-
Die vorliegende Erfindung betrifft Linearführungen
entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Linearführungseinrichtungen dieser Art werden beispielsweise
zur Bewegung von Werkzeugmaschinentischen eingesetzt.
-
In der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten
Ansprüchen sind die Bezeichnungen "vorwärts", "rückwärts",
"rechts" und "links" jeweils auf die Bewegungsrichtung des
beweglichen Körpers der Einrichtung bezogen.
-
Eine der bekannten Linearführunggen der vorbeschriebenen
Art, beispielsweise die aus der EP-A 0 379 827 bekannte,
umfasst eine gerade Führungsschiene und einen beweglichen
Körper, der etwa einen umgekehrt U-förmigen Querschnitt
aufweist und die Führungsschiene übergreifend beweglich ist.
Jede gegenüberliegende Seitenfläche der Führungsschiene und
jeweils eine Oberfläche jedes gegenüberliegenden Schenkels
des beweglichen Körpers, die der Führungsschienen-Oberfläche
gegenüberliegt, ist mit einer Kugelführungsnut mit einem
kreisbogenförmigen Abschnitt versehen. Die
Kugeflührungsnuten sind in der Krümmung des kreisbogenförmigen Abschnitts
über die gesamte Länge gleich und weisen eine vorwärts
gerichtete Kugelbahn auf. Jeder der gegenüberliegenden
Schenkel des beweglichen Körpers ist mit einer Kugelrücklaufbahn
versehen. Jedes Ende der vorwärts gerichteten Kugelbahn
steht in Verbindung mit dem entsprechenden Ende der
Kugelrücklaufbahn über eine Umkehrbahn, die in jedem Ende des
beweglichen Körpers ausgebildet ist und eine
Kugel-Zirkulations-Bahn schafft, in welcher eine Anzahl von Kugeln
eingeschlossen sind, die zwischen dem beweglichen Körper und der
Führungsschiene abrollen und die in Punktberührung mit den
kreisbogenförmigen Abschnitten der Kugelführungsnuten
stehen, wenn sie sich in der vorwärts gerichteten Kugelbahn der
Kugel-Zirkulations-Bahn befinden. Eine durch den
Krümmungsmittelpunkt des kreisbogenförmigen Abschnitts der
Führungsnut des beweglichen Körpers verlaufende Linie ist parallel
zu einer durch den Krümmungsmittelpunkt der Kugelführungsnut
der Führungsschiene verlaufenden Linie.
-
Bei der vorbeschriebenen Einrichtung gemäss dem Stand der
Technik sind die Kugeln in Punktberührung mit den
kreisbogenförmigen Abschnitten der beiden Nuten abrollend
angeordnet, so dass die durch den Krümmungsmittelpunkt der
Führungsnut des beweglichen Körpers verlaufende Linie sich
natürlich näher an der Führungsschiene befindet als die durch
den Krümmungsmittelpunkt der Führungsnut der Führungsschiene
verlaufende Linie. Weiterhin werden die in der vorwärts
gerichteten Kugelbahn befindlichen Kugeln in Richtung ihrer
Berührungspunkte mit den Kugelführungsfläche vorbelastet.
-
Bei der beschriebenen Linearführung ist die vorwärts
gerichtete Kugelbahn ein Lastbereich und sind die Kugelrücklauf-
sowie Kugelumkehrbahnen belastungsfreie Zonen. Im
Lastbereich, in welchem die Belastung der Kugeln erfolgt, wird die
Kugel jeweils elastisch in die Nähe der kreisbogenförmigen
Abschnitte der Nuten verbracht und durch Kontakt mit diesen
Abschnitten elastisch verformt. Im Innern der
belastungsfreien Zonen ist in den kreisbogenförmigen Abschnitten der
Nut um die Kugel herum ein Zwischenraum vorhanden, der ein
freies Abrollen der Kugel ermöglicht und die Kugel frei von
Verformungen hält. Dies bedeutet, dass beim Eintritt der aus
dem Lastbereich in die belastungsfreie Zone eintretenden
belasteten Kugel eine abrupte Entlastung derselben erfolgt und
andererseits eine abrupte Belastung bewirkt wird, wenn die
Kugel aus der belastungsfreien Zone in den Lastbereich
übergeht. In beiden Fällen erfolgt eine plötzliche Verformung
der Kugel. Beim Abrollen der Kugeln zwischen Lastbereich und
belastungsfreier Zone ist also selbst unter konstanter
Belastung kein einwandfrei gerader Vorschub des beweglichen
Körpers gewährleistet, weil sich die Zahl der jeweils
belasteten Kugeln abrupt ändert mit dem daraus resultierenden
Problem, dass dem beweglichen Körper Schwingungen beaufschlagt
werden.
-
Zur allmählichen Reduzierung der auf die Kugeln bei deren
Abrollen in Richtung auf die Umkehrbahn einwirkenden Last
wird üblicherweise an jedem der in Längsrichtung
gegenüberliegenden Enden der Kugelführungsnut des beweglichen Körpers
beispielsweise durch Abschleifen des Endbereichs der
Führungsnut nach erfolgter Herstellung der Nut durch
Schleifbearbeitung des beweglichen Körpers ein
Lastreduzierungsbereich ausgebildet. Im Lastreduzierungsbereich wird im
Querschnitt gesehen die durch den Krümmungsmittelpunkt der
Kugelführungsnut des beweglichen Körpers verlaufende Linie
verschoben von einer Geraden, die von dieser Linie durch die
Berührungspunkte der Kugel mit den kreisbogenförmigen
Abschnitten der Kugeführungsnuten in einem maximalen
Lastbereich erstreckt und dadurch sich nach und nach der Linie
durch den Krümmungsmittelpunkt der Kugelführungsnut der
Führungsschiene in Richtung der Rücklaufbahn annähert.
