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Die Erfindung betrifft eine Linearantriebsvorrichtung, insbesondere eine Linearantriebsvorrichtung mit einer hohen Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last.
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Die Linearkugelführung dient als wichtige Linearantriebsvorrichtung, die als Antriebseigenschaften über hohe Leistung und Präzision verfügt und somit in großem Umfang auf unterschiedlichen Arten von Trägergeräten verwendet wird. Es wird beim Einsatz bevorzugt berücksichtigt, wie die Linearkugelführung unter ruhender Solllast steht und welche Starrheit die Linearkugelführung bezüglich dieser besitzt, von denen die nach unten drückende ruhende Solllast und die Starrheit bezüglich der nach unten drückenden ruhenden Last besonders wichtig sind. Allgemein gibt es eine positive Korrelation zwischen der ruhenden Solllast, unter der die Linearkugelführung stehen kann, und der Anzahl der Kugelbahnen bzw. dem Quadrat des Durchmessers der Kugel, weshalb die ruhende Solllast im Industriebereich meist durch die Vergrößerung des Durchmessers der Kugel oder die Vergrößerung der Anzahl der Kugelbahnen erhöht wird. Allerdings sind die nach unten drückende ruhende Solllast und die Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last der konventionellen Linearkugelführung gemäß der Ausführung nicht besonders verstärkt bzw. weisen im Normalfall eine niedrigere Belastbarkeit auf.
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In 1 wird das in den USA angemeldete Patent „Linearkugelführung 10” mit der Nummer US 6 132 093 A gezeigt, welches eine herkömmliche Technik zum Verstärken der nach unten drückenden ruhenden Solllast und der Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last betrifft. Die Linearkugelführung 10 gemäß dem oben genannten Patent besteht aus einem Schlitten 11, der verschiebbar über einer Schiene 12 gelagert ist, wobei zwischen der Schiene 12 und dem Schlitten 11 vier Kugelbahnen 13 angeordnet sind. Bei der Linearkugelführung 10 ist hauptsächlich die Anzahl der Kugelbahnen 13 von den herkömmlichen zwei Bahnen auf vier Bahnen vergrößert. Dabei befinden sich die zwei Bahnen auf der Oberseite der Schiene 12, wobei sich die zwei anderen Bahnen jeweils auf beiden Seiten der Schiene 12 befinden. Die ruhende Solllast, unter der die Linearkugelführung 10 stehen kann, wird durch die Vergrößerung der Anzahl der Kugelbahnen 13 erhöht. Allerdings können die zwei sich auf der Oberseite der Schiene 12 befindenden Bahnen 13 der Anordnung der vier Kugelbahnen 13 der Linearkugelführung 10 nach allein nur unter der nach unten drückenden Last und unter überhaupt keiner seitlichen Last stehen, wobei die zwei sich auf beiden Seiten befindenden Bahnen allein nur unter der seitlichen Last und unter überhaupt keiner nach unten drückenden Last stehen können. Im Allgemeinen können die nach unten drückende und die seitliche Belastbarkeit nicht gemeinsam wesentlich erhöht werden. Obwohl sich die nach unten drückende Belastbarkeit teilweise erhöht, ist diese Belastbarkeit wegen der schlechten seitlichen Belastbarkeit für die meisten Verwendungszwecke nicht ausreichend. Außerdem müssen die Oberseite und die Flanken der Schiene 12 wegen der auf der Oberseite und den Flanken der Schiene 12 vorgesehenen Wälzrinnen, die die Kugeln 13 aufnehmen, in der Bearbeitung jeweils einmal gefräst werden. Durch die zweimaligen Bearbeitungsabläufe werden die Bearbeitungskosten wesentlich erhöht und die Produktivität wird entsprechend gesenkt, wodurch wirtschaftliche Nachteile entstehen. Bei den zweimaligen Bearbeitungsabläufen liegen unterschiedliche Maßstäbe für die Verarbeitung an, so dass die entsprechenden Lagen der Wälzrinne der Oberseite bzw. der Flanken abweichen, wodurch die Positionsgenauigkeit der Kugelschienenführung verringert wird.
