird, besteht.
In dieser Ausführungsform sind Separatoren T mit einer Vollzylinderform zwischen benachbarte Kugeln K eingesetzt, derart, daß eine Axiallinie L des Separators T mit einer Geraden zusammenfällt, die die Mittelpunkte O der benachbarten Kugeln K verbindet. Der Separator T besitzt konkave Flächen W an beiden Enden in Axialrichtung, deren Krümmungsradius im wesentlichen gleich dem Krümmungsradius der Kugel K ist. Es ist jedoch ausreichend, daß die konkave Fläche des Separators T die Kugelfläche der Kugel K wenigstens in der Umgebung ihrer Außenumfangsabschnitte berührt. Ein Hauptkörper des Separators T ist nicht unbedingt in Form eines Vollzylinders (Säule) ausgebildet, sondern kann ein Hohlzylinder oder kugelförmig sein. Was notwendig ist, ist, daß der Separator T leicht die Kugel K fangen kann und ein Haltespielraum vergrößert sein kann. Aus dem obenerwähnten Blickwinkel ist es vorteilhafter, wenn der Separator T am Außenumfang in Form eines Vollzylinders statt einer Kugel ausgebildet ist, und daß der Separator eine Form aufweist, bei der die konkave Fläche und die Kugel K einander an weiter außenliegenden Umfangsabschnitten der konkaven Flachen W an beiden Enden berühren.
In der Kugelumlaufbahn 8, in der die Kugel K ohne Belastung rotiert, wie oben erwähnt worden ist, ist die Kugel im allgemeinen mit einem gewissen Freiraum für eine g1eichmäßige Zirkulation der Kugel und Abmessungsgenauigkeitstoleranzen versehen, wobei jedoch beim Abrollen der Kugel ein Spiel hervorgerufen wird, das die Betriebsfähigkeit und die Geräuscheigenschaften beeinträchtigt. Bezüglich der negativen Auswirkungen, daß das Kugelspiel in der Kugelumlaufbahn groß wird, kompensiert die Erfindung dies durch Erhöhung des Außendurchmessers des Separators T, so daß eine größere Wirkung erzielt wird, wodurch eine Kugelhaltefunktion verbessert wird, um somit die Betriebsfähigkeit der Linearführungsvorrichtung zu verbessern.
Als eine Maßnahme zum Erhöhen des Außendurchmessers des Separators T auf ein möglichst großes Maß, ohne mit der Rückkehrführung 9 zu überlappen, die das innere Führungselement ist, reduziert die vorliegende Ausführungsform den Krümmungsradius Lrd der Rückkehrführung 9, statt den Krümmungsradius Lr im Fall ohne Spiel (in 1 mit einer gestrichelten Linie gezeigt). Der Außendurchmesser L⌀d des Separators T kann somit größer gemacht werden als der Außendurchmesser L zu dem Zeitpunkt ohne Spiel, der mit einer gestrichelten Linie gezeigt ist, und kann erweitert werden bis zu einem maximalen Augendurchmesser L⌀d_max. Durch Erhöhen des Außendurchmessers des Separators T ist es möglich, eine positive Wirkung zu erzielen, die die negative Wirkung der Erhöhung des Spielmaßes Ldd übersteigt, die hervorgerufen wird durch Verringern des Krümmungsradius der Rückkehrführung 9.
Obwohl die Überlappung mit dem Separator T vermieden werden kann durch Reduzieren des Krümmungsradius Lr der Rückkehrführung 9, in Abhängigkeit von den Größen in einem Zwischenraum zwischen dem Außendurchmesser L⌀d des Separators T und dem Krümmungsradius Lrd der Rückkehrführung 9, überlappt der Separator T mit einem Eckabschnitt C an der Kante eines Schlittenhauptkörpers 2A, der mit der Rückkehrführung 9 ausgerüstet ist, wie in 1B gezeigt, und in Richtung zu einer Seite der Laufbahn der belasteten Kugel hervorsteht. Zum Beseitigen dieser Überlappung ist es ausreichend, den Eckabschnitt C am Ende des Schlittenhauptkörpers 2A abzuschrägen. Somit ist es möglich, einen noch größeren Separator T umlaufen zu lassen durch Verwenden einer Rückkehrführung mit einfacher Bogenform, wodurch ermöglicht wird, die Funktionsfähigkeit bei geringeren Kosten zu verbessern.