-
Alle in der vorwärts gerichteten Bahn befindlichen Kugeln
sind nur in Richtung ihrer Berührungspunkte mit den beiden
Kugelführungsnuten, d.h. in jeweils gleicher Richtung,
vorbelastet, was zu Problemen führt. Wird nämlich auf die
Kugeln in einer anderen als der Vorbelastungsrichtung eine
Last ausgeübt, insbesondere in einer Richtung senkrecht zu
der durch die Berührungspunkte verlaufenden Linie, so stellt
sich eine geringere Belastbarkeit bzw. Steifigkeit ein und
wird der bewegliche Körper stärker mit Schwingung
beaufschlagt.
-
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung
einer Linearführung, die mit keinem der vorbeschriebenen
Nachteile behaftet ist.
-
Weitere Aufgaben ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung.
-
Diese Aufgaben werden gelöst durch die erfindungsgemässe
Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Patentanspruchs 1.
-
Bei der erfindungsgemässen Linearführung wird die Linie
durch den Krümmungsmittelpunkt der Führungsnut des
beweglichen Körpers im Lastreduzierungsbereich im Querschnitt
gesehen auf einer Linie verschoben, die von dieser Linie durch
einen Punkt von der geraden Linie durch die Berührungspunke
im maximalen Lastbereich verläuft und dadurch sich
allmählich der Linie durch den Krümmungsmittelpunkt der
Führungsnut
der Führungsschiene in Richtung der Rücklaufbahn
annähert. Damit vergrössert sich im Lastreduzierungsbereich der
Abstand zwischen den Punkten der Berührung der Kugel mit den
Führungsnutabschnitten allmählich in Richtung auf die
Rücklaufbahn mit dem Ergebnis, dass nach und nach die jeweils
auf die Kugel einwirkende Last reduziert und somit ein
Verschieben des beweglichen Körpers verhindert wird, wenn die
Kugeln den Lastbereich und die belastungsfreie Zone
durchlaufen. Weiter verschieben sich im Lastbereich allmählich im
Querschnitt gesehen die Berührungspunkte der Kugeln mit den
kreisbogenförmigen Abschnitten der Führungsschiene und des
beweglichen Körpers und erfährt die Richtung durch die
Berührungspunkte hindurch eine allmähliche Veränderung, so
dass die Kugeln in unterschiedlichen Richtungen vorbelastet
werden. Dies verhindert Schwingungen, wie sie bei Belastung
der Kugeln in einer anderen Richtung als die der geraden
Linie im maximalen Lastbereich durch die Punkte der
Berührung der Kugeln mit den beiden kreisbogenförmigen
Abschnitten der Führungsnut entstehen.
-
Beim Verschieben der Linie durch den Mittelpunkt des
beweglichen Körpers im Querschnitt gesehen wie vorbeschrieben in
Richtung einer Linie, die durch die Linie durch den
vorerwähnten Mittelpunkt der Führungsnut der Führungsschiene
hindurch verläuft, sowie in Richtung der Umkehrbahn werden die
Kugeln in der vorwärts gerichteten Bahn unmittelbar vor
Eintritt in die Umkehrbahn in Richtung der letzteren
vorbelastet und können so frei in die Umkehrbahn gelangen.
Umgekehrt sind die sich aus der Umkehrbahn in die vorwärts
gerichtete Bahn bewegenden Kugeln unbehindert in die vorwärts
gerichtete Bahn überführbar.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Kugel-Zirkulations-Bahn in jeweils einer oberen und einer
unteren Höhe auf der rechten und linken Seite der
Führungsschiene
vorgesehen. Die Linie durch die Punkte der Berührung
der Kugel mit den kreisbogenförmigen Abschnitten der
Führungsnut, die die vorwärts gerichtete Kugelbahn einer der
Kugel-Zirkulations-Bahnen bildet, schneidet die
entsprechende Linie der anderen Kugel-Zirkulations-Bahn seitlich
ausserhalb der vorwärts gerichteten Bahnen der Umlaufbahnen.
Die Linien durch den Krümmungsmittelpunkt der beiden
Kugelführungsnuten des beweglichen Körpers in den
Lastreduzierungsbereichen sind in Richtung zueinander verschoben. Durch
diese Anordnung wird verhindert, dass die Kugeln den dünnen
Wandabschnitt eines den Umkehrkanal des beweglichen Körpers
bildenden und im Übergangsbereich zwischen der Umkehrbahn
und der vorwärts gericheten Bahn ausgebildeten
Kugelschöpfbereichs beschädigen.
-
Andererseits schneidet die Linie durch die Punkte der
Berührung der Kugeln mit den kreisförmigen Bereichen der
Führungsnut, die die vorwärts gerichtete Kugelbahn einer der
Zirkulations-Bahnen auf jeder Seite der Führungsschiene
bildet, die entsprechende Linie der anderen Kugel-Zirkulations-
Bahn seitlich innerhalb der vorwärts gerichteten Bahnen. Die
Linien durch die Krümmungsmittelpunkte der beiden
Führungsnuten des beweglichen Körpers in den
Lastreduzierungsbereichen sind in Richtung auseinander verschoben. In diesem Fall
ergibt sich die gleiche Wirkung wie vorbeschrieben.