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In 2 wird das in den USA angemeldete Patent „Linearkugelführung 20” mit der Nummer US 8 414 190 B2 gezeigt, welche ebenso aus einem Schlitten 21 besteht, der verschiebbar über einer Schiene 22 gelagert ist, wobei bei der Linearkugelführung 20 die Anzahl der Kugelbahnen 23 von den herkömmlichen zwei Bahnen auf acht Bahnen vergrößert ist. (Auf beiden Seiten der Schiene 22 sind jeweils vier Bahnen angeordnet.) Darunter sind außerdem die vier Bahnen der Anordnung der Wälzrinnen an der Schiene 22 auf der Oberseite der Schiene 22 angeordnet, wobei sich die vier anderen Bahnen auf den beiden Seiten der Schiene 22 befinden, die bezüglich einander aber schräg in der Bauform des sich verjüngenden Unterteils stehen, wodurch die Oberseite und die Flanken der Schiene 22 ebenso in der Bearbeitung jeweils einmal gefräst werden müssen. Durch die mehrmaligen Bearbeitungsabläufe sind die Mängel bei diesem Patent dieselben wie beim oben genannten, zum Beispiel die Tatsache, dass die Bearbeitungskosten wesentlich erhöht werden, die Produktivität entsprechend gesenkt wird, wirtschaftliche Nachteile entstehen und die Positionsgenauigkeit verringert wird. Darüber hinaus vergrößert sich das Ausmaß der Linearkugelführung 20 gemäß dieser Ausführung mit acht Kugelbahnen, so dass der normale Verwendungsbedarf nicht gedeckt werden kann.
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JP H04-73421 A offenbart eine Linearkugelführung mit einer Schiene und einem darauf beweglichen Schlitten, wobei zu beiden Seiten der Schiene in spiegelsymmetrischer Weise jeweils vier Wälzrinnen angeordnet sind, denen entsprechende Wälzrinnen in dem Schlitten entsprechen. Die vier Wälzrinnen sind zudem auch spiegelsymmetrisch bezüglich der Horizontalen angeordnet.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Linearkugelführung und beschäftigt sich hauptsächlich damit, die gesamte ruhende Solllast zu erhöhen, wodurch die Mängel in Form der Zunahme der Bearbeitungsabläufe und der Absenkung der Produktivität durch die konventionelle Ausführung der Kugelschienenführung zum Erhöhen der Belastbarkeit behoben werden können sowie die Abweichungen der entsprechenden Positionen der Wälzrinnen und somit die Verringerung der Treffgenauigkeit der Kugelschienenführung aufgrund unterschiedlicher Maßstäbe bei der Durchführung der zweimaligen Bearbeitungsabläufe vermieden werden können, wobei die Starrheit der Kugelschienenführung, insbesondere eine hohe Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last, gleichzeitig erhöht werden kann. Darüber hinaus nehmen die Ausmaße der Linearmaschine gemäß der Erfindung nicht zu, so dass der konventionelle Anwendungsbedarf weiter gedeckt werden kann.
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Zum Adressieren der genannten Punkte verfügt die erfindungsgemäße Linearkugelführung über das Folgende:
Eine Schiene, die längs einer X-Achse länglich und als ein Streifen ausgeführt ist, wobei die Achsen, die zur X-Achse orthogonal stehen, als Y-Achse und Z-Achse festgelegt sind, wobei die Z-Achse orthogonal zur Y-Achse steht. Von den zwei Enden der Schiene längs der X-Achse betrachtet ist die Struktur der Schiene insgesamt gegenüber einer Symmetrieachse symmetrisch angeordnet. Längs der Z-Achse betrachtet ist die Schiene in Reihe in ein Kopfteil, ein Halsteil und ein Bodenteil aufgeteilt, wobei sich das Kopfteil im Vergleich mit dem Bodenteil auf der Z-Achse in positiver Richtung befindet, wohingegen sich das Bodenteil im Vergleich mit dem Kopfteil der Z-Achse in negativer Richtung befindet. Die größte Breite des Kopfteils längs der Y-Achse beträgt eine Breite des Kopfteils, die kleinste Breite des Halsteils längs der Y-Achse beträgt eine Breite des Halsteils sowie die größte Breite des Bodenteils längs der Y-Achse beträgt eine Breite des Bodenteils, wobei die Breite des Halsteils kleiner ist als die Breite des Kopfteils und die Breite des Bodenteils. Darüber hinaus sind auf beiden Seiten der Symmetrieachse der Schiene jeweils drei Wälzrinnen angeordnet,
ein Schlitten, der über eine Schienenausnehmung verfügt und mittels dieser verschiebbar über der Schiene gelagert ist, wobei die Schienenausnehmung den jeweiligen Wälzrinnen entsprechend sechs Wälzrillen aufweist,
mehrere Kugeln, die sich rollbar zwischen den jeweiligen Wälzrinnen und den Wälzrillen befinden und durch die folgenden Eigenschaften gekennzeichnet sind:
Auf den beiden Seiten der Symmetrieachse des Kopfteils der Schiene sind jeweils eine obere Wälzrinne, eine mittlere Wälzrinne und eine untere Wälzrinne angeordnet, wobei die Lagen der jeweiligen oberen Wälzrinnen längs der Z-Achse der Schiene höher sind als die Lagen der jeweiligen mittleren Wälzrinnen längs der Z-Achse der Schiene, wobei die Lagen der jeweiligen mittleren Wälzrinnen längs der Z-Achse der Schiene höher sind als die Lagen der jeweiligen unteren Wälzrinne längs der Z-Achse der Schiene, und
zwischen den jeweiligen Kugeln und den jeweiligen Wälzrinnen entsteht jeweils eine Kontaktstelle, die eine Normale aufweist. Der von der Normale der jeweiligen oberen Wälzrinnen, mittleren Wälzrinnen mit der Z-Achse in positiver Richtung gebildete Winkel (der als ein Kontaktwinkel der jeweiligen oberen Wälzrinnen und der jeweiligen mittleren Wälzrinnen festgelegt wird) beträgt 20 bis 70 Grad, wobei der von der Normalen der jeweiligen unteren Wälzrinnen mit der Z-Achse in negativer Richtung gebildete Winkel (der als ein Kontaktwinkel der jeweiligen unteren Wälzrinnen festgelegt wird) 20 bis 70 Grad beträgt. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der zwei Kugeln längs der Y-Achse, die sich in den zwei oberen Wälzrinnen befinden, beträgt einen ersten Abstand des Mittelpunkts d1, und die Breite des Halsteiles W2 ist größer als der Wert berechnet aus dem ersten Abstand des Mittelpunkts der Kugel d1 minus den Durchmesser D einer Kugel (W2 > d1 – D).
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Gemäß der Erfindung ist die gesamte ruhende Solllast über die zwischen der Schiene und dem Schlitten angeordneten sechs Kugelbahnen erhöht, wobei die Breite des Halsteils demgemäß so ausgeführt ist, dass die Starrheit der Schiene, insbesondere eine hohe Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last, erhalten wird. Darüber hinaus sind die Wälzrinnen gemäß der Erfindung, in denen sich die Kugeln befinden, auf beiden Seiten des Kopfteils der Schiene symmetrisch angeordnet, um in der seitlichen Bearbeitung lediglich einmal gefräst werden zu müssen, wodurch die Bearbeitungsabläufe vereinfacht werden, die Produktivität und wirtschaftliche Vorteile erhöht werden sowie die Abweichungen der entsprechenden Positionen der Wälzrinnen auf der Oberseite und den Flanken aufgrund unterschiedlicher Maßstäbe bei der Durchführung der zweimaligen Bearbeitungsabläufe und somit die Verringerung der Treffgenauigkeit der Kugelschienenführung vermieden werden können. Zusätzlich brauchen die Ausmaße aufgrund des Raumkonzepts und der optimalen Ausführung nicht erhöht zu werden, um den konventionellen Bedarf decken zu können.
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1 Schematische Darstellung einer herkömmlichen Kugelschiene, bei der die Belastbarkeit unter nach unten drückender Last verbessert ist
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2 Schematische Darstellung einer anderen herkömmlichen Kugelschiene, bei der die Belastbarkeit unter nach unten drückender Last verbessert ist
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3 Schematische Darstellung der Erfindung
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4 Seitenansicht der Erfindung 5 Ansicht der erfindungsgemäßen Schiene
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6 Schematische Darstellung der Bearbeitung der erfindungsgemäßen Schiene
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7 Vergleichsdiagramm der Daten der ruhenden Solllast gemäß der Erfindung mit denen der herkömmlichen Produkte
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8 Vergleichsdiagramm der Daten der Starrheit bezüglich der nach unten drückenden und der seitlichen Last gemäß der Erfindung mit denen der herkömmlichen Produkte
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9 Verhältnisdiagramm zwischen der nach unten drückenden und der seitlichen ruhenden Solllast bei der Änderung des Kontaktwinkels gemäß der Erfindung
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Die bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Linearkugelführung werden in 3 bis in 9 gezeigt. Dies sind:
Eine Schiene 30, die längs einer X-Achse länglich und als ein Streifen ausgeführt ist, wobei die Achsen, die zur X-Achse orthogonal stehen, als Y-Achse und Z-Achse festgelegt sind, wobei die Z-Achse orthogonal zur Y-Achse steht. Von den zwei Enden der Schiene 30 längs der X-Achse betrachtet ist die Struktur der Schiene 30 insgesamt gegenüber einer Symmetrieachse L symmetrisch angeordnet. Längs der Z-Achse betrachtet ist die Schiene 30 in Reihe in ein Kopfteil 31, ein Halsteil 32 und ein Bodenteil 33 aufgeteilt, wobei sich das Kopfteil 31 im Vergleich mit dem Bodenteil 33 auf der Z-Achse in positiver Richtung befindet, wohingegen sich das Bodenteil 33 im Vergleich mit dem Kopfteil 31 auf der Z-Achse in negativer Richtung befindet. Die größte Breite des Kopfteils 31 längs der Y-Achse beträgt eine Breite des Kopfteils W1, die kleinste Breite des Halsteils 32 längs der Y-Achse beträgt eine Breite des Halsteils W2 sowie die größte Breite des Bodenteils 33 längs der Y-Achse beträgt eine Breite des Bodenteils W3, wobei die Breite des Halsteils W2 kleiner ist als die Breite des Kopfteils W1 und die Breite des Bodenteils W3. Darüber hinaus sind auf beiden Seiten der Symmetrieachse L der Schiene 30 jeweils drei Wälzrinnen angeordnet, wobei die Wälzrinnen auf beiden Seiten der Schiene 30 gegenüber der Symmetrieachse L symmetrisch angeordnet sind. Gemäß der Ausführungsform sind am Kopfteil 31 der Schiene 30 auf beiden Seiten der Symmetrieachse L jeweils eine obere Wälzrinne 311, eine mittlere Wälzrinne 312 und eine untere Wälzrinne 313 angeordnet, wobei sich die jeweiligen oberen Wälzrinnen 311 längs der Z-Achse der Schiene 30 höher befinden als die jeweiligen mittleren Wälzrinnen 312 längs der Z-Achse der Schiene 30 und sich die jeweiligen mittleren Wälzrinnen 312 längs der Z-Achse der Schiene 30 höher befinden als die jeweiligen unteren Wälzrinnen 313 längs der Z-Achse der Schiene 30. Gemäß der Erfindung sind die jeweiligen oberen Wälzrinnen 311 und die jeweiligen mittleren Wälzrinnen 312 an der oberen Hälfte des Kopfteils 31 vorgesehen, wobei die jeweiligen unteren Wälzrinnen 313 an der unteren Hälfte des Kopfteils 31 vorgesehen sind,
ein Schlitten 40, der über eine Schienenausnehmung 41 verfügt und mittels dieser verschiebbar über der Schiene 30 gelagert ist, wobei die Schienenausnehmung 41 den jeweiligen oberen Wälzrinnen 311, den jeweiligen mittleren Wälzrinnen 312 und den jeweiligen unteren Wälzrinnen 313 entsprechend sechs Wälzrillen 411 aufweist,
mehrere Kugeln 50, die sich rollbar zwischen den jeweiligen Wälzrillen 411 und den Wälzrinnen 311, 312, 313 befinden. Die Kugeln 50 weisen einen Durchmesser D auf. Wenn sich die Kugeln 50 in den jeweiligen Wälzrinnen 311, 312, 313 befinden, beträgt der Abstand zwischen den Mittelpunkten der zwei Kugeln 50 in den zwei oberen Wälzrinnen 311 längs der Y-Achse einen ersten Abstand des Mittelpunkts d1, wobei der Abstand zwischen den Mittelpunkten der zwei Kugeln 50 in den zwei mittleren Wälzrinnen 312 längs der Y-Achse einen zweiten Abstand des Mittelpunkts d2 beträgt bzw. der Abstand zwischen den Mittelpunkten der zwei Kugeln 50 in den zwei unteren Wälzrinnen 313 längs der Y-Achse einen dritten Abstand des Mittelpunkts d3 beträgt. Die Breite des Halsteils W2 ist jeweils zum Decken des Bedarfs der Ausführungsform kleiner als der zweite Abstand des Mittelpunkts der Kugeln d2 und der dritte Abstand des Mittelpunkts der Kugeln d3. Abgesehen davon, dass die Starrheit der Linearkugelführung mit der Querschnittsfläche zu tun hat und als die kleinste Querschnittsfläche der Schiene 30 das Halsteil 32 gilt, die die Starrheit der Bauform wesentlich beeinflusst, weshalb die Breite des Halsteils W2 gemäß der Ausführungsform zum Erhöhen der Starrheit der Linearkugelführung größer ist als der erste Abstand des Mittelpunkts der Kugeln d1 (W2 > d1), um die ideale Starrheit zu erreichen. Gegebenenfalls kann die Breite des Halsteils W2 bei speziellem Bedarf in einem begrenzten Raum aufgrund der Konstruktion größer sein als der Wert berechnet aus dem ersten Abstand des Mittelpunkts der Kugeln d1 minus dem Durchmesser einer Kugel 50 (W2 > d1 – D), um die nächst bessere Starrheit W2 > (d1 – den Durchmesser der Kugel) zu erreichen. Wenn der dritte Abstand des Mittelpunkts der Kugeln d3 dabei vergrößert wird, kann eine Störung in der Bearbeitung zwischen den unteren Wälzrinnen 313 und dem Halsteil 32 vermieden werden, weshalb der dritte Abstand des Mittelpunkts der Kugeln d3 gemäß der Ausführung vergrößert werden kann bzw. die Breite des Halsteils W2 bevorzugt kleiner ist als der Wert berechnet aus dem dritten Abstand des Mittelpunkts der Kugeln d3 minus dem Durchmesser einer Kugel.
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Darüber hinaus entsteht beim Vorhandensein der jeweiligen Kugeln 50 in den jeweiligen Wälzrinnen 311, 312, 313 laut der Hypothese und Definition der Hertzschen Kontakttheorie, die auch für die erfindungsgemäßen Kugeln 50 und die Wälzrinnen 311, 312, 313 gilt, jeweils eine Kontaktstelle T zwischen den Kugeln 50 und den jeweiligen Wälzrinnen 311, 312, 313. Durch die Kontaktstellen T auf den Kontaktflächen der Kugeln 50 bzw. der jeweiligen Wälzrinnen 311, 312, 313 entsteht eine Normale N, wobei die Normalen N der Kugeln 50 in den jeweiligen oberen Wälzrinnen 311 bzw. in den jeweiligen mittleren Wälzrinnen 312 jeweils mit der Z-Achse in positiver Richtung einen Winkel bilden, der als Kontaktwinkel α festgelegt wird. Der vom Berühren der jeweiligen oberen Wälzrinnen 311 und der jeweiligen mittleren Wälzrinnen 312 mit den Kugeln 50 entstandene Kontaktwinkel α beträgt 20 bis 70 Grad. Wenn der Kontaktwinkel α vom Ausführungskonzept her kleiner als 20 Grad ist, werden die Kontaktflächen zwischen den Kugeln 50 bzw. den jeweiligen Wälzrinnen 311, 312, 313 auch kleiner, wodurch die Kontaktflächen unter geringerer Belastung stehen, wohingegen die Kugeln 50 bzw. die jeweiligen Wälzrinnen 311, 312, 313 bei einem Kontaktwinkel α, der größer als 70 Grad ist, längs der Z-Achse unter geringerer Belastung stehen, wodurch eine hohe Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last, die Aufgabe der Erfindung, nicht erreicht werden kann. Bevorzugt beträgt der Kontaktwinkel α zum Vermeiden der Probleme durch Instabilität aufgrund des Ausführungskonzepts und zum Erhöhen der Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last, in der die Aufgabe der Erfindung besteht, 30 bis 50 Grad, wobei der ideale Winkel gemäß der Ausführung 40 Grad beträgt. Damit die Deformationszustände der jeweiligen Kugeln 50 und der jeweiligen Wälzrinnen 311, 312 nach Belastung im Einklang stehen, ist zusätzlich zu erwägen, dass der Kontaktwinkel α der jeweiligen oberen Wälzrinnen 311 bevorzugt gemäß der Ausführung dem der jeweiligen mittleren Wälzrinnen 312 entspricht. Genauso bilden die Normalen N der Kugeln 50 in den jeweiligen unteren Wälzrinnen 313 jeweils mit der Z-Achse in negativer Richtung einen Winkel, der ebenso als Kontaktwinkel α festgelegt wird, wobei der vom Berühren der jeweiligen unteren Wälzrinnen 313 mit den Kugeln 50 entstandene Kontaktwinkel α 20 bis 70 Grad, bevorzugter 30 bis 50 Grad und am bevorzugtesten 40 Grad beträgt.
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Der Aufbau, die Zusammensetzung und die Merkmale der erfindungsgemäßen Linearkugelführung sind wie oben beschrieben. Besonders hervorzuheben ist, dass die erfindungsgemäßen jeweiligen Wälzrinnen 311, 312, 313 symmetrisch auf beiden Seiten der Schiene 30 bzw. keine Wälzrinnen auf der Oberseite der Schiene 30 angeordnet sind, weshalb in der Bearbeitung der Schiene 30, wie in 6 gezeigt, beide Seiten der Schiene 30 jeweils mittels eines seitlichen Fräselements A lediglich einmal, gleichzeitig und ohne anschließend nach oben oder in andere Richtungen gefräst werden zu müssen, gefräst werden können, wodurch die Bearbeitungsabläufe vereinfacht werden können, die Produktivität erhöht werden kann sowie mehre wirtschaftliche Vorteile erzielt werden können, wobei die entsprechenden Abweichungen zwischen den Wälzrinnen auf der Oberseite und denen auf den Flanken und somit die Verringerung der Positionsgenauigkeit der Kugelschienenführung aufgrund unterschiedlicher Maßstäbe bei der Durchführung der zweimaligen Bearbeitungsabläufe aus der herkömmlichen Technik vermieden werden können.
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Beider Belastbarkeit der Erfindung bezüglich der ruhenden Solllast besteht ein positiver Zusammenhang zwischen der ruhenden Solllast und der Gesamtanzahl der Kugeln pro Kugelbahn bzw. der gesamten Kugelbahnen der Kugelschienenführung, wobei es gemäß der Erfindung insgesamt sechs Kugelbahnen gibt und somit eine höhere ruhende Solllast im Vergleich mit konventioneller Kugelschienenführung mit zwei oder vier Kugelbahnen zur Verfügung steht. Außerdem beeinflusst die Querschnittsfläche der Bauform wesentlich die Starrheit der Struktur, wobei gemäß der Erfindung zusätzlich zu der Vergrößerung der Anzahl der Bahnen der Kugeln 50 noch die Breite des Halsteils W2 besonders wie genannt so festgelegt wird, dass sowohl die Starrheit der Schiene 30 nicht wegen der Verringerung der Breite des Halsteils W2 aufgrund der Vergrößerung der Anzahl der Bahnen der Kugeln 50 beeinträchtigt wird, als auch gemäß der Erfindung die Starrheit der Schiene 30 bei der Vergrößerung der Anzahl der Bahnen der Kugeln 50 bzw. derweilen dem Erhalten der Breite des Halsteils W2 sicher erhöht und die Lebensdauer des Produkts verlängert wird. Um die Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last besonders zu verbessern und die nach unten drückende Solllast zu erhöhen, sind gemäß der Erfindung vier Wälzrinnen 311, 312 an der oberen Hälfte des Kopfteils 31 angeordnet (jeweils zwei Wälzrinnen auf beiden Seiten ergeben insgesamt vier Wälzrinnen), wobei an der unteren Hälfte des Kopfteils 31 nur zwei Wälzrinnen 313 angeordnet sind (wie in 4 gezeigt). Das heißt, dass die oberen Wälzrