DE10065431A1

DE10065431A1 - Linearführungslager

Info

Publication number: DE10065431A1
Application number: DE10065431A
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kasuga; Ryoichi Sato; Hiroki Yamaguchi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2001-08-02
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: US20010012415A1; US20030113044A1; DE10065431B4; US6676295B2; US6513977B2; JP2001182745A

Abstract

Beim vorliegenden Linearführungslager ist der Krümmungsmittelpunkt O' eines Kugelumkehrdurchlasses 27 zu einer Seite eines rücklaufseitigen Kugeldurchlasses 25 um einen vorgegebenen Betrag m im Vergleich zum Krümmungsmittelpunkt O' eines herkömmlichen Führungslagers verschoben. Aufgrund dessen ist nicht nur der Krümmungsradius einer Rille 29 in Form eines konkaven Bogens, die in einer jeden Endkappe 9 ausgebildet ist, um einen vorgegebenen Betrag m verringert, sondern die Rille 29 in Form eines konkaven Bogens ist auch zur Seite des rücklaufseitigen Kugeldurchlasses 25 um einen vorgegebenen Betrag m im Vergleich zu einem herkömmlichen Führungslager verschoben. Auf diese Weise ist ein Winkel alpha zwischen einer Linie, die das vordere Ende eines Zungenabschnittes 31 mit dem Krümmungsmittelpunkt O' eines Kugelumkehrdurchlasses 27 verbindet, und der in Bewegungsrichtung gelegenen Endfläche eines Lagerhauptkörpers 7 im Vergleich zu einem herkömmlichen Lager stark verringert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linearführungslager zur Verwendung in einem In dustrieroboter und insbesondere ein Linearführungslager, bei dem die Geräusche im Betrieb verringert sind.

2. Beschreibung der gattungsgemäßen Technik

Kürzlich wurden in einer Fabrik zur Herstellung von mechanischen Geräten verschiede ne Arten von Industrierobotern eingeführt, so dass ein Schweißvorgang und ein Streich vorgang durch die Industrieroboter anstelle menschlichen Personals ausgeführt werden kann. Ein Industrieroboter besteht aus einem Sockel, der auf einer Bodenfläche der Fabrik befestigt wird, aus Bewegungselementen, wie beispielsweise Armen und (Hand-) Gelenken, die miteinander verbunden sind, sowie aus verschiedenen Betätigungsein richtungen zum Antrieb dieser Bewegungselemente. Wenn ein Betätigungselement als Antwort auf einen entsprechenden Befehl von einer Steuereinheit betätigt wird, vollfüh ren die Arme und (Hand-)Gelenke des Industrieroboters lineare oder rotierende Bewe gungen, so dass eine Schweißpistole oder eine Sprühpistole, die am vorderen Ende eines jeden (Hand-)Gelenks befestigt ist, an das Werkstück herangeführt oder von ihm weggeführt werden kann, um so einen Schweißvorgang oder einen Streichvorgang am Werkstück durchzuführen. Um bei dem Industrieroboter zu ermöglichen, dass die Be wegungselemente eine lineare Bewegung ausführen, ist es notwendig, nicht nur eine Betätigungseinrichtung vorzusehen, die einem Bauteil (einem Linearbewegungskörper) auf der beweglichen Seite es ermöglicht, bezüglich eines Bauteils auf der festen Seite vorgeschoben oder zurückgeschoben zu werden, sondern auch eine Führungsschiene oder ein Linearführungslager vorzusehen, das verwendet wird, um es dem Linearbewe gungskörper zu ermöglichen, spielfrei und glatt verschoben werden zu können.

Das Linearführungslager besteht im Wesentlichen aus einer Führungsschiene mit zwei sich in axialer Richtung erstreckenden Kugellaufrillen, die jeweils an den beiden Seiten flächen derselben ausgebildet sind, einem Lagerhauptkörper mit zwei Lastkugelrillen, die jeweils gegenüber dem Kugellaufrillen ausgebildet sind, um so zwei seitliche Lastku geldurchlässe zwischen den Kugellaufrillen und des Lastkugelrillen zu bilden, sowie eine große Anzahl von Kugeln, die jeweils im lastseitigen Kugeldurchlass angeordnet sind. Da bei dem Linearführungslager die Kugeln entlang dem lastseitigen Kugeldurchlass rollen können, können das Spiel und der Widerstand des Lagerhauptkörpers bei der Bewegung desselben auf einen sehr niedrigen Wert eingestellt werden. Da sich die Ku geln mit einer Geschwindigkeit bewegen, die im Wesentlichen der Hälfte der Geschwin digkeit des Kugelhauptkörpers entspricht, muss ein rücklaufseitiger Kugeldurchlass im Lagerhauptkörper ausgebildet sein und gleichzeitig zwei Endkappen, die jeweils einen bogenförmigen Kugelumkehrdurchlass zur Verbindung des lastseitigen Kugeldurchlas ses mit dem rücklaufseitigen Kugeldurchlass umfassen, müssen jeweils an den in Be wegungsrichtung liegenden Endabschnitten des Lagerhauptkörpers befestigt sein, um somit einen endlosen Kugelumlauf zu bilden. Mit Bezug auf den Aufbau eines jeden Ku gelumkehrdurchlasses ist aus herstellungstechnischen Gesichtspunkten der äußere umfangsseitige Abschnitt desselben in seiner entsprechenden Endkappe ausgebildet, während der innere umfangsseitige Abschnitt desselben in einer Rücklaufführung aus gebildet ist, die zwischen dem Lagerhauptkörper und der Endkappe angeordnet ist. Üb rigens wurde im Stand der Technik ein Linearführungslager entwickelt, bei denen Ab standshalter (normalerweise Scheiben, die jeweils eine als eine konkave Kugelfläche ausgebildete Endfläche aufweisen) aus Kunstharz jeweils zwischen zwei aneinander grenzenden Kugeln angeordnet sind, um dadurch die Geräuschentstehung und den Flächenabrieb aufgrund des Zusammenstosses der Kugeln zu beeinflussen.

Bei dem oben erwähnten Linearführungslager werden jedoch im Betrieb nicht unbe trächtliche Geräusche erzeugt und somit ist eine Verbesserung hinsichtlich der Ge räuscherzeugung erwünscht.

Wie in Fig. 22 gezeigt ist, rollt eine Kugel 11 innerhalb eines lastseitigen Kugeldurchlas ses 21 in einem Zustand, in dem sie sich im Druckkontakt mit einer Kugellaufrille 3 und einer Lastkugelrille 23 befindet. Um ein glattes Abrollen der Kugel 11 zu erreichen, be wegt sich die Kugel 11 mit einem vorbestimmten Abstand zur Umfangswand eines Durchlasses innerhalb eines rücklaufseitigen Kugeldurchlasses (nicht gezeigt), der in einem Lagerhauptkörper 7 oder innerhalb eines Kugelumkehrdurchlasses 27 ausgebil det ist, wobei der Kugelumkehrdurchlass 27 in einer Endkappe 9 und in einer Rücklauf führung 33 ausgebildet ist.

Wenn die Kugel 11 von dem lastseitigen Kugeldurchlass 21 in den Kugelumkehrdurch lass 27 gelangt, oder wenn die Kugel vom Kugelumkehrdurchlass 27 in den lastseitigen Kugeldurchlass 21 zurückkommt, stößt daher die Kugel 11, die zeitweise nicht gehalten oder geführt ist, mit der Umfangswand des Kugelumkehrdurchlasses 27 oder mit der Kugellaufrille 3 und der Lastkugelrille 23 zusammen. Gerade das Geräusch des Zu sammenstoßes der Kugel 11 mit der Kugellaufrille 3 und der Lastkugelrille 23 bildet den Hauptfaktor bei der Geräuschentwicklung. In Fig. 22 bezeichnet das Bezugszeichen 31 einen Zungenabschnitt, der in der Endkappe 9 ausgebildet ist. Die Kugel 11, die vom Kugelumkehrdurchlass 27 zum lastseitigen Kugeldurchlass 21 zurückkehrt, wird solange nicht gehalten oder in ihrer Bewegung eingeschränkt, bis sie zum lastseitigen Kugel durchlass 21 kommt, nachdem sie sich vom Zungenabschnitt 31 wegbewegt. Das Be zugszeichen α bezeichnet einen Winkel zwischen einer geraden Linie, die den Krüm mungsmittelpunkt O des Kugelumkehrdurchlasses 27 mit dem vorderen Ende des Zun genabschnittes 31 verbindet, und der in Bewegungsrichtung liegenden Endfläche des Lagerhauptkörpers 7. Das Bezugszeichen R bezeichnet den Krümmungsradius des Ku gelumkehrdurchlasses 27.

Um dieses Probte zu lösen, wird in der JP-59-103928U ein Linearführungslager vor geschlagen, bei dem das vordere Ende des Zungenabschnittes (der seitliche Endab schnitt der Kugellaufrille oder -rille) der Endkappe im Grenzabschnitt zwischen dem last seitigen Kugeldurchlass und dem Kugelumkehrdurchlass in tangentialer Stellung zum Kugelaußendurchmesser im lastseitigen Kugeldurchlass positioniert ist. Wird ein so auf gebautes Linearführungslager verwendet, dann rollt die Kugel stoßfrei und glatt zwi schen dem lastseitigen Kugeldurchlass und dem Kugelumkehrdurchlass. Daher kann das Linearführungslager geräuscharm mit einer guten Leistungsfähigkeit betrieben wer den. Da jedoch bei diesem Linearführungslager die Kugellaufrille in der Führungsschie ne nur eine geringe Tiefe aufweist, ist es unvermeidbar, dass die Belastbarkeit des Füh rungslagers stark herabgesetzt ist. Um außerdem eine Niveaudifferenz zwischen dem lastseitigen Kugeldurchlass und dem Kugelumkehrdurchlass zu vermeiden, muss eine hohe Genauigkeit in den Abmessungen der Kugellaufrille der Führungsschiene und beim Zungenabschnitt der Endkappe sichergestellt werden. Dies erhöht jedoch die Her stellkosten und die Ausschussrate des Produkts.

Da aber andererseits bei dem Linearführungslager die Kugel mit einem vorgegebenen Abstand zur Umfangswand des Kugelumkehrdurchlasses bewegt wird, muss der Durch lassdurchmesser des Kugelumkehrdurchlasses größer als Kugeldurchmesser sein. Dies erhöht jedoch die Gefahr, dass die Bewegungsbahn der Kugel innerhalb des Kugelum kehrdurchlasses pendeln kann. Daher entsteht bei einem herkömmlichen Linearfüh rungslager ein Widerstand gegen das Durchlaufen einer Kugel durch den Verbindungs abschnitt zwischen dem Kugelumkehrdurchlass und dem lastseitigen Kugeldurchlass, so dass ein glatter Umlauf der Kugeln durch einen solchen Widerstand behindert wer den kann.

Um dieses Problem zu lösen, wird in der JP-A-7-208467 ein Linearführungslager vorge schlagen, bei dem ein jeder Kugelumkehrdurchlass aus einem Rohrkörper zusammen gesetzt ist, der eine Kugel an drei Punkten berührt, um so eine hin- und herwandernde Bewegung der Kugel zu verhindern. Bei diesem Linearführungslager ist jedoch die Ku gel in dem Abschnitt, in dem sich die Kugel vom Kugelumkehrdurchlass zu einem last seitigen Kugeldurchlass bewegt, zeitweise nicht gehalten, nachdem sie von dem Halt durch den Kugelumkehrdurchlass freigegeben wird, bis sie wieder durch den lastseitigen Kugeldurchlass gehalten wird; aufgrund der oben erwähnten hin- und hergehenden Be wegung der Kugel sind daher der Wirkungsgrad des Betriebs und die Geräuscheigen schaften des Linearführungslagers verschlechtert. Da außerdem ein nur geringer Ab stand zwischen dem Rohrkörper und der Kugel herrscht, ist nicht nur die Herstellung des Linearführungslagers aufwändig, sondern es sind auch die Herstellkosten des Line arführungslagers hoch. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben andererseits auch versucht, den Abstand zwischen der Kugel und der Umfangsfläche in einem Sei tenabschnitt des lastseitigen Kugeldurchlasses des Kugelumkehrdurchlasses bis auf sehr kleine Werte zu senken. Es wurde jedoch herausgefunden, dass in diesem Fall die glatte Drehung der Stahlkugel entlang des Kugeldurchlasses in diesem Abschnitt beein trächtigt wird und der Durchlaufwiderstand der Stahlkugel erhöht wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Nachteile zu vermeiden, wie sie in den oben erwähnten herkömmlichen Linearführungslagern vorhanden sind. Entsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, ein Linearführungslager vorzusehen, bei dem das Betriebsge räusch ohne Beeinträchtigung des Wirkungsgrades gesenkt ist.

Um dieses Ziel zu erreichen, ist gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ein Linearführungslager zur Führung eines Linearbewegungskörpers entlang einer Führung vorgesehen, das zwei Kugellaufrillen aufweist, die jeweils so an den beiden Seitenflä chen desselben ausgebildet sind, dass sie sich in dessen Axialrichtung erstrecken, wo bei das Linearführungslager umfasst: einen Lagerhauptkörper mit zwei Lastkugelrillen, die jeweils gegenüber den Kugellaufrillen ausgebildet sind, um so zwei lastseitige Ku geldurchlässe jeweils zwischen sich und den Kugellaufrillen zu bilden, sowie zwei rück laufseitige Kugeldurchlässe, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie sich im Wesentli chen zu den Lastkugelrillen erstrecken; zwei Endkappen, die jeweils an den beiden in Bewegungsrichtung liegenden Endflächen des Lagerkörpers befestigt sind, wobei jede der Endkappen eine Rille in Form eines konkaven Bogens aufweist, um den äußeren, in Umfangsrichtung verlaufenden Seitenabschnitt eines bogenförmigen Kugelumkehr durchlasses zu bilden, der den lastseitigen Kugeldurchlass und den rücklaufseitigen Kugeldurchlass verbindet, sowie einen Zungenabschnitt zur Ausbildung des kugellaufril lenseitigen Endabschnittes der Rille in Form eines konkaven Bogens; zwei Rücklauffüh rungen, die jeweils zwischen dem Lagerkörper und den beiden Endkappen angeordnet sind, um die inneren, in Umfangsrichtung verlaufenden Seitenabschnitte der beiden Ku gelrücklaufdurchlässe zu bilden; und eine große Anzahl von Kugeln, die so angeordnet sind, dass sie durch die lastseitigen Kugeldurchlässe, die rücklaufseitigen Kugeldurch lässe und die Kugelrücklaufdurchlässe umlaufen, wobei ein Winkel α, der zwischen ei ner geraden Linie, die das vordere Ende des Zungenabschnitts mit dem Krümmungsmit telpunkt des Kugelumkehrdurchlasses verbindet, und der in Bewegungsrichtung gele genen Endfläche des Lagerhauptkörpers gebildet wird, im Bereich von 5°-20° liegt.

Gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist beim Durchlauf der Kugel durch den Bereich zwischen dem Kugelumkehrdurchlass und dem lastseitigen Kugeldurchlass der Abstand bzw. der Weg, über den die Kugel nicht gehalten ist, bis auf einen sehr gerin gen Abstand bzw. Weg verringert, wodurch es möglich ist, das durch den Zusammen stoß der Kugel mit der Umfangswand des Kugelumkehrdurchlasses oder mit der Kugel laufrille oder der lastseitigen Kugelrille erzeugte Geräusch zu verringern.

Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Linearführungslager zur Füh rung eines Linearbewegungskörpers entlang einer Führungsschiene mit zwei Kugellauf rillen vorgesehen, die jeweils so an den beiden Seitenflächen derselben ausgebildet sind, dass sie sich in deren Axialrichtung erstrecken, wobei das Linearführungslager umfasst: einen Lagerhauptkörper mit zwei Lastkugelrillen, die jeweils gegenüber den Kugellaufrillen ausgebildet sind, um so zwei lastseitige Kugeldurchlässe jeweils zwi schen den beiden Kugellaufrillen und sich zu bilden, und zwei rücklaufseitige Kugel durchlässe, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie sich im Wesentlichen parallel zu den Lastkugelrillen erstrecken, zwei Endkappen, die jeweils an den beiden in Bewe gungsrichtung liegenden Endflächen des Lagerkörpers befestigt sind, wobei jede End kappe eine Rille in Form eines konkaven Bogens aufweist, um den äußeren, sich in Um fangsrichtung erstreckenden Seitenabschnitt eines bogenförmigen Kugelumkehrdurch lasses zu bilden, der den lastseitigen Kugeldurchlass und den rücklaufseitigen Kugel durchlass verbindet, und einen Zungenabschnitt zur Bildung des kugellaufrillenseitigen Endabschnittes der in Form eines konkaven Bogens ausgebildeten Rille; zwei Rücklauf führungen, die jeweils zwischen dem Lagerhauptkörper und den beiden Endkappen an geordnet sind, um die inneren, in Umfangsrichtung verlaufenden Seitenabschnitte der beiden Kugelrücklaufdurchlässe zu bilden; und eine große Anzahl von Kugeln, die so angeordnet sind, dass sie durch die lastseitigen Kugeldurchlässe, die rücklaufseitigen Kugeldurchlässe und die Kugelumkehrdurchlässe umlaufen, wobei im lastkugeldurch laufseitigen Endabschnitt der Rücklaufführung und/oder des Lagerhauptkörpers eine Abschrägung mit einem Winkel β bezüglich des lastseitigen Kugeldurchlasses ausgebil det ist und außerdem ein Winkel α zwischen einer geraden Linie, die das vordere Ende des Zungenabschnittes mit dem Krümmungsmittelpunkt des Kugelumkehrdurchlasses verbindet, und der in Bewegungsrichtung liegenden Endfläche des Lagerhauptkörpers eine Differenz zum Winkel β von 20° oder weniger aufweist.

Gemäß dem zweiten Gesichtspunkt der Erfindung ist im Verbindungsabschnitt zwischen dem Kugelumkehrdurchlass und der lastseitigen Kugelrille der Vektor der Kugel in Dreh richtung derselben im Wesentlichen gleich der Neigung der Abschrägungen, so dass die Kugel glatt bewegt werden kann, um dadurch den Wirkungsgrad im Betrieb zu verbes sern und die Geräuschentwicklung zu verringern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearführungsla gers;

Fig. 2 zeigt eine Vorderansicht des Linearführungslagers der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der wesentlichen Abschnitte eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Linearführungslagers;

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der wesentlichen Abschnitte eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Linearführungslagers;

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der wesentlichen Abschnitte eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Linearführungslagers;

Fig. 7 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktionen des ersten Aus führungsbeispiels;

Fig. 8 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der wesentlichen Abschnitte eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Linearführungslagers;

Fig. 9 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der wesentlichen Abschnitte des vierten Ausführungsbeispiels;

Fig. 10 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 11 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 12 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 13 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 14 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 15 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 16 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 17 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 18 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 19 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 20 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels;

Fig. 21 zeigt eine grafische Darstellung zur Erläuterung der Funktion des vierten Aus führungsbeispiels; und

Fig. 22 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der wesentlichen Abschnitte eines her kömmlichen Linearführungslagers.

GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Li nearführungslagers unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen genau be schrieben. In der folgenden Beschreibung ist das erste bis dritte Ausführungsbeispiel insbesondere gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ausgebildet, wohinge gen ein viertes Ausführungsbeispiel insbesondere basierend auf einem zweiten Ge sichtspunkt der Erfindung ausgebildet ist.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines erfindungsgemäßen Li nearführungslagers, Fig. 2 eine Vorderansicht des vorliegenden Linearführungslagers, und Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 2. Wie in diesen Figuren gezeigt ist, wird ein Linearführungslager 1 verwendet, um einen Linear bewegungskörper (nicht gezeigt) entlang einer Führung 5 mit zwei oberen und unteren Kugellaufrillen 3 zu führen, die jeweils an den beiden Seitenflächen desselben ausgebil det sind. Das Linearführungslager 1 umfasst im Wesentlichen einen Lagerhauptkörper 7, an dessen oberen Fläche der Linearbewegungskörper befestigt sein kann, sowie zwei Endkappen 9, die jeweils an den beiden in Bewegungsrichtung liegenden Endflächen des Lagerhauptkörpers 7 befestigt sind, und eine große Anzahl von Kugeln (Stahlku geln), die jeweils zwischen dem Lagerhauptkörper 7 und den beiden Endkappen 9 gehalten sind. In diesen Figuren bezeichnet das Bezugszeichen 13 eine seitliche Dich tung; 15 eine untere Dichtung; 17 einen Schmiernippel und 19 eine Verschraubung.

Im Lagerhauptkörper 7 sind zwei Lastkugelrillen 23 und zwei rücklaufseitige Kugeldurch lässe 25 ausgebildet. Die Lastkugelrillen sind gegenüber den beiden Kugellaufrillen 3 angeordnet, um dadurch zwei lastseitige Kugeldurchlässe 21 jeweils dazwischen aus zubilden. Die rücklaufseitigen Kugeldurchlässe 25 sind so ausgebildet, dass sie sich parallel zu den Lastkugelrillen 23 erstrecken. Außerdem sind in jeder der beiden End kappen 9 Rillen in Form eines konkaven Bogens ausgebildet, um die äußeren, in Um fangsrichtung verlaufenden Seitenabschnitte eines bogenförmigen Kugelumkehrdurch lasses 27 zu bilden, der den lastseitigen Kugeldurchlass 21 mit dem rücklaufseitigen Kugeldurchlass 25 verbindet, sowie ein vorspringender Zungenabschnitt 31, der den kugellaufrillenseitigen Endabschnitt der Rille 29 in Form eines konkaven Bogens bildet.

Gemäß Fig. 3 bilden zwei Elemente (in Fig. 3 ist nur eines gezeigt), die mit dem Be zugszeichen 33 versehen sind, jeweils zwei Rücklaufführungen, die jeweils zwischen dem Lagerhauptkörper 7 und den beiden Endkappen 9 angeordnet sind. Jede der Rück führungen 33 bildet einen inneren, in Umfangsrichtung verlaufenden zweiten Abschnitt seines zugeordneten Kugelumkehrdurchlasses 27.

Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht der wesentlichen Abschnitte eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Linearführungslagers. In dieser und in den folgenden Schnittansichten, die jeweils das erste bis vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen, sind der Einfachheit halber keine Schraffuren gezeigt.

Wie in Fig. 4 dargestellt ist, ist beim ersten Ausführungsbeispiel der grundsätzliche Auf bau ähnlich dem des zuvor beschriebenen, herkömmlichen Linearführungslagers, ein Unterschied besteht jedoch in der Lage des Krümmungsmittelpunktes eines jeden Ku gelumkehrdurchlasses 27. Der Krümmungsmittelpunkt O' des Kugelumkehrdurchlasses 27 ist zu der Seite des rücklaufseitigen Kugeldurchlasses 25 um einen vorgegebenen Betrag m bezüglich des Krümmungsmittelpunktes O des Kugelumkehrdurchlasses 27 des herkömmlichen Führungslagers verschoben. Aufgrund dessen ist bei der Rille 29 in Form eines konkaven Bogens einer jeden Endkappe 9 beim vorliegenden Ausführungs beispiel im Vergleich zu dem in gestrichelten Linien dargestellten herkömmlichen Füh rungslager der Krümmungsradius R' um einen vorgegebenen Betrag m bezüglich des Krümmungsradius R beim herkömmlichen Führungslager verringert und außerdem zu der Seite des rücklaufseitigen Kugeldurchlasses 25 um einen vorgegebenen Betrag m verschoben. Aufgrund dessen kann ein Winkel α zwischen einer geraden Linie, die das vordere Ende des Zungenabschnittes 31 mit dem Krümmungsmittelpunkt O' des Kugel umkehrdurchlasses 27 verbindet, und der in Bewegungsrichtung gelegenen Endfläche des Lagerhauptkörpers 7 beträchtlich im Vergleich zum herkömmlichen Führungslager verringert werden.

Aufgrund dieses Aufbaus kann beim ersten Ausführungsbeispiel der Weg, über den die Kugel 11 nicht gehalten oder in ihrer Bewegung eingeschränkt wird, wenn sie vom Ku gelumkehrdurchlass 27 zum lastseitigen Kugeldurchlass 21 bewegt wird, auf einen sehr kurzen Weg reduziert werden, was die Kraft eines Zusammenstoßes der Kugel 11 mit den Kugellaufrillen 3 der Führungsschiene 5 abschwächt und so das Betriebsgeräusch des vorliegenden Führungslagers stark verringert. Beim ersten Ausführungsbeispiel ist auch der Krümmungsradius der Rille 35 in Form eines konkaven Bogens auf der Seite der Rücklaufführung 33 um einen vorgegebenen Betrag m verringert und in Richtung der Seite des rücklaufseitigen Kugeldurchlasses 25 verschoben. Daher sind an der Rücklaufführung 33 und dem Lagerhauptkörper 7 Abschrägungen 41, 43 vorhanden, so dass jede Rille 35 in Form eines konkaven Bogens glatt in die jeweils zugeordnete Last kugelrille 23 übergeht.

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht von wesentlichen Abschnitten eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Linearführungslagers.

Wie in Fig. 5 gezeigt ist, ist auch beim zweiten Ausführungsbeispiel der grundsätzliche Aufbau ähnlich dem des zuvor beschriebenen herkömmlichen Führungslagers. Aller dings ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel der Abstand t zwischen jedem Zun genabschnitt 31 und der zugeordneten Kugellaufrille 3 der Führungsschiene 5 verklei nert. Aufgrund dessen kann ein Winkel α zwischen einer geraden Linie, die das vordere Ende des Zungenabschnittes 31 mit dem Krümmungsmittelpunkt O des Kugelumkehr durchlasses 27 verbindet, und der in Bewegungsrichtung gelegenen Endfläche des La gerhauptkörpers 7 im Vergleich zum herkömmlichen Führungslager stark verringert werden. Die Funktion des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist ähnlich der des zuvor beschriebenen ersten Ausführungsbeispiels.

Wie in Fig. 6 gezeigt ist, ist der grundsätzliche Aufbau beim dritten Ausführungsbeispiel ähnlich dem des zuvor beschriebenen herkömmlichen Führungslagers; allerdings unter scheidet sich das vorliegende Ausführungsbeispiel vom herkömmlichen Führungslager im Krümmungsradius eines jeden Kugelumkehrdurchlasses 27. Der Krümmungsradius R des Kugelumkehrdurchlasses 27 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kleiner als der Krümmungsradius beim herkömmlichen Führungslager. Aufgrund dessen kann auch der Radius der Rille 29 in Form eines konkaven Bogens einer jeden Endkappe 9 gegenüber dem Radius beim herkömmlichen Führungslager, wie er durch die gestrichel te Linie in Fig. 6 dargestellt ist, verringert werden. Im Ergebnis kann daher ein Winkel α zwischen einer geraden Linie, die das vordere Ende des Zungenabschnittes 31 mit dem Krümmungsmittelpunkt O des Kugelumkehrdurchlasses 27 verbindet, und der in Bewe gungsrichtung liegenden Endfläche des Lagerhauptkörpers 7 im Vergleich zum her kömmlichen Führungslager beträchtlich verringert werden. Im übrigen ist die Funktion des vorliegenden Ausführungsbeispiels ähnlich der des zuvor beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsbeispiels.

Beim oben dargestellten ersten bis dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann durch Verringerung des Winkels α die Geräuschentwicklung im Betrieb des Führungsla gers verringert werden. Fig. 7 zeigt eine grafische Darstellung der Änderungen im Ge räuschpegel (dB(A)), die durch Veränderungen des Winkels α verursacht werden, wäh rend eine Betriebsgeschwindigkeit (m/min logarithmisch aufgetragen) als Parameter verwendet wird. Wie an dieser grafischen Darstellung erkannt wird, haben verschiedene Tests, die durch die vorliegenden Erfinder durchgeführt wurden, bestätigt, dass der Ge räuschpegel im Falle eines Winkels α von 20° oder weniger stark gesenkt werden kann. Aufgrund von Fehlern in der Abmessung und aufgrund von Formfehlern bei den jeweili gen Bauteilen und aufgrund der Kombination von Fehlern kann im Falle eines Winkels α von 5° oder weniger keine glatte Drehung der Kugel 11 durch das Lager stattfinden. Da her kann der Winkel α im Bereich von 5°-20° gesetzt werden.

Als nächstes zeigt Fig. 8 eine vergrößerte Schnittansicht der Hauptabschnitte eines vier ten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen linearen Führungslagers.

Wie in Fig. 8 dargestellt ist, ist beim vierten Ausführungsbeispiel der grundsätzliche Auf bau desselben ähnlich dem wie beim zuvor beschriebenen herkömmlichen Führungsla ger; beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch zwischen jeweils zwei aneinan dergrenzenden Kugeln 11 ein scheibenförmiger Abstandshalter 51 angeordnet, der aus Kunstharz gefertigt ist und zwei Endflächen umfasst, die jeweils eine konkav ausgebilde te Oberfläche aufweisen, die der Oberfläche der Kugel 11 eng entspricht. Außerdem ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel nicht nur der Krümmungsmittelpunkt O' des Kugelumkehrdurchlasses 27 zum rücklaufseitigen Kugeldurchlass 25 um einen vorgegebenen Betrag verschoben, sondern auch die Rück laufführung 33 und der Lagerhauptkörper 7 sind jeweils so gefertigt, dass sie Abschrä gungen 41, 43 aufweisen, die eine Länge L in axialer Richtung haben und sich stoßfrei an die Rille 35 in Form eines konkaven Bogens auf der Seite der Rücklaufführung 33 anschließen, um zu verhindern, dass der Außenumfang des Abstandshalters 51 nicht mit der Innenseite des Führungselements zusammenpasst.

Wenn beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Winkel zwischen einer geraden Linie, die das vordere Ende des Zungenabschnittes 31 mit dem Krümmungsmittelpunkt des Kugelumkehrdurchlasses 27 verbindet, und der in Bewegungsrichtung liegenden End fläche des Lagerhauptkörpers 7 als a bezeichnet wird, so wird dieser Winkel α im Be reich zwischen 5° und 20° festgelegt. Wenn außerdem ein Winkel der Abschrägungen 41, 43 bezüglich des lastseitigen Kugeldurchlasses 27 als β bezeichnet wird, dann sind der Winkel β und der Winkel α einander im Wesentlichen gleich.

Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel ist aufgrund dieses Aufbaus in dem Bereich, in dem sich die Kugel 11 vom Kugelumkehrdurchlass 27 zum lastseitigen Kugeldurchlass 21 bewegt, der Weg, über den die Kugel 11 nicht gehalten oder in ihrer Bewegung ein geschränkt wird, sehr klein. Als Ergebnis dessen wird die Kraft eines Zusammenstoßes der Kugel 11 mit den Kugellaufrillen 3 der Führungsschiene 5 abgeschwächt, um so das Betriebsgeräusch des vorliegenden Führungslagers stark zu reduzieren. Wenn die Ku gel 11 durch diesen Abschnitt hindurchgeht, wird der Vektor (der durch eine Pfeilmarkie rung in Fig. 8 dargestellt ist) der Kugel 11 in Drehrichtung derselben im Wesentlichen gleich der Neigung der Abschrägungen 41, 43, wodurch die natürliche Bewegung der Kugel 11 nicht behindert wird, so dass die Leistungsfähigkeit im Betrieb und die Ge räuschcharakteristiken des vorliegenden Führungslagers im Vergleich zu herkömmli chen Führungslagern stark verbessert werden können. Beim vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel sind im übrigen die Abschrägungen 41, 43 sowohl in der Rücklaufführung 33 als auch im Lagerhauptkörper 7 ausgebildet; da aber die Abschrägung entsprechend dem Krümmungsradius R des Kugelumkehrdurchlasses 27 ausgestaltet werden muss, kann alternativ eine derartige Abschrägung nur entweder in der Rücklaufführung 33 o der im Lagerhauptkörper 7 ausgebildet sein. In dem Fall, in dem der Außendurchmesser des Abstandshalters 51 größer als der Krümmungsradius R des Kugelumkehrdurchlas ses 27 ist, kann, wie in Fig. 9 gezeigt, vorzugsweise die Länge L der Abschrägungen 41, 43 so festgelegt werden, dass verhindert wird, dass die Rücklaufführung 33 und der La gerhauptkörper 7 mit dem Abstandshalter 51 und der Rücklaufführung 33 zusammen stoßen.

Die vorliegenden Erfinder haben derartige Einflüsse auf den Wirkungsgrad im Betrieb des Führungslagers empirisch analysiert, wie sie auftreten, wenn der Abschrägungswin kel β und die Abschrägungslänge L jeweils verändert werden.

Insbesondere unter der Annahme, dass der Winkel α auf 15° und die Länge der Ab schrägungen 41, 43 auf 30% des Kugeldurchmessers 11 festgelegt sind, haben die vor liegenden Erfinder unter Verwendung der Bewegungsstrecke des Linearführungslagers 1 als Parameter eine Überprüfung der Reibungskraft durchgeführt, die auf das Linear führungslager 1 wirkt, indem die Differenz zwischen den Winkeln β und α verändert wird. Gemäß unserem Test kann der Maximalwert B der alternierend ansteigenden und abnehmenden Weite (die im Folgenden als "Vibrationen" bezeichnet wird) der Rei bungskraft auf einen relativ niedrigen Wert eingestellt werden, wenn, wie in Fig. 10 (β = α), Fig. 11 (β = α+15°) und Fig. 12 (β = α+20°) gezeigt ist, die Differenz zwischen den Winkeln β und α auf 20° oder weniger festgelegt wird. Wenn andererseits, wie in Fig. 14 (β = α+30°) die Differenz zwischen den Winkeln β und α auf mehr als 20° eingestellt wird, steigt der Maximalwert B der Vibrationen plötzlich an und es wird bestätigt, dass kein Unterschied zum herkömmlichen Führungslager gefunden werden kann, wie es in Fig. 13 (β = α+28°) gezeigt ist. Fig. 15 zeigt eine grafische Darstellung der Beziehung der Differenz zwischen den Winkeln β und α bezüglich des Maximalwerts B der Vibrationen. Wie in Fig. 15 gezeigt wird, wird für den Fall von β≦α+20° bestätigt, dass der Maximal wert B der Vibrationen beträchtlich im Vergleich zum herkömmlichen Führungslager (durch eine gestrichelte Linie in Fig. 15 dargestellt) verringert werden kann.

Außerdem haben die vorliegenden Erfinder einen weiteren Test durchgeführt, bei dem mit der Bewegungsdistanz des Linearführungslagers 1 als Parameter bei Winkeln β und α, die beide bei einem Winkel von 15° festgehalten wurden, die auf das Linearführungs lager 1 wirkenden Reibungskräfte durch Änderung der Länge L der Abschrägungen 41, 43 gemessen wurden. Gemäß diesem Test kann der Maximalwert B der Vibrationen auf einen relativ kleinen Wert eingestellt werden, wenn die Länge L der Abschrägungen 41, 43 im Bereich von 80% oder weniger des Durchmessers D einer Kugel 11 festgelegt wird, wie in den Fig. 16 (L = 10% des Durchmessers D der Kugel 11), Fig. 17 (L = 30% des Durchmessers D der Kugel 11) und Fig. 18 (L = 80% des Durchmessers D der Kugel 11) gezeigt ist. Wenn andererseits, wie in Fig. 20 (L = 100% des Durchmessers D der Kugel 11) die Länge L der Abschrägungen 41, 43 im Bereich von mehr als 80% des Durch messers D der Kugel 11 liegt, so kann bestätigt werden, dass der Maximalwert B der Vibrationen plötzlich ansteigt und es keine Unterschiede mehr zu einem herkömmlichen Führungslager gibt, wie es in Fig. 19 dargestellt ist (L = 90% des Durchmessers D der Kugel 11). Fig. 21 zeigt eine grafische Darstellung des Maximalwerts B dar Schwingun gen in Abhängigkeit von einem Verhältnis der Länge L der Abschrägungen 41, 43 zum Durchmesser D der Kugel 11. Auch gemäß Fig. 21 kann der Maximalwert B der Vibrati onen im Vergleich zu einem herkömmlichen Führungslager (in Fig. 21 durch eine gestri chelte Linie dargestellt) beträchtlich verringert werden, wenn die Länge L der Abschrä gungen 41, 43 in einen Bereich von 80% oder weniger des Durchmessers D der Kugel 11 fällt.

Dies vervollständigt die genaue Beschreibung des vierten Ausführungsbeispiels der Er findung und der Ergebnisse für die Winkel und Längen der Abschrägungen, wie sie tat sächlich in unseren Tests gemessen wurden.

Im übrigen wurde beim vierten Ausführungsbeispiel ein Aufbau unter Verwendung von Abstandshaltern beschrieben. Eine ähnliche Tendenz kann jedoch auch für den Fall erhalten werden, in dem ein Aufbau ohne Abstandshalter verwendet wird. Daher sind selbst bei einem Aufbau ohne Abstandshalter die bevorzugten Bereiche der Winkel und Länge der Abschrägungen ähnlich denen beim Aufbau mit Abstandshalter.

Des Weiteren wird beim vierten Ausführungsbeispiel als Abstandshalter ein Abstands halter aus Kunstharz verwendet. Dies ist jedoch nicht einschränkend, sondern es ist auch möglich, als einen geeigneten Abstandshalter beispielsweise einen Abstandshalter aus Metall zu verwenden.

Dies vervollständigt zwar die Beschreibung der konkreten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Linearführungslagers, die Erfindung ist jedoch nicht auf die darge stellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Beispielsweise ist in dem dargestellten Aus führungsbeispielen der Aufbau einer sogenannten projektionsförmigen aufschaufelnden Bauart (projection-shaped scoop-up-Bauart) dargestellt, dessen sich von der Endkappe zum Mittenabschnitt des Zungenabschnitts erstreckende Fläche vorspringt. Erfindungs gemäß ist es jedoch auch möglich, einen Aufbau gemäß einer sogenannten "ship- bottom scoop-up"-Bauart zu verwenden, bei der der Zungenabschnitt in ausgesparter Form ausgebildet ist. In diesem Fall ist das vordere Ende des Zungenabschnitts an einer Position gelegen, an der die Kugel von der Halterung durch die Endkappe entfernt ist und daher von der Führungsschiene berührt wird. Außerdem kann der Abstandshalter auch bei dem ersten bis dritten Ausführungsbeispiel verwendet werden. Es ist weiter möglich, nicht nur Abstandshalter von einer unabhängigen Bauart zu verwenden, wie sie beim vierten Ausführungsbeispiel dargestellt sind, sondern auch Abstandshalter einer integralen Bauweise, die miteinander zu einem integralen Körper verbunden sind. Des Weiteren kann der Gesamtaufbau der Erfindung wie auch die Formen der jeweiligen Bauteile derselben auf geeignete Weise geändert oder modifiziert werden, ohne dass vom Gegenstand der Erfindung abgewichen wird.

Wie oben beschrieben wurde, kann die Strecke, über die eine Kugel nicht in ihrer Bewe gung eingeschränkt wird, auf eine sehr kurze Strecke verringert werden, wenn gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung die Kugel durch den Bereich zwischen dem Kugelumkehrdurchlass und dem lastseitigen Kugeldurchlass hindurchgeht, wobei es möglich ist, die durch den Zusammenstoß der Kugel mit der Umfangswand des Kugel umkehrdurchlasses oder mit der Kugellaufrille oder der lastseitigen Kugelrille zu mini mieren. Außerdem ist gemäß dem ersten Gesichtspunkt der Erfindung im Verbindungs abschnitt zwischen dem Kugelumkehrdurchlass und der lastseitigen Kugelrille der Vek tor der Kugel in Drehrichtung derselben im Wesentlichen gleich der Neigung der Ab schrägungen, so dass die Kugel glatt bewegt und dadurch sowohl der Wirkungsgrad im Betrieb verbessert als auch das Geräusch verringert werden kann.

Claims

1. Linearführungslager zur Führung eines Linearbewegungskörpers entlang einer Führungsschiene mit einer Kugellaufrille, die in axialer Richtung derselben ausge bildet ist, wobei das Linearführungslager umfasst:
einen Lagerhauptkörper mit einer Lastkugelrille, die gegenüber der Kugellaufrille ausgebildet ist, um einen lastseitigen Kugeldurchlass zwischen der Kugellaufrille und der Lastkugelrille zu bilden, und mit einem rücklaufseitigen Kugeldurchlass, der so ausgebildet ist, dass er sich im Wesentlichen parallel zur Lastkugelrille er streckt;
eine Endkappe, die an einer in Bewegungsrichtung liegenden Endfläche des La gerhauptkörpers angebracht ist, wobei die Endkappe eine Rille in Form eines kon kaven Bogens zur Ausbildung eines äußeren, sich in Umfangsrichtung erstrecken den Seitenabschnittes eines bogenförmigen Kugelumkehrdurchlasses, der den lastseitigen Kugeldurchlass und den rücklaufseitigen Kugeldurchlass verbindet, sowie einen Zungenabschnitt aufweist, der den kugellaufrillenseitigen Endab schnitt der Rille in Form des konkaven Bogens bildet;
eine Rücklaufführung zwischen dem Lagerhauptkörper und der Endkappe zur Ausbildung einer inneren, in Umfangsrichtung verlaufenden Seitenabschnitte der Kugelumkehrdurchlässe; und
eine Vielzahl von Kugeln, die jeweils so angeordnet sind, dass sie durch die last seitigen Kugeldurchlässe, die rücklaufseitigen Kugeldurchlässe und die Kugelum kehrdurchlässe umlaufen,
wobei ein Winkel α zwischen einer geraden Linie, die das vordere Ende des Zun genabschnittes mit dem Krümmungsmittelpunkt des Kugelumkehrdurchlasses ver bindet, und der in Bewegungsrichtung gelegenen Endfläche des Lagerhauptkör pers, im Bereich von 5° bis 20° festgelegt wird.

2. Linearführungslager zur Führung eines Linearbewegungskörpers entlang einer Führungsschiene mit einer Kugellaufrille, die in axialer Richtung desselben ausge bildet ist, wobei das Linearführungslager umfasst:
einen Lagerhauptkörper mit einer Lastkugelrille, die gegenüber der Kugellaufrille ausgebildet ist, um einen lastseitigen Kugeldurchlass zwischen der Kugellaufrille und der Lastkugelrille zu bilden, und mit einem rücklaufseitigen Kugeldurchlass, der so ausgebildet ist, dass er sich im Wesentlichen parallel zur Lastkugelrille er streckt;
eine Endkappe, die an einer in Bewegungsrichtung liegenden Endfläche des La gerhauptkörpers angebracht ist, wobei die Endkappe eine Rille in Form eines kon kaven Bogens zur Ausbildung eines äußeren, in Umfangsrichtung verlaufenden Seitenabschnittes eines bogenförmigen Kugelumkehrdurchlasses aufweist, der den lastseitigen Kugeldurchlass und den rücklaufseitigen Kugeldurchlass verbin det, und einen Zungenabschnitt aufweist, der den kugellaufrillenseitigen Endab schnitt der Rille in Form des konkaven Bogens bildet;
eine Rücklaufführung zwischen dem Lagerhauptkörper und der Endkappe zur Ausbildung einer inneren, in Umfangsrichtung verlaufenden Seitenabschnitte der Kugelumkehrdurchlässe; und
eine Vielzahl von Kugeln, die jeweils so angeordnet sind, dass sie durch die last seitigen Kugeldurchlässe, die rücklaufseitigen Kugeldurchlässe und die Kugelum kehrdurchlässe umlaufen,
wobei eine Abschrägung mit einem Winkel β bezüglich des lastseitigen Kugel durchlasses im Endabschnitt auf der Seite des lastseitigen Kugeldurchlasses der Rücklaufführung und/oder des Lagerhauptkörpers ausgebildet ist, und
wobei eine Differenz zwischen einem Winkel α, der zwischen einer geraden Linie, die das vordere Ende des Zungenabschnittes mit dem Krümmungsmittelpunkt des Kugelumkehrdurchlasses verbindet, und der in Bewegungsrichtung gelegenen Endfläche des Lagerhauptkörpers liegt, und dem Winkel β höchstens 20° beträgt.

3. Linearführungslager nach Anspruch 2, wobei die Länge der Abschrägung in Be wegungsrichtung des Linearbewegungskörpers 80% oder weniger des Durchmes sers der Kugel beträgt.