-
Ist die Linie durch den Krümmungsmittelpunkt des beweglichen
Körpers am weitesten von der Linie durch den
Krümmungsmittelpunkt der Führungsschiene im Längsmittelbereich des
beweglichen Körpers entfernt und nähert sie sich der
letztgenannten Linie in Richtung der in der Längsachse
gegenüberliegenden Enden des beweglichen Körpers, so ist der Abstand
zwischen den Punkten der Berührung der Kugeln mit den beiden
kreisbogenförmigen Abschnitte der Führungsnut im
Mittelbereich am kleinsten, um nach und nach in Richtung auf die in
der Längsachse gegenüberliegenden Enden des beweglichen
Körpers zuzunehmen. Dementsprechend ist auch der Freiraum um
die Kugeln herum im Längsmittelbereich der vorwärts
gerichteten Bahn am geringsten, wobei eine allmähliche Zunahme in
Richtung auf die in der Längsachse gegenüberliegenden Enden
der vorwärts gerichteten Bahn erfolgt. Beim Anbringen des
beweglichen Körpers beispielsweise auf dem Tisch einer
Werkzeugmaschine sind Montagefehler zu erwarten in dem Sinne,
dass der um eine senkrechte oder eine seitliche horizontale
Achse drehende bewegliche Körper bzw, die diesen aufnehmende
Fläche mit kleinsten geometrischen Fehlern behaftet ist. Der
bewegliche Körper ist in diesem Falle einem um die
Senkrechtachse, d.h. eine zur Vorschubrichtung des beweglichen
Körpers senkrechte Achse, wirkenden Moment (dem sogenannten
Giermoment) bzw. einem um die seitliche horizontale Achse
wirkenden Moment (dem sogenannten Kippmoment) ausgesetzt.
Selbst in einem solchen Falle wird durch das vorbeschriebene
Merkmal eine übermässige Belastung der Kugeln an den Enden
der Kugelführungsnuten des beweglichen Körpers verhindert,
wodurch ein glatter und ungehinderter Bewegungsablauf für
die Kugeln gewährleistet. Als Ergebnis ist der bewegliche
Körper einfacher frei verschiebbar und mit einer längeren
Lebensdauer ausgestattet.
-
Die vorliegende Erfindung sei nunmehr näher beschrieben mit
Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Es bedeutet:
-
Figur 1 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der
Erfindung, d.h. einer Linearführung im montierten Zustand;
-
Figur 2 eine Schnittansicht auf der Linie II-II in Figur 1;
-
Figur 3 eine im grösseren Maßstab gezeichnete Teilansicht
aus Figur 2;
-
Figur 4 eine Schnittnasicht auf der Linie IV-IV in Figur 2;
-
Figur 5 eine im grösseren Maßstab gezeichnete Teilansicht
aus Figur 4;
-
Figur 6 eine Perspektivansicht in auseinandergezogener
Darstellung, welche die Linearführung in einer ersten
Ausführungsform zeigt, wobei einzelne Teile weggelassen sind;
-
Figur 7 eine Ansicht einer Endabdeckung der
Führungseinrichtung von der Innenseite in der Längsachse der Einrichtung
gesehen;
-
Figur 8 eine im grösseren Maßstab gezeichnete Schnittansicht
auf der Linie VIII-VIII in Figur 5;
-
Figur 9 eine im grösseren Maßstab gezeichnete Schnittansicht
auf der Linie IX-IX in Figur 5;
-
Figur 10 eine im grösseren Maßstab gezeichnete
Schnittansicht auf der Linie X-X in Figur 5;
-
Figur 11 eine Ansicht entsprechend Figur 3, die eine zweite
Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
-
Figur 12 eine Ansicht entsprechend Figur 5, die eine dritte
Ausführungsform der Erfindung darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die Figuren 1 bis 10 zeigen eine erste Ausführungsform der
erfindungsgemässen Linearführung.
-
Wie aus den die Führungseinrichtung im montierten Zustand
zeigenden Figuren 1 bis 5 ersichtlich, umfasst die Führung
eine gerade Führungsschiene 1 und einen beweglichen Körper
2, der etwa einen umgekehrt U-förmigen Querschnitt aufweist
und die Führungsschiene 1 übergreifend beweglich ist.
-
Jede rechte und linke Seitenfläche der Führungsschiene 1 ist
mit einer flachen Nut 3 versehen, die von vorne nach hinten,
d.h. in Längsrichtung der Schiene 1, verläuft. In ihrer
Krümmung über ihre gesamte Länge gleiche kreisbogenförmige
Kugelführungsnuten 4, 5 befinden sich ober- und unterhalb
der Nut 3. Eine Linie A durch den Krümmungsmittelpunkt einer
jeden der Führungsnuten 4 (5) in der Führungsschiene 1
erstreckt sich gerade in Längsrichtung der Schiene 1 (siehe
Figur 5).
-
Der bewegliche Körper 2 weist rechte und linke
gegenüberliegende Schenkel 2a auf, wobei die der Seitenfläche der
Führungsschiene 1 gegenüberliegende Oberfläche eines jeden
Schenkels 2a mit zwei oberen und unteren kreisbogenförmigen
Kugelführungsnuten 6, 7 versehen ist, die den Führungsnuten
4, 5 gegenüberliegen und über ihre gesamte Länge eine
jeweils gleiche Krümmung besitzen. Die Führungsnut 4 (5) der
Führungsschiene 1 und die Führungsnute 6 (7) des beweglichen
Körpers 2 bilden eine vorwärts gerichtete Kugelbahn 8 (9).
Jeder Schenkel 2a des beweglichen Körpers 2 ist versehen mit
zwei oberen bzw. unteren bohrungsartigen Kugelrücklaufbahnen
10, 11. Jedes Ende der vorwärts gerichteten Kugelbahn 8 (9)
steht mit dem entsprechenden Ende der Kugelrücklaufbahn 10
(11) über eine Umkehrbahn 12 (13) in Verbindung, die in
jedem der vorderen und hinteren Enden des beweglichen Körpers
ausgebildet ist und eine endlose Kugel-Zirkulations-Bahn
14 (15) schafft. Die obere Umkehrbahn 12 weist eine seitlich
nach aussen sowie abwärts und die untere Umkehrbahn 13 eine
seitlich nach aussen sowie aufwärts gerichtete Neigung auf.