Die Beziehung zwischen dem Spielmaß Ldd und dem Außendurchmesser L⌀d des Separators T ist in der folgenden Formel (3) ausgedrückt. Ldd = [(L_SP/2)² + {(L⌀d/2) + Lrd}²]^1/2 – Lrd – Da/2 (3) wobei

Ldd:: Spielmaß
L⌀d:: Außendurchmesser des Separators
Da:: Kugeldurchmesser
L_SP:: Spanne zwischen den Kugeln
Lrd:: Radius der reduzierten inneren Führungsfläche 8b.

Aus dieser Formel wird deutlich, daß mit größerem Außendurchmesser L⌀d des Separators T das Spielmaß Ldd zunimmt. Anhand der Ergebnisse wirklicher Messungen wurde festgestellt, daß die Kugelhaltewirkung durch den Separater T die negativen Auswirkungen durch das Spiel bis zu einem Spielmaß eines gewissen Grades überwiegt, wobei eine Verbesserung der Betriebsfähigkeit erkannt wurde, wobei jedoch dann, wenn das Spielmaß zu groß war, ein Zickzack-Phänomen der Kugel nicht kontrolliert werden konnte und folglich die Verbesserung der Betriebsfähigkeit nicht bestätigt wurde.
Der zulässige maximale Durchmesser L⌀d_max des Separators T wird festgelegt durch die Überlappung mit dem bestimmten inneren Führungselement 9 (Rückkehrführung) unter den Führungselementen. Das heißt, da der Separater T so festgelegt wird, daß die Axiallinie des Separators T mit der Geraden L zusammenfällt, die die Mittelpunkte O der benachbarten Kugeln K verbindet, wenn der Außendurchmesser L⌀d des Separators T größer gemacht wird, kommt der äußere Umfangsabschnitt näher an das innere Führungselement 9, während dann, wenn er zu groß gemacht wird, beide einander überlappen. Wenn der Separator T mit dem inneren Führungselement 9 überlappt, bewirkt die Überlappung Geräusche, wodurch die Betriebsfähigkeit oder Haltbarkeit verringert werden. Dementsprechend ist der maximal zulässige Wert L⌀d_max der Außenabmessung des Separators T ein Wert, bei dem das innere Führungselement 9 berührt wird.
Anschließend wurden in Reaktion auf den Krümmungsradius der inneren Führungsfläche 8b der Rückkehrführung 9 die Separatoren T mit verschiedenen Außendurchmessern verwendet, wobei dann, als die Verhältnisse zwischen den Außenabmessungen dieser Separatoren T und den Durchmessern der Kugeln 0,65 (65%), 0,80 (80%), 0,85 (85%) und 0,95 (95%) betrugen, Veränderungen der dynamischen Reibung der Separatoren T. die sich zusammen mit dem Abrollen der Kugeln in der Kugelumlaufbahn 8 bewegen, gemessen wurden, um die Betriebsfähigkeit anhand der Außenabmessungen L⌀d der Separatoren T zu bewerten. Die gemessenen Ergebnisse sind in den 2 und 3 gezeigt. Die dynamische Reibung der Standard-Linearführungslagervorrichtung ohne Ausrüstung mit dem Separator T ist in 2E gezeigt. In jedem der gezeigten Graphen ist die Abszisse die Bewegungsstrecke (mm) des Separators T, während die Ordinate die dynamische Reibungskraft (kp) ist. Unter den hier gezeigten Veränderungen der Reibungskraft, bei Berücksichtigung plötzlicher Veränderungen der Separatoren, wie in 2E gezeigt, werden die Größen der maximalen Änderungskomponenten für jeden der Separatoren in 3 verglichen. Da die Größe der maximalen Änderungskomponente des Standards ohne den Separator etwa 0,5 kp (4,9 N) beträgt (mit der gestrichelten Linie in 3 gezeigt), wenn eine Bedingung, wenn der Separator verwendet wird, 0,5 kp (4,9 N) oder niedriger ist, ist die Außenabmessung L⌀d des Separators T vorzugsweise kleiner als 0,95 (95%)
Wie oben erwähnt worden ist, verwendet die Linearführungslagervorrichtung der ersten Ausführungsform den Separator T mit dem Außendurchmesser L⌀d, der größer ist als L0, welcher der Außendurchmesser des Separators T unter der Bedingung ist, bei der die Kugel K rollt, während sie gleichzeitig sowohl die innere als auch die äußere gekrümmte Fläche 8a, 8b in der Kugelumlaufbahn 8 berührt, d. h. unter der Bedingung, die so beschaffen ist, daß das Spiel der Kugel K in der Kugellaufbahn 8 gleich 0 ist (oder, wenn erforderlich, die Abschrägung der Stirnfläche des Schlittenhauptkörpers bis zur inneren Kurve 8b der Kugelumlaufbahn 8 fortgesetzt ist), wobei die vorliegende Linearführungslagervorrichtung in einer solchen Größe ausgebildet ist, daß der Krümmungsradius der inneren Kurve 8b in der Kugelumlaufbahn 8 auf eine Größe reduziert ist, so daß sie den Separator T nicht berührt, und andernfalls in einer solchen Größe ausgeführt ist, daß der Krümmungsradius der äußeren Kurve 8a in der gekrümmten Umlaufbahn so erweitert ist, daß die innere Kurve und der Separator sich nicht berühren. Somit wird die Überlappung zwischen der Kugelumlaufbahn 8 und dem Separator T verhindert, wobei im Vergleich mit der Linearführungslagervorrichtung, die die Rückkehrführung mit Standardgröße aufweist, die vorliegende Ausführungsform eine Wirkung erreicht, die die Betriebsfähigkeit und die Geräuscheigenschaften weiter verbessert.
4 zeigt eine zweite Ausführungsform der Linearführungslagervorrichtung gemäß der Erfindung.
Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, daß eine Auswölbung 11 am äußeren Umfangsabschnitt Q des Separators T definiert ist, die der inneren Führungsfläche 8b der Kugelumlaufbahn 8 folgt. Trotz des Außendurchmessers mit der gleichen Größe wie der Separator T der ersten Ausführungsform, d. h., die Fläche einer Auswölbung, die die Kugel berührt, ist gleich groß wie bei der ersten Ausführungsform, bei der der Außenumfang Q einfach eine zylindrische Fläche ist, kann das Spielmaß Ld somit kleiner gemacht werden, um somit den Vorteil zu erreichen, daß geringere Geräusche entwickelt werden.
5 zeigt eine dritte Ausführungsform der Linearführungslagervorrichtung gemäß der Erfindung.
Gemäß dieser Ausführungsform ist der Außenumfang Q des Separators T mit der inneren Führungsfläche 8b in der Kugelumlaufbahn 8 in Kontakt. Diese Ausführungsform zielt auf eine stärkere Verbesserung der Betriebsfähigkeit und der Geräuscheigenschaften durch weitestgehende Unterdrückung des Zickzack-Phänomens der Kugel K.
6 zeigt eine vierte Ausführungsform der Linearführungslagervorrichtung gemäß der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von jeder der obenerwähnten Ausführungsformen dadurch, daß ein kleiner Vorsprung 12 am Außenumfang Q des Separators T vorgesehen ist, wobei der Separator T mittels dieses kleinen Vorsprungs 12 die innere Führungsfläche 8b der Kugelumlaufbahn 8 berührt. Die Berührungsfläche zwischen dem Separator T und der inneren Führungsfläche 8b wird so klein gemacht, daß die Reibungskraft weitestgehend reduziert wird, um die Betriebsfähigkeit und die Geräuscheigenschaften weiter zu verbessern.
Es folgt eine Beschreibung der Dicke des Separators T, der die Spanne zwischen den Kugeln K und K bestimmt. Hinsichtlich der Belastungsfähigkeit der Linearführungslagervorrichtung wird eine kleinere Dicke des Separators T bevorzugt, wobei es jedoch unter Berücksichtigung der elastischen Verformung oder der Verformbarkeit des Separators T sinnvoll ist, die Dicke des Separators auf etwa 3 bis 10% des Kugeldurchmessers festzulegen. Genauer, wenn die Kugel mit einer großen Last beaufschlagt wird oder mit einer großen Vorbelastung belastet ist, sollte die Dicke des Separators T so groß wie möglich gesetzt werden, um die Festigkeit zu erhöhen. Jedoch wird hierdurch die Kugelspanne L_SP verlängert, wodurch der Außendurchmesser L⌀d_max des Separators kleiner wird, so daß die Kugelhaltekraft des Separators T verringert wird und wahrscheinlich die Betriebsfähigkeit und die Geräuscheigenschaften ungünstig beeinflußt werden. Selbst in diesen Fällen kann dann, wenn die Erfindung angewendet wird, die Kugelhaltekraft des Separators erhöht werden, wobei es möglich ist, ungünstige Einflüsse auf die Betriebsfähigkeit und die Geräuscheigenschaften zu verhindern.
In den obenerwähnten jeweiligen Ausführungsformen wurde nicht nur die Form der inneren Führungsfläche 8b, sondern auch die halbe Toroidform erläutert, wobei die gesamte Form der Kugelumlaufbahn 8 ein einzelner Bogen ist, jedoch ist die mit der Erfindung versehene Kugelumlaufbahn 8 nicht auf solche Formen beschränkt. Zum Beispiel kann eine Form, die mit einer elliptischen Form und mehreren Bögen kombiniert ist oder mit einer Bogenform und einer geraden Form verbunden ist, für die Kugelumlaufbahn 8 ausreichend sein.
Es wurde gezeigt, daß der Außendurchmesser des Separators T im wesentlichen wie ein Vollzylinder geformt ist, wobei eine Hohlzylinderform mit einer Durchdringungsbohrung in der Mitte nützlich sein kann.
Es wurden nur unabhängige Separatoren T beschrieben, jedoch können entsprechende Separatoren verbunden sein.
Es sind die Fälle gezeigt, in denen die Linearführungslagervorrichtung auf die Linearführungsvorrichtung angewendet wird, jedoch kann die Erfindung geeignet für andere Linearführungslagervorrichtungen verwendet werden, wie z. B. Linearkugellager, die gekrümmte Umlaufbahnen aufweisen. Wie oben erwähnt worden ist, ist gemäß der Erfindung der Außendurchmesser des Separators möglichst groß ausgeführt, wobei gleichzeitig die Überlappung zwischen der gekrümmten Umlaufbahn und dem Separator auf das Minimum beschränkt ist, um somit zu bewirken, daß eine stärkere Verbesserung der Betriebsfähigkeit und der Geräuscheigenschaften ermöglicht wird als bei der Linearführungslagervorrichtung der Standardspezifikation ohne Ausstattung mit dem Separator.

Claims

Linearführungslagervorrichtung, welche aufweist: ein Führungselement (5; 9) mit einer gekrümmten Umlaufbahn (8), die definiert ist durch innere und äußere gekrümmte Flächen (8a, 8b); mehrere Kugeln (K), die sich längs der gekrümmten Umlaufbahn (8) des Führungselements (5; 9) bewegen; und einen Separator (T), der zwischen benachbarten Kugeln (K) eingesetzt ist, so daß eine Axiallinie (L) des Separators (T) zu einer Geraden, die die Mittelpunkte (O) benachbarter Kugeln (K) verbindet, parallel ist oder mit dieser zusammenfällt, wobei der Separator (T) an seinen beiden axialen Enden konkave Flächen (W) aufweist, die jeweils wenigstens teilweise Kugeloberflächen der benachbarten Kugeln (K) berühren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (Lϕd) des Separators (T) größer ist als ein maximaler Außendurchmesser (Lϕ), bei dem die Kugeln (K) unter der Bedingung, dass die Kugeln (K) in der Umlaufbahn kein Spiel haben, abrollen, während diese mit sowohl der inneren als auch der äußeren gekrümmten Fläche (8a, 8b) der gekrümmten Umlaufbahn (8) in Kontakt sind, die innere gekrümmte Fläche (8b) eine konstante Krümmung aufweist, und die gekrümmte Umlaufbahn (8) aus der Umlaufbahn unter der Bedingung ohne Spiel durch Reduktion des Krümmungsradius (Lrd) der inneren gekrümmten Fläche (8b) hervorgeht, so daß diese nicht den Separator (T) berührt.
Linearführungslagervorrichtung, welche aufweist: eine Führungsschiene (1), die eine erste Laufrille (3) aufweist, die sich axial auf ihrer Außenoberfläche erstreckt; einen Hauptkörper (2A), der beweglich auf die Führungsschiene (1) aufgesetzt ist und eine zweite Laufrille (6) aufweist, die der ersten Laufrille (3) zugewandt ist, um eine Lastkugellaufbahn (A) zu bilden; ein inneres und ein äußeres Element (9, 5), die jeweils an einer Stirnfläche des Hauptkörpers (2A) angeordnet sind und gemeinsam eine gekrümmte Umlaufbahn (8) bilden, die durch eine innere und eine äußere gekrümmte Fläche (8a, 8b) definiert ist; mehrere Kugeln (K), die sich entlang wenigstens der Lastkugellaufbahn (A) und der gekrümmten Umlaufbahn (8) bewegen; und einen Separator (T), der zwischen benachbarten Kugeln (K) eingesetzt ist, so daß eine Axiallinie (L) des Separators (T) zu einer Geraden, die die Mittelpunkte (O) benachbarter Kugeln (K) verbindet, parallel ist oder mit dieser zusammenfällt, wobei der Separator (T) an seinen beiden axialen Enden konkave Flächen (W) aufweist, die jeweils wenigstens teilweise Kugeloberflächen der benachbarten Kugeln (K) berühren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (Lϕd) des Separators (T) größer ist als ein maximaler Außendurchmesser (Lϕ), bei dem die Kugeln (K) unter der Bedingung, dass die Kugeln (K) in der Umlaufbahn kein Spiel haben, abrollen, während diese mit sowohl der inneren als auch der äußeren gekrümmten Fläche (8a, 8b) der gekrümmten Umlaufbahn (8) in Kontakt sind, die Kugeln (K) in der Umlaufbahn (8) Spiel haben, und ein Eckabschnitt (C) der Stirnfläche des Hauptkörpers (2A) an einer Seite der zweiten Kugellaufrille (6) zur Vermeidung einer Überlappung mit dem Separator (T) abgeschrägt ist.
Linearführungslagervorrichtung, welche aufweist: ein Führungselement (5; 9) mit einer gekrümmten Umlaufbahn (8), die definiert ist durch innere und äußere gekrümmte Flächen (8a, 8b); mehrere Kugeln (K), die sich längs der gekrümmten Umlaufbahn (8) des Führungselements (5; 9) bewegen; und einen Separator (T), der zwischen benachbarten Kugeln (K) eingesetzt ist, so daß eine Axiallinie (L) des Separators (T) zu einer Geraden, die die Mittelpunkte (O) benachbarter Kugeln (K) verbindet, parallel ist oder mit dieser zusammenfällt, wobei der Separator (T) an seinen beiden axialen Enden konkave Flächen (W) aufweist, die jeweils wenigstens teilweise Kugeloberflächen der benachbarten Kugeln (K) berühren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (Lϕd) des Separators (T) größer ist als ein maximaler Außendurchmesser (Lϕ), bei dem die Kugeln (K) unter der Bedingung, dass die Kugeln (K) in der Umlaufbahn kein Spiel haben, abrollen, während diese mit sowohl der inneren als auch der äußeren gekrümmten Fläche (8a, 8b) der gekrümmten Umlaufbahn (8) in Kontakt sind, die Kugeln (K) in der Umlaufbahn (8) Spiel haben, und ein Außenumfang (Q) der Außendurchmesseroberfläche des Separators (T) einen konkaven Abschnitt (11) aufweist, der eine Überlappung mit der inneren gekrümmten Fläche (8b) der gekrümmten Umlaufbahn (8) verhindert.
Linearführungslagervorrichtung, welche aufweist: ein Führungselement (5; 9) mit einer gekrümmten Umlaufbahn (8), die definiert ist durch innere und äußere gekrümmte Flächen (8a, 8b); mehrere Kugeln (K), die sich längs der gekrümmten Umlaufbahn (8) des Führungselements (5; 9) bewegen; und einen Separator (T), der zwischen benachbarten Kugeln (K) eingesetzt ist, so daß eine Axiallinie (L) des Separators (T) zu einer Geraden, die die Mittelpunkte (O) benachbarter Kugeln (K) verbindet, parallel ist oder mit dieser zusammenfällt, wobei der Separator (T) an seinen beiden axialen Enden konkave Flächen (W) aufweist, die jeweils wenigstens teilweise die Kugeloberflächen der benachbarten Kugeln (K) berühren, dadurch gekennzeichnet, dass ein Außendurchmesser (Lϕd) des Separators (T) größer ist als ein maximaler Außendurchmesser (Lϕ), bei dem die Kugeln (K) unter der Bedingung, dass die Kugeln (K) in der Umlaufbahn kein Spiel haben, abrollen, während diese mit sowohl der inneren als auch der äußeren gekrümmten Fläche (8a, 8b) der gekrümmten Umlaufbahn (8) in Kontakt sind, die Kugeln (K) in der Umlaufbahn (8) Spiel haben, und eine Außendurchmesserfläche des Separators (T) gleitend mit der inneren gekrümmten Fläche (8b) der gekrümmten Umlaufbahn (8) in Kontakt ist.
Linearführungslagervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Außendurchmesserfläche des Separators (T) einen Vorsprung (12) aufweist, der mit der inneren gekrümmten Fläche (8b) der gekrümmten Umlaufbahn (8) in Gleitkontakt ist.
Linearführungslagervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der konkave Abschnitt (11) der inneren gekrümmten Fläche (8b) der Umlaufbahn (8) folgt.
Linearführungslagervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (12) ein kleiner Vorsprung ist, so dass die Berührungsfläche zwischen dem Separator (T) und der inneren gekrümmten Fläche (8b) reduziert ist.
Linearführungslagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlaufbahn (8) halb-toroidförmig gekrümmt ist.
Linearführungslagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugeln (K) in der Umlaufbahn (8) Spiel haben.
Linearführungslagervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Separators (T) weniger als 95% des Durchmessers der Kugeln (K) beträgt.