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Die Erfindung betrifft ein Wälzkörperverbindungsband zum drehbaren Halten von Wälzkörpern, die entlang einer Bahn rollen, die von einer Laufrille und einem bewegbaren Teil, wie beispielsweise einer Linearführung, einer Kugelnutung und dergleichen, gebildet wird, und eine Bewegungsführungsvorrichtung, die mit einem solchen Wälzkörperverbindungsband versehen ist.
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Eine Linearführung ist im Allgemeinen aus einer Laufschiene, einem bewegbaren Block, der an der Laufschiene relativ zu dieser bewegbar montiert ist, und einer Anzahl von Kugeln als Wälzkörper zusammengesetzt, die zwischen der Laufschiene und dem bewegbaren Block angeordnet sind.
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8 zeigt ein Beispiel einer solchen Linearführung, bei der Kugeln 1 in einer von einer Laufschiene 2 und einem bewegbaren Block 3 gebildeten Kugellaufbahn rollen und von einer Endkappe 4 an einem Endabschnitt des bewegbaren Blocks 3 aufgenommen werden. Die Kugeln 1 rollen dann in eine Kugelrücklaufbahn 5, die in dem bewegbaren Block 3 ausgebildet ist, und kehren über eine an dem anderen Endabschnitt des bewegbaren Blocks 3 ausgebildete Endkappe 4 in die zwischen der Laufschiene 2 und dem bewegbaren Block 3 ausgebildete Kugellaufbahn zurück.
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Ein Wälzkörperhalter ist ein Teil zum Halten und Abstützen der Kugeln 1, damit diese in der Kugellaufbahn ohne Kontakt miteinander rollen und glatt laufen können.
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Bei einer Linearführung mit einem Halter des separaten Typs sind eine Mehrzahl von Abstandshaltern zwischen den Kugeln unabhängig, d. h. getrennt voneinander angeordnet.
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Andererseits sind bei einer Linearführung mit einem Halter des Verbindungstyps, wie in 9 gezeigt ist, eine Mehrzahl von Abstandshaltern 6 zwischen den Kugeln 1 angeordnet und mittels eines Bandes 7 miteinander verbunden. Zwischen zwei einander benachbarten Kugeln 1 ist jeweils ein Abstandshalter 6 angeordnet, um dadurch den Kontakt der Kugeln 1 miteinander zu verhindern. Bei dem Halter des Verbindungstyps können die Kugeln 1 in der Kugelvortriebsrichtung mit einem konstanten Abstand zwischen den einander benachbarten Kugeln 1 geführt werden, so dass die Wälzkörper sanft bewegt werden.
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Im Allgemeinen wird ein solcher Abstandshalter für die Wälzkörper mittels Spritzgießen unter Verwendung eines Kunststoffmaterials, wie Elastomer, hergestellt. Bei dem Halter des Verbindungstyps war es erforderlich, den Halter entsprechend den neuesten Anforderungen an eine kompakte Linearführung kompakt zu gestalten. Jedoch können die Kompaktheitserordernisse oft nur bei einer Struktur mit kurzer Kugelumlaufbahn erfüllt werden, und darüber hinaus ist es schwierig, das Einspritzgießverfahren durchzuführen. Außerdem ist es auch schwierig, eine hohe Festigkeit an dem Verbindungsabschnitt des Halters und des Bandes dafür sicherzustellen.
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Um die oben beschriebenen Mängel und Unzulänglichkeiten zu beheben, wurde ein Wälzkörperhalter mittels Pressen einer Metallplatte hergestellt, wie in der japanischen Patentveröffentlichung (KOKAI) Nr.
JP 2000-065053 A offenbart ist, in welcher der Wälzkörperhalter aus Metall mit einer Anzahl von Kugelhaltelöchern in einem vorbestimmten Abstand zwischen den einander benachbarten Kugeln ausgebildet ist, wobei die Kugeln in den Kugelhaltelöchern drehbar gehalten werden. Die Offenlegungsschrift
DE 10140360A1 offenbart ein Kugelbindeaggregat und die Patentschrift
US 6142671A eine Lineare-Bewegung-Führungsvorrichtung.
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Im Allgemeinen ist, wie in 8 gezeigt, eine Kugellaufbahn einer Linearführung derart gestaltet, dass eine Lastlaufbahn und eine lastfreie Rücklaufbahn, die beide linear verlaufen, an beiden Endabschnitten mittels eines Paares U-förmiger Laufrichtungsumkehrbahnen miteinander verbunden sind. Infolge dieser Struktur läuft der Wälzkörperhalter in der Kugelumlaufbahn in sich linear erstreckender Weise in der Lastlaufbahn und der lastfreien Rücklaufbahn und auch in U-förmig gebogener Weise in den Laufrichtungsumkehrbahnen. Diese Bewegungen führt der Wälzkörperhalter wiederholt in der Kugelumlaufbahn durch.
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Wenn der Wälzkörperhalter aus Metall ist, kann dieser während der Umlaufbewegung in den Laufrichtungsumkehrbahnen nicht ausreichend in die gewünschte Form gebogen werden, und daher kann der glatte Umlauf der Wälzkörper in den Bahnen behindert werden.
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Mit der Erfindung werden ein Wälzkörperverbindungsband, das aus metallischem Material zum Halten der Wälzkörper geformt ist und während des Durchlaufens der Kurvenabschnitte einer Kugelumlaufbahn mit Flexibilität gebogen wird, und eine Bewegungsführungsvorrichtung geschaffen, die mit einem solchen Wälzkörperverbindungsband versehen ist.
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Die Erfindung stellt ein Wälzkörperverbindungsband und eine Bewegungsführungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 beziehungsweise Anspruch 4 bereit. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß den oben genannten Aspekten der Erfindung weist das Wälzkörperverbindungsband eine gute Flexibilität auf, auch wenn es aus einer Metallplatte geformt ist, so dass das Wälzkörperverbindungsband in einer kreisbahnförmigen Wälzkörperumlaufbahn sanft umlaufen kann. Ferner können, da die Steifigkeit des Wälzkörperverbindungsbandes in dessen Breitenrichtung erhöht wird, die Wälzkörper ausreichend vor einem Umherwandern während deren Umlaufbewegung abgehalten werden. Darüber hinaus kann die Bewegungsgeschwindigkeit der Wälzkörper geändert werden, wenn sich die Wälzkörper von dem lastfreien Bereich in den Lastbereich oder umgekehrt bewegen. Eine solche Geschwindigkeitsänderung kann durch Ausbilden des Wälzkörperverbindungsbandes mit gewellten Spitzen- und Senkenabschnitten wirksam absorbiert werden, welche sich in Breitenrichtung des Wälzkörperverbindungsbandes erstrecken und in dessen Längsrichtung flexibel (kontrahierbar) sind. Dementsprechend können die Wälzkörper von dem lastfreien Bereich in den Lastbereich sanft bewegt werden, was sehr vorteilhaft ist.
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Die Wälzkörperaufnahmeöffnungen können an deren Umfangsabschnitt mit einer Mehrzahl von Krallen versehen sein, um die Wälzkörper in der jeweiligen Wälzkörperaufnahmeöffnung sicher zu halten.
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Die Spitzen- und Senkenabschnitte können entlang des gesamten Wälzkörperverbindungsbandes in dessen Längsrichtung ausgebildet sein.
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Gemäß diesen bevorzugten Ausführungsformen können die Wälzkörper von den mehreren Sätzen von Spitzen- und Senkenabschnitten (gewellte Struktur) in der jeweiligen Wälzkörperaufnahmeöffnung gehalten werden, so dass die Wälzkörper im Vergleich zu der herkömmlichen Struktur, bei der die Wälzkörper durch ein flaches plattenförmiges Verbindungsbandteil getragen werden, sicherer gehalten werden.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Linearführung mit einem Wälzkörperverbindungsband als Halter gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 einen Längsschnitt einer Laufschiene der Linearführung aus 1;
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3A, 3B und 3C eine Vorderansicht, Draufsicht bzw. Seitenansicht eines Wälzkörperverbindungsbandes der Linearführung aus 1;
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4 eine Seitenansicht eines Wälzkörperverbindungsbandes nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
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5 eine Seitenansicht eines Wälzkörperverbindungsbandes nach noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
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6 eine erläuternde Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Wälzkörperverbindungsbandes gemäß der Erfindung;
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7 eine erläuternde Darstellung eines anderen Verfahrens zur Herstellung eines Wälzkörperverbindungsbandes gemäß der Erfindung;
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8 einen Schnitt einer Kugelumlaufbahn einer herkömmlichen Linearführung; und
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9 einen Schnitt einer Kugelumlaufbahn einer anderen herkömmlichen Linearführung.
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Mit Bezug auf die Zeichnung werden Ausführungsform der Erfindung näher erläutert.
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1 zeigt eine Linearführung 11, an der ein Wälzkörperverbindungsband als Halter gemäß der Erfindung vorgesehen ist. Die Linearführung 11 ist eine Bewegungsführungsvorrichtung zum Führen einer linearen oder nichtlinearen Bewegung eines Teils, wie eines Maschinentisches. Die Linearführung 11 ist aus einer Laufschiene 12 als Führungsteil und einem bewegbaren Block 13 als bewegbares Teil zusammengesetzt, das an der Führungsschiene 12 relativ zu dieser bewegbar montiert ist. Der bewegbare Block 13 ist als Maschinenteil zur Führung an der Laufschiene 12 montiert. Eine Anzahl von Kugeln 14 als Wälzkörper sind zwischen der Laufschiene 12 und dem bewegbaren Teil 13 rollbar angeordnet.
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Die Laufschiene 12 hat eine in deren Längsrichtung sich linear erstreckende Struktur und beispielsweise einen rechteckigen Querschnitt. Die Laufschiene 12 ist mit einer Mehrzahl von Reihen von Kugellaufrillen 12a als Wälzkörperlaufabschnitte versehen, die eine Gleitbahn zum Abrollen der Kugeln 14 bilden. Die Laufschiene 12 wird durch Bearbeitungsvorgänge hergestellt, die Ziehen, Fräsen, Schleifen und so weiter umfassen. Ferner wird in dem Falle, in dem eine nichtlineare Bewegung eines Maschinenteils geführt wird, eine Laufschiene 12 mit einer gekrümmten Struktur verwendet.
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Der bewegbare Block 13 hat insgesamt eine portalartige Struktur mit einem im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt und ist aus einem bewegbaren Blockkörper 16 und Endplatten 17 und 18 zusammengesetzt, die an beiden Enden des Blockkörpers 16 angeordnet sind. Dieser bewegbare Blockkörper 16 ist mit einem flachen horizontalen Abschnitt 16a, welcher der oberen Fläche der Laufschiene 12 gegenüberliegt, und einem Paar Schenkelabschnitten 16b (Randabschnitten) versehen, die beiden Seitenflächen der Laufschiene 12 zugewandt sind, wenn der bewegbare Block 13 an der Laufschiene 12 montiert ist.
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Das seitliche Paar Schenkelabschnitte 16b weisen Innenflächenabschnitte auf, die mit Kugellastlaufrillen 20 als Wälzkörperlaufabschnitte versehen sind, die den in den jeweiligen Seitenflächen der Laufschiene 12 ausgebildeten Kugellaufrillen 12a zugeordnet sind und zusammen mit diesen eine Kugellastlaufbahn B bilden. Das seitliche Paar Schenkelabschnitte 16b sind auch mit Kugelrücklaufbahnen A versehen, die parallel zu den Kugellastlaufrillen 20 verlaufen. Die Kugelrücklaufbahnen A haben einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt mit einem Innendurchmesser, der etwas größer als der Durchmesser der Kugeln 14 ist.
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Die Endplatten 17 und 18 haben jeweils einen Querschnitt, der im Wesentlichen dem Querschnitt des bewegbaren Blockkörpers 16 entspricht. Wie in 2 gezeigt, ist eine U-förmige Wälzkörper-Laufrichtungsumkehrbahn an jedem Endabschnitt des bewegbaren Blockkörpers 16 ausgebildet, um die Kugeln 14 zu führen, indem diese entlang der Kugellastlaufbahn B zu der Kugelrücklaufbahn A oder umgekehrt gefördert werden. Das heißt, jede Laufrichtungsumkehrbahn wird von einer Außenumfangsseitenfläche 22, die in der jeweiligen Endplatte 17, 18 vorgesehen ist, und einer als R-Teilabschnitt geformten Innenumfangsseitenfläche 23 gebildet, die an beiden Endabschnitten des bewegbaren Blockkörpers 16 in Vortriebsrichtung vorgesehen ist. Wenn die Endplatten 17, 18 an dem bewegbaren Blockkörper 16 angepasst und montiert sind, bilden die Außen- und Innenumfangsseitenflächen 22, 23 an beiden Enden des bewegbaren Blockkörpers 16 U-förmige Richtungsumkehrbahnen C, welche die lastfreie Kugelrücklaufbahn A und die von der Kugellaufrille 12a und der Kugellastlaufrille 20 gebildete Kugellastlaufbahn B miteinander verbinden. Daher wird, wie oben erwähnt, durch Verbinden der lastfreien Kugelrücklaufbahn A, der Kugellastlaufbahn B und der U-förmigen Richtungsumkehrbahnen C miteinander die Kugelumlaufbahn in Form einer Kreisbahn gebildet.
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Der bewegbare Blockkörper 16 kann durch Spritzgießen aus metallischem Material geformt werden oder durch eine maschinelle Bearbeitung hergestellt werden, die Ziehen, Fräsen und/oder Schleifen umfasst. Ferner können die Endplatten 17 und 18 auch durch Spritzgießen aus Metall oder Kunststoff hergestellt werden.
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Die Mehrzahl von Kugeln 14, die in der Kugelumlaufbahn angeordnet sind, werden mittels eines Wälzkörperverbindungsbandes 26 drehbar gehalten. Das Wälzkörperverbindungsband 26 wird zum Beispiel durch Pressen einer dünnen Metallplatte, wie einer Federplatte aus rostfreiem Stahl, hergestellt.
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Mit Bezug auf 3A und 3B weist das Wälzkörperverbindungsband 26 eine sich in dessen Längsrichtung erstreckende Form auf, um eine Reihe von Kugeln 14 zu halten. An den Längsenden des Wälzkörperverbindungsbandes 26 sind runde Abschnitte zum glatten Einsetzen des Wälzkörperverbindungsbandes 26 in die Bahn ausgebildet, die in dem bewegbaren Block 13 gebildet ist.
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Das Wälzkörperverbindungsband 26 ist in dessen Längsrichtung mit einer Mehrzahl von Kugelaufnahmeöffnungen 26a versehen. An den Umfangsabschnitten der Kugelaufnahmeöffnungen 26a sind Krallen 27a, 27b ausgebildet, um die Kugeln 14 sicher zu halten. Das heißt, vier Krallen 27a, 27b sind an jeder Kugelaufnahmeöffnung 26a ausgebildet und erstrecken sich in diese derart hinein, dass ein diagonal angeordnetes Paar der einen Krallen 27a von einer flachen ebenen Seite des Wälzkörperverbindungsbandes 26 in die eine Richtung gefalzt sind und ein Paar der anderen Krallen 27b in die andere Richtung gefalzt sind, um dadurch eine Kugelhaltestruktur zu bilden.
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Wie aus 3C ersichtlich ist, hat das Wälzkörperverbindungsband 26 eine gewellte Struktur, bei der in dessen Längsrichtung L wechselweise eine Mehrzahl von Spitzenabschnitten 31 und Senkenabschnitten 32 flexibel expandierbar oder kontrahierbar sind. Die Spitzen- und Senkenabschnitte 31 und 32 erstrecken sich in deren Breitenrichtung W senkrecht zu der Längsrichtung L. Innerhalb eines Längenbereiches (Durchmesser) D der Kugelaufnahmeöffnung 26a in Längsrichtung des Wälzkörperverbindungsbandes 26 sind eine Mehrzahl von Sätzen der gewellten Spitzen- und Senkenabschnitte 31 und 32 ausgebildet. In anderen Worten ist der Längenbereich D der Kugelaufnahmeöffnung 26a in Längsrichtung des Wälzkörperverbindungsbandes 26 größer als der Abstand zwischen den benachbarten Spitzen- oder Senkenabschnitten 31 und 32.
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Alternativ weist das Wälzkörperverbindungsband 26 eine solche gewellte Form nur teilweise in dessen Längsrichtung anstelle über dessen gesamte Länge auf. Ferner ist die gewellte Form des Wälzkörperverbindungsbandes 26 nicht auf die in 3B und 3C gezeigte Form beschränkt, und andere Formen, wie eine Sinusform, Kreisbogenform oder dreieckige Sägezahnform, können angenommen werden, soweit diese eine Mehrzahl von Sätzen von Spitzen- und Senkenabschnitten aufweisen.
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4 zeigt eine andere Ausführungsform eines Wälzkörperverbindungsbandes 26, bei dem der Abstand P zwischen den Spitzenabschnitten 31 oder den Senkenabschnitten 32 im Wesentlichen gleich der Dicke H, d. h. der Höhe zwischen dem oberen Ende des Spitzenabschnitts 31 und dem unteren Ende des Senkenabschnitts 32, von beispielsweise 0,3 mm ist. Dieser Abstand P im Vergleich zu verschiedenen Größen von Kugeln 14, 14a, 14b äußerst gering, und eine Mehrzahl von Spitzen- und Senkenabschnitten 31 und 32 sind innerhalb des Längenbereichs D der Kugelaufnahmeöffnung 26a in Längsrichtung des Wälzkörperverbindungsbandes 26 vorgesehen.
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5 zeigt noch eine andere Ausführungsform eines Wälzkörperverbindungsbandes 26, bei dem die Dicke t1 an dem Spitzenabschnitt 31 und dem Senkenabschnitt 32 größer als die Dicke t2 an dem den Spitzenabschnitt 31 und Senkenabschnitt 32 verbindenden Zwischenabschnitt 33 ist (t1 > t2). Gemäß dieser Ausführungsform ist das Wälzkörperverbindungsband 26 an dessen Zwischenabschnitt 33 flexibel oder leicht biegbar, und daher wird das Wälzkörperverbindungsband 26 in dessen Längsrichtung leichter expandiert oder kontrahiert.
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Wie in 2 gezeigt und zuvor erwähnt, weist die Umlaufbahn, entlang welcher die Kugeln 14 rollen, eine Kreisbahnstruktur auf, die von der sich linear erstreckenden Kugellastlaufbahn B, der sich linear erstreckenden lastfreien Kugelrücklaufbahn A und einem Paar U-förmiger, die Bahnen A und B verbindenden Richtungsumkehrbahnen C gebildet wird. Diese kreisbahnförmige Kugelumlaufbahn liegt in einer Ebene, und das Wälzkörperverbindungsband 26 ist derart angeordnet, dass dessen Breitenrichtung W senkrecht zu der Ebene der Kugelumlaufbahn liegt. Die Kugelumlaufbahn ist mit einer Führungsnut zum Führen beider seitlicher Enden des Wälzkörperverbindungsbandes 26 versehen.
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Entsprechend der Bewegung des bewegbaren Blocks 13 entlang der Laufschiene 12 wird das Wälzkörperverbindungsband 26 zusammen mit den Kugeln 14 unter Belastung von dem einen Ende zu dem anderen Ende der Lastlaufbahn B bewegt, dann von der einen Endplatte 18 an dem einen Ende befördert und schließlich über die eine Richtungsumkehrbahn C in die lastfreie Rücklaufbahn A zurückgeführt. Somit wird das Walzkörperverbindungsband 26 einerseits in der Lastlaufbahn B und der lastfreien Rücklaufbahn A in sich linear erstreckender Form bewegt, und andererseits in der U-förmigen Richtungsumkehrbahn C in gebogener Form bewegt. Während einer solchen Kreisbahnbewegung in der Kugelumlaufbahn wiederholt das Wälzkörperverbindungsband 26 die oben beschriebene Bewegung.
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Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen hat das Wälzkörperverbindungsband 26 eine gewellte Form mit Spitzen- und Senkenabschnitten 31 und 32, die sich jeweils in dessen Breitenrichtung erstrecken und in dessen Längsrichtung angeordnet sind, so dass das Wälzkörperverbindungsband 26 in der Richtungsumkehrbahn leicht gebogen werden kann. Dementsprechend kann das Wälzkörperverbindungsband 26 in der kreisbahnförmigen Kugelumlaufbahn leicht und sanft umlaufen. Andererseits steigt die Steitigkeit in Breitenrichtung des Wälzkörperverbindungsbandes 26, so dass verhindert werden kann, dass die Kugeln 14 während ihrer Umlaufbewegung abdriften oder umherwandern.
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Ferner können die Kugeln 14 ihre Geschwindigkeit ändern, wenn sie sich von der lastfreien Rücklaufbahn A und dem von der Richtungsumkehrbahn C gebildeten lastfreien Bereich zu dem von der Lastlaufbahn B gebildeten Lastbereich oder von dem Lastbereich zu dem lastfreien Bereich bewegen. Außerdem kann wegen der gewellten Form des Wälzkörperverbindungsbandes 26, das in dessen Längsrichtung expandierbar ist, die Änderung der Geschwindigkeit absorbiert werden, und daher wird die Übertragungsbewegung der Kugeln 14 von dem lastfreien Bereich zu dem Lastbereich sanft durchgeführt.
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Darüber hinaus kann gemäß den Ausführungsformen des Wälzkörperverbindungsbandes 26 das Spritzgießen des Kunststoffmaterials im Wesentlichen ohne Schwierigkeiten bei der Herstellung eines kompakten Wälzkörperverbindungsbandes durchgeführt werden, und die Festigkeit an dem Verbindungsabschnitt des Wälzkörperhalteteils (Halters) und des Bandes kann im Wesentlichen ohne Probleme sichergestellt werden. Daher kann das Wälzkörperverbindungsband kompakt und mit ausreichender Festigkeit geschaffen werden. Darüber hinaus ist, da das Wälzkörperverbindungsband aus metallischem Material geformt ist, dieses bei einer hohen Temperatur sogar von mehr als 100°C verwendbar.
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6 und 7 stellen ein Verfahren zur Herstellung des Wälzkörperverbindungsbandes 26 der oben erwähnten Struktur dar. Die gewellte Form des Wälzkörperverbindungsbandes 26 wird, wie zum Beispiel in 6 gezeigt ist, durch Pressen gebildet, wobei das flache Verbindungsband zwischen einer unteren und einer oberen Form 41 und 42 zum Bilden gewellter Formen gequetscht wird. Dieser Pressvorgang wird nach dem Stanzen einer Metallplatte in eine flache Bandform oder vor dem Stanzen der Metallplatte durchgeführt. Ferner kann die gewellte Form an dem Wälzkörperverbindungsband 26, wie in 7 gezeigt ist, durch Abziehen des Metallbandes von einer Rolle und anschließendes Klemmen desselben zwischen einem Paar wellenförmig ausgebildeten Rollenformen gebildet werden.
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Obwohl in der beschriebenen Ausführungsform eine einzige Reihe der Kugellaufrille in jeder Seitenfläche der Laufschiene 12 ausgebildet ist, kann die Anzahl der Reihen und deren Anordnung in Anbetracht der Größe und Richtung der Belastung optional geändert werden. Ferner kann die Querschnittsform der Laufschiene 12 verändert werden, und außerdem können Rollen anstelle von Kugeln als Wälzkörper verwendet werden.