In jeder der Kugel-Zirkulations-Bahnen 14, 15 sind eine
Anzahl von Kugeln 16 eingeschlossen, deren Krümmung grösser
ist als die der Kugelführungsnuten 4, 5, 6, 7 der
Führungsschiene 1 und des beweglichen Körpers 2. Die Kugeln 16 in
der vorwärts gerichteten Bahn 8 (9) einer jeden
Zirkulations-Bahn 14 (15) stehen in einem Punkt P bzw. Q in
Berührung mit jeder der die Nuten 4 und 6 (5 und 7) bildenden
Flächen (siehe Figur 3).
-
Wie aus Figur 3 ersichtlich, ist im Querschnitt gesehen eine
gerade Linie L durch die beiden Punkte P, Q der oberen
vorwärts gerichteten Bahn 8 mit einer seitlich ausserhalb sowie
abwärts und eine gerade Linie L durch die beiden Punkte P, Q
der unteren vorwärts gerichteten Bahn 9 mit einer seitlich
ausserhalb sowie aufwärts verlaufenden Neigung versehen. Die
beiden Linien L überschneiden sich seitlich ausserhalb der
vorwärts gerichteten Bahnen 8, 9. In jeder
Kugel-Zirkulations-Bahn 14, 15 ist die vorwärts gerichtete Bahn 8 (9) ein
Lastbereich und sind die Rücklaufbahn 10 (11) und die
Umkehrbahn 12 (13) belastungsfreie Zonen.
-
Die Figuren 4 und 5 zeigen, dass jede Kugelführungsnut 6 (7)
des beweglichen Körpers 2 an ihren vorderen und hinteren
Endabschnitten einen Lastreduzierungsbereich 6a (7a) zur
allmählichen Reduzierung der auf die Kugel 16 ausgeübten
Last in Richtung der Umkehrbahn 12 (13) aufweist. In einem
Mittelbereich 6b (7b) zwischen den Lastreduzierungsbereichen
6a (7a) an beiden Enden verläuft eine Linie B durch den
Krümmungsmittelpunkt der Führungsnut 6 (7) gerade und
parallel zu einer Linie A durch den Krümmungsmittelpunkt der
Führungsnut 4 (5) der Führungsschiene 1, wobei diese Linie
näher an der Führungsschiene 1 liegt als die Linie A. Weiter
findet in den Lastreduzierungsbereichen 6a, 7a nach und nach
eine Annäherung der Linie B der oberen Führungsnut 6 sowie
der Linie B der unteren Führungsnut 7 an die entsprechenden
Linien A durch die Krümmungsmittelpunkte der Führungsnuten
4, 5 der Führungsschiene 1 statt, so dass sich diese in
Richtung der entsprechenden Umkehrbahnen 12, 13 annähern. Im
einzelnen wird im Querschnitt gesehen die Linie B durch den
Krümmungsmittelpunkt des Lastreduzierungsbereichs 7a der
unteren Führungsnut 7 des beweglichen Körpers nach oben und
im Querschnitt gesehen wie durch den Pfeil X in Figur 8
bezeichnet auf einer durchgehenden spiralförmigen Kurvenbahn S
verschoben, die von der Linie B ausgehend durch einen Punkt
R von der geraden Linie L durch die Berührungspunkte P, Q am
Ende des dem Mittelbereich 7b benachbarten Abschnitts 7a
innerhalb eines Bereichs verläuft, der näher an der
Führungsrungsschiene 1 liegt als die Linie A der Führungsschienen-
Führungsnut 5, so dass eine Annäherung an die Linie A in
Richtung der Umkehrbahn 13 erfolgt. Die Linie B durch den
Krümmungsmittelpunkt des Lastreduzierungsbereichs 6a der
oberen Führungsnut 6 dagegen wird innerhalb eines Bereichs,
der näher an der Führungsschiene 1 liegt als die Linie A der
Führungsschienen-Führungsnut 4, nach unten verschoben und
somit nach und nach der Linie A in Richtung der Umkehrbahn
12 angenähert. Am anderen Ende des Bereichs 6a bzw. 7a neben
der Umkehrbahn 12 bzw. 13 liegt jede Linie B auf einer Linie
T, die durch die Linie A der Führungschienennut und parallel
zur Umkehrbahn 12 bzw. 13 verläuft. Die genannte
Verschieberichtung ist nicht als einschränkend anzusehen: es erfolgt
bei Verschiebung in jeder Richtung eine Annäherung der Linie
B an die Linie A, sofern diese Verschiebung innerhalb eines
mittig um die Linie A verlaufenden Kreises erfolgt, dessen
Radius gleich ist dem Abstand zwischen den Linien A und B im
Mittelbereich 6b oder 7b. In den Figuren 4 und 5 sind einige
Bereiche der oberen Kugel-Zirkulations-Bahn 14 jeweils durch
eine der Bezugsziffer des entsprechenden Teils der
dargestellten unteren Kugel-Zirkulations-Bahn 15 folgenden
Bezugsziffer bezeichnet.
-
Der montierte bewegliche Körper 2 umfasst vordere und
hintere Endabdeckungen 17 sowie einen Mittelteil 18, wobei jede
der Endkappen 17 rechte und linke gegenüberliegende Schenkel
19 sowie einen Verbindungsbereich 21 zur Verbindung der
oberen Enden der Schenkel 19 aufweist. Entsprechend ist der
Mittelteil 18 mit gegenüberliegenden Schenkeln 20 und einem
Verbindungsbereich 22 versehen.
-
Die Kugelführungsnuten 6, 7 sind der Führungsschiene 1
gegenüberliegend in den seitlichen Innenflächen eines jeden
Schenkels 20 des Mittelteils 18 des beweglichen Körpers 2
ausgebildet. Zwischen den oberen und unteren Nuten 6, 7 ist
eine Sicherung 23 vorgesehen. Die bohrungsartigen
Rücklaufbahnen 10, 11 sind im Schenkel 20 ausserhalb der Nuten 6, 7
angeordnet.
-
Zwischen dem Schenkel 19 einer jeden Endabdeckung 17 und dem
diesem gegenüberliegenden Ende des Mittelteils 18 ist die
Umkehrbahn 12 (13) zur Verbindung der Enden der vorwärts
gerichteten Bahn 8 (9) und der Rücklaufbahn 10 (11)
ausgebildet.
-
Nach Figur 6 umfasst der bewegliche Körper 2 in Kombination
die beiden Endabdeckungen 17, einen zentralen Hauptteil 24
und zwei Käfige 25.
-
Wie aus Figur 7 ersichtlich, ist jeder Schenkel 19 der
Endabdeckung 17 an seiner seitlichen Innenfläche mit einem der
Nut 3 der Schiene 1 gegenüberliegenden Steg 26 sowie
kreisbogenförmigen Abschnitten 27 oberhalb und unterhalb der Nut
3 in der Schiene 1 versehen, die in ihrer Form den jeweils
zugeordneten Führungsnuten 4, 5 entsprechen. Die dem
Hauptteil 24 gegenüberliegende innere Oberfläche des Schenkels 19
der Endabdeckung ist über die gesamte seitliche Breite
einschliesslich des Stegs 26 und der kreisbogenförmigen
Abschnitte hinweg mit einer Nut 28 und einem unter der Nut 28
angeordneten und nach innen gerichteten Vorsprung 29
versehen. Die die Nut 28 bildenden oberen und unteren Seitenwände
sind voneinander weg leicht seitlich nach innen geneigt und
bilden zum Teil die Umkehrbahnen 12, 13. Die den Grund der
Nut 28 bildende innere Oberfläche des Schenkels ist mit
oberen und unteren flachen Ausnehmungen 30 von länglich runder
Form versehen. Das seitliche innere Ende einer jeden
Ausnehmung 30 erstreckt sich zu dem der Kugelführungsnut 6 bzw. 7
entsprechenden kreisbogenförmigen Abschnitt 27. Damit bildet
der Umfang des kreisbogenförmigen Abschnitts 27 dieses Ende
der Ausnehmung 30 in Form eines Schöpfbereichs 31, um die
jeweils in die Rücklaufbahn 12 bzw. 13 eintretenden Kugeln
aufzunehmen. Die Krümmung im Bereich des äusseren Umfangs
des Schöpfbereichs 31 entspricht der Krümmung der
Führungsnut 6 bzw. 7 und die Krümmung des das Ende der Ausnehmung
bildenden inneren Umfangs der Krümmung der Kugel 16. Die
obere Ausnehmung 30 ist seitlich nach aussen verlaufend
abwärts und die untere Ausnehmung 30 seitlich nach aussen
verlaufend aufwärts geneigt, so dass die Dicke des
Schöpfbereichs 31 unmittelbar neben dem Steg 26 am grössten ist und
von diesem weg nach und nach geringer wird. Ein Ausschnitt
32 in Form einer halbkreisförmigen Nut befindet sich auf der
Innenfläche des Vorsprungs 29 in einem seitlichen
Mittelabschnitt desselben. Eine Vertiefung 33 in Form einer
halbkreisförmigen Nut ist auf der inneren Oberfläche des
Endabdeckungsschenkels 19 oberhalb der Nut 28 und mit ihrem
unteren Ende dieser Nut 28 gegenüberliegend ausgebildet.
-
Jeder Käfig 25 besteht einteilig aus einer waagerechten
Platte 20a, die den unteren Bereich des Schenkels 20 des
Mittelteils 18 des beweglichen Körpers 2 bildet, einer den
ausserhalb der unteren Rücklaufbahn 11 befindlichen Teil des
Schenkels 20 bildenden senkrechten Platte 20b, der Sicherung
23 sowie Führungselementen 34 an den entsprechenden
Käfigenden jeweils in Form eines Stiels von halbkreisförmigem
Querschnitt.
-
Die senkrechte Platte 20b erstreckt sich von der seitlichen
äusseren Kante der horizontalen Platte 20a aus nach oben.
Die Stiele 20c sind einteilig mit den vorderen und hinteren
Enden der senkrechten Platte 20b ausgebildet. Die Sicherung
23 hat die Form einer senkrechten Platte und steht über
Verbindungsabschnitte 35 an ihren vorderen und hintern Enden
einstückig an den entsprechenden Stielen 20c angeschlossen.
Die Führungselemente 34 sind einteilig mit den
entsprechenden vorderen und hinteren Enden der horizontalen Platte 20a
verbunden, erstrecken sich nach oben und sind mit unteren
Abschnitten versehen, die von den entsprechenden vorderen
und hinteren Enden der Platte 20a ausgehend nach aussen
vorspringen. In Längsrichtung des Käfigs 25 weist die
Aussenseite eines jeden Führungselements 34 eine zylindrische
Fläche 34a und die Innenseite desselben eine ebene Fläche
34b auf. Das Führungselement 34 ist in einem senkrechten
Mittelbereich mit dem Verbindungsabschnitt 35 einteilig
verbunden. Die ebene Fläche 34b des Führungselements 34 ist mit
den Innenflächen des Stiels 20c sowie des
Verbindungsabschnitts
35 bündig. In Längsrichtung ist der
Verbindungsabschnitt 35 mit einer ebenen Aussenfläche ausserhalb der
zylindrischen Fläche 34a des Führungselements 34 versehen, die
mit der Aussenfläche des Stiels 20c bündig ist. Die
Unterkante der Sicherung 23 ist um einen vorgegebenen Abstand von
der seitlichen Innenkante der waagerechten Platte 20a
abgesetzt. Die Innenkante der horizontalen Platte 20a ist mit
einer Kugelführungsfläche 36 versehen. Die Ober- und
Unterkanten der Sicherung 23 weisen ebenfalls entsprechende
Kugelführungsflächen 37, 38 auf, wobei ausserdem im
Übergangsbereich zwischen der waagerechten Platte 20a und der
senkrechten Platte 20b eine Kugelführungsfläche 39
vorgesehen ist. Die Ober- und Unterseiten des Verbindungsabschnitts
35 bilden weitere Kugelführungsflächen 40. Um die
Seitenflächen eines jeden Führungselements 34 herum werden in
Längsrichtung zu den oberen und unteren Seitenflächen des
Verbindungsabschnitts 35 verlaufende und zum Teil die Umkehrbahnen
12, 13 bildende Kugelführungsabschnitte 41 von der
zylindrischen Fläche 34a des Führungselements 34, den
Kugelführungsflächen des Verbindungsabschnitts 35, der seitlichen
Innenfläche des Stiels 20c und der seitlichen Aussenfläche der
Sicherung 23 gebildet.
-
Der zentrale Hauptteil 24 umfasst die gegenüberliegenden
Schenkel 20 des Mittelteils 18 ausser den Käfigen 25, d.h.
Kerne 20d, und einen einteilig mit diesen Kernen 20d
ausgebildeten Verbindungsabschnitt 22. Die Länge des Hauptteils
24 ist geringfügig kleiner als der Abstand zwischen den
ebenen Flächen 34b der vorderen und hinteren Führungselemente
34 des Käfigs 25. Die Kugelführungsnuten 6, 7 sind in der
seitlichen Innenfläche eines jeden Kerns 20d ausgebildet.
Eine die obere Rücklaufbahn 10 bildende Bohrung 42 verläuft
durch den Kern 20d und ist seitlich ausserhalb der unteren
Nut 6 und geringfügig unterhalb derselben angeordnet. Eine
seitlich und nach unten offene und die untere Rücklaufbahn
11 bildende Nut 43 ist im Kern 20d sowie seitlich ausserhalb
und geringfügig oberhalb der unteren Nut 7 vorgesehen.
-
Hauptteil 24 und Käfige 25 werden mit jedem Kern 20d des
Hauptteils 24 in einem durch die senkrechte Platte 20b, die
Sicherung 23, die vorderen und hinteren Führungselemente 34
und den Verbindungsabschnitt 35 eines jeden Käfigs 25
gebildeten Raum zusammengebaut. Dies bedeutet, dass die untere
Oberfläche des Kerns 20d mit der oberen Oberfläche der
waagerechten Platte 20a zwischen den Führungselementen 34 sowie
die vorderen und hinteren Enden mit den ebenen Flächen 34b
der vorderen und hinteren Führungselemente 34 sowie den
längsgerichteten inneren glatten Flächen der
Verbindungsabschnitte 35 in Berührung stehen. Weiter ist der seitliche
äussere Bereich des Kerns 20d zwischen die vorderen und
hinteren Stiele 20c eingepasst und befindet sich die untere
Oberfläche des oberhalb der Nut 43 seitlich nach aussen
verlaufenden Kernabschnitts in einem innigen Kontakt mit der
oberen Oberfläche der senkrechten Platte 20b. Die untere Nut
43 eines jeden Kerns 20d und die Führungsfläche 39 im
Übergangsbereich zwischen der waagerechten Platte 20a und der
senkrechten Platte 20b bilden die untere Rücklaufbahn 11.
Die seitliche Innenfläche des Kerns 20d steht in Berührung
mit der Sicherung 23.
-
In dieser Phase werden die Endabdeckungen 17 wie folgt an
den gegenüberliegenden Enden des Hauptteils 24 und die
Käfige 25 befestigt: Sicherung 23, Stiel 20c und
Verbindungsabschnitt 35 eines jeden Käfigs 25 werden in die Nut 28
einer jeden Endabdeckung 17 so eingesetzt, dass der Stiel 20c
und die längsgerichtete äussere ebene Fläche des
Verbindungsabschnitts 35 am Grund der Nut 28 in der Endabdeckung
17 anliegen, wodurch die Endfläche des Verbindungsabschnitts
21 der Endabdeckung 17 in Kontakt mit der End- oder
Stirnfläche des Hauptteils 24 gebracht wird. Jetzt ist der untere
Bereich eines jeden Führungselements 34 des Käfigs 25 in den
im Vorsprung 29 der Endabdeckung 17 ausgebildeten Ausschnitt
32 eingepasst, wobei der obere Bereich desselben in die
Vertiefung 33 der Abdeckung 17 eingreift. Jede obere Umkehrbahn
12 wird vom oberen Kugelführungsbereich 41 und der oberen
Ausnehmung 30 der Endabdeckung 17 gebildet, jede untere
Führungsbahn 13 vom unteren Kugelführungsbereich 41 und der
unteren Ausnehmung 30 der Abdeckung 17.
-
Beim Verschieben des beweglichen Körpers 2 auf der
Führungsschiene 1 in deren Längsachse rollen die Kugeln 16 in der
vorwärts gerichteten Bahn 8 (9) einer jeden Zirkulations-
Bahn 14 (15) die Führungsnuten 4 und 6 (5 und 7) der Schiene
1 und des beweglichen Körpers 2 in Bewegungsrichtung gesehen
hinter der vorwärts gerichteten Bahn 8 (9) entlang, so dass
die in der vorwärts gerichteten Bahn 8 (9) befindlichen
Kugeln 16 nacheinander in die in Bewegungsrichtung gesehen
hinten befindliche Umkehrbahn 12 (13) und die in der
Rücklaufbahn 10 (11) befindlichen Kugeln 16 nacheinander über
die in Bewegungsrichtung vorn gelegene Umkehrbahn 12 (13) in
die vorwärts gerichtete Bahn 8 (9) eintreten. Auf diese
Weise werden die Kugeln 16 durch die Umlaufbahn 14 (15)
zirkuliert.
-
Es folgt nunmehr mit Bezug auf die rechte untere vorwärts
gerichtete Bahn 9 eine Beschreibung des Laufs der Kugeln 16
aus den vorwärts gerichteten Bahnen 8, 9 in die Umkehrbahnen
12, 13. Wie aus Figur 8 ersichtlich, ist im Querschnitt
gesehen der Abstand zwischen der Linie B durch den
Krümmungsmittelpunkt des Mittelteils 7b der Führungsnut 7 des
beweglichen Körpers und der Linie A durch den
Krümmungsmittelpunkt der Führungsschienen-Führungsnut 5 am grössten auf der
durch die Punkte P, Q der Berührung der Kugeln 16 mit den
die Nuten 5, 7 bildenden Flächen verlaufenden geraden Linie
L. Anders ausgedrückt ist der Abstand zwischen den
Berührungspunkten
P, Q am kleinsten. Hierbei liegt der
Mittelpunkt O der Kugeln 16 in der Mitte zwischen den Linien A und
B auf der geraden Linie L. Dementsprechend wird auf die
Kugeln 16 eine hohe Last ausgeübt und werden die Kugeln
infolge der auf sie wirkenden Belastung elastisch in die Nähe der
Nutenflächen 5, 7 verbracht.
-
Tritt eine Kugel 16 in den Lastreduzierungsbereich 7a ein,
so erfolgt wie aus Figur 8 ersichtlich auf der Kurve S eine
Annäherung der Linie B des beweglichen Körpers 2 an die
Linie A der Führungsschiene 1 und wird der Abstand zwischen
den beiden Linien A und B kleiner als in Figur 8. Die Punkte
der Berührung der Kugel 16 mit den Nutenflächen 5, 7
verschieben sich nach P1, Q1 mit dem Ergebnis, dass der Abstand
zwischen den Kontaktpunkten P1, Q1 leicht grösser wird als
der Abstand zwischen den Berührungspunkten P, Q, und dass
die Kugel 16 einer geringeren Last ausgesetzt und weniger
nah an die Nutenflächen 5, 7 herangebracht wird.
-
Erreicht die Kugel 16 das Ende des der Umkehrbahn 13
benachbarten Lastreduzierungsbereichs 7a, so erfolgt wie aus Figur
10 ersichtlich auf der Kurve S eine weitere Annäherung der
Linie B des beweglichen Körpers 2 an die Linie A der
Führungsschiene 1 und wird der Abstand zwischen den Linien A
und B kleiner als in Figur 9. Die Punkte der Berührung der
Kugel 16 mit den Nutenflächen 5, 7 verlagern sich nach P2,
Q2. Im Querschnitt gesehen verläuft die Linie L durch die
Berührungspunkte P2, Q2 durch die Linie A und in der Flucht
mit einer zur Umkehrbahn 13 parallelen Linie T. Damit wird
der Abstand zwischen den Berührungspunkten P2, Q2 grösser
als der Abstand zwischen den Berührungspunkten P1, Q1, wird
der Kugel 16 eine noch kleinere Last beaufschlagt und wird
die Kugel 16 auf elastischem Wege noch weniger nah an die
Nutenflächen 5, 7 herangebracht. Die Richtung der
Lasteinwirkung auf die Kugel 16 ist anfänglich so im Mittelteil 7b
geneigt, dass die rechte Seite oberhalb einer horizontalen
Linie liegt, während die Richtung im Querschnitt gesehen
allmählich nach rechts auf die Umkehrbahn 13 zu dreht und
schliesslich parallel zur Umkehrbahn verläuft.
-
In dieser Phase tritt die Kugel 16 in die Umkehrbahn 13 ein,
bei der es sich eine belastungsfreie Zone handelt. Beim Lauf
der Kugel 16 vom Mittelteil 7b durch den
Lastreduzierungsbereich 7a in die Umkehrbahn 13 findet nach und nach eine
Verringerung der auf die Kugel 16 wirkenden Last statt,
wodurch eine Verschiebung des beweglichen Körpers 2 beim Lauf
der Kugeln aus dem Lastbereich in die belastungsfreie Zone
und damit ein ordnungsgemäss geradliniger Vorschub des
beweglichen Körpers sichergestellt wird.
-
Weiter verschieben sich im Lastreduzierungsbereich 7a die
Punkte der Berührung der Kugel mit den Nutenflächen 5, 7 der
Führungsschiene 1 und des beweglichen Körpers 2 nach und
nach von P, Q nach P1, Q1 und sodann nach P2, Q2, wobei sich
auch die Richtung durch die Berührungspunkte P, Q nach und
nach ändert mit dem Ergebnis, dass die Kugeln in
verschiedenen Richtungen vorbelastet werden. Bei einer Belastung der
Kugel 16 im maximalen Lastbereich in einer anderen als der
Richtung der geraden Linie durch die Berührungspunkte P, Q
lassen sich also Schwingungsbeanspruchungen verhindern.
-
Weiter wird die in der vorwärts gerichteten Bahn befindliche
Kugel 16 unmittelbar vor Eintritt in die Umkehrbahn 12 oder
13 in Richtung auf diese vorbelastet, wodurch der Eintritt
in die Bahn glatt und ungehindert vonstatten gehen kann.
-
Verlagern sich die Linien A, B durch die
Krümmungsmittelpunkte der Nuten 5, 7 der Führungsschiene und des
beweglichen Körpers unter Annäherung im Lastreduzierungsbereich 7a
wie vorbeschrieben, so gelangt ausserdem die Kugel 16 in
Kontakt mit dem dickeren Teil des Kugelschöpfbereichs 31 am
seitlichen inneren Ende der unteren Nut 30 der Endabdeckung
17 des beweglichen Körpers, d.h. mit dem dem Steg 26
benachbarten Teil desselben, wodurch ein Zubruchgehen des vom Steg
26 abgelegenen dünneren Teils des Schöpfbereichs 31
verhindert werden kann.
-
Beim Lauf der Kugeln 16 aus der Umkehrbahn 13 in die
vorwärts gerichtete Bahn 9 dagegen nimmt die auf die Kugeln
ausgeübte Belastung allmählich zu. Auch hierdurch wieder
wird eine Verschiebung des beweglichen Körpers 2 beim
Übergang der Kugeln aus der belastungsfreien Zone in den
Lastbereich verhindert, was die Wahrscheinlichkeit einer
Beeinträchtigung der geradlinigen Vorschubbewegung des
beweglichen Körpers geringer werden lässt. Weiter ist ein
ungehinderter und glatter Lauf der Kugeln 16 aus der Umkehrbahn 13
in die vorwärts gerichtete Bahn 9 gewährleistet.
-
Beim Übergang der in den anderen Kugel-Zirkulations-Bahnen
14, 15 befindlichen Kugeln 16 aus deren vorwärts gerichteten
Bahnen 8, 9 in die entsprechenden Umkehrbahnen 12, 13 und
umgekehrt bieten die Lastreduzierungsbereiche 6a, 7a die
gleichen Vorteile wie vorbeschrieben.
-
Figur 11 zeigt eine zweite Ausführungsform der
erfindungsgemässen Linearführung, bei der auf jeder Seite der
Führungsschiene 1 eine Linie L1 durch die Punkte P, Q der Berührung
der Kugel 16 mit den die vorwärts gerichtete Kugelbahn 8 der
Kugel-Zirkulations-Bahn 14 bildenden Führungsnutenflächen 4,
6 eine Linie L1 durch die Punkte P, Q der die vorwärts
gerichtete Bahn 9 der Zirkulations-Bahn 15 bildenden
Führungsnutenflächen 5, 7 seitlich innerhalb der vorwärts
gerichteten Bahnen 8, 9 schneidet. In den Lastreduzierungsbereichen
6a, 7a nähern sich die Linie B durch den
Krümmungsmittelpunkt der oberen Führungsnut 6 des beweglichen Körpers 2 und
die Linie B durch den Krümmungsmittelpunkt der unteren
Führungsnut 7 des Körpers 2 nach und nach den entsprechenden
Linien A der Führungsschienennuten 4, 5 an dergestalt, dass
sie in entgegengesetzter Richtung zu den bereits mit Bezug
auf die Figuren 8 bis 10 beschriebenen entsprechenden Linien
B auseinander verschoben werden.
-
Die zweite Ausführungsform wirkt in gleicher Weise wie die
erste und bietet die gleichen Vorteile wie diese.
-
Figur 12 zeigt eine dritte Ausführungsform einer
erfindungsgemässen Linearführung, bei der die Linie B durch den
Krümmungsmittelpunkt der kreisbogenförmigen Kugelführungsnut 6
(7) des beweglichen Körpers 2 am weitesten von der Linie A
durch den Krümmungsmittelpunkt der Kugelführungsnut 4 (5)
der Führungsschiene 1 im längsgerichteten Mittelteil des
beweglichen Körpers 2 entfernt ist und sich nach und nach der
Linie A in Richtung auf die in Längsrichtung
entgegengesetzten Enden des Körpers 2 annähert.
-
Damit weist die Linie B die Form eines Kreisbogens mit
geringer Krümmung auf. Entsprechend ist der Abstand zwischen
den Punkten P, Q der Berührung der Kugel 16 mit den
Führungsnutenflächen 4, 6 (5, 7) in der Mitte am kleinsten, um
allmählich in Richtung der entgegengegesetzten Enden
zuzunehmen, so dass die auf die Kugeln 16 in der
vorwärtsgerichteten Bahn 8 (9) ausgeübte Last in der Mitte am grössten
ist und nach und nach in Richtung auf die Enden abnimmt. Die
Linie B nähert sich der Linie A in der gleichen Weise an wie
bei der ersten Ausführungsform. In einem Mittelteil des
beweglichen Körpers 2 von bestimmter Länge ausserhalb seiner
vorderen und hinteren Endbereiche kann eine allmähliche
Annäherung der Linie B an die Linie A durch den
Krümmungsmittelpunkt der Führungsschienen-Führungsnut 4 (5) auf der
geraden Linie L durch die Punkte P, Q der Berührung der Kugel
16 mit den Führungsnutenflächen 4, 6 (5, 7) erfolgen.
-
In dieser Phase wird die Kugel 16 im längsgerichteten
Mittelteil der vorwärts gerichteten Bahn 8 (9) normal mit Last
beaufschlagt. Wirkt dann ein um die senkrechte oder eine
seitliche Achse gerichtetes Moment auf den beweglichen
Körper 2, so nimmt zwar die auf die anderen Kugeln 16 ausgeübte
Last zu, wird jedoch nicht grösser als die auf die Kugel 16
im Mittelteil ausgeübte Vorlast.
-
Die Wirkweise der dritten Ausführungsform entspricht mit
Ausnahme des oben beschriebenen Merkmals derjenigen der
ersten Ausführungsform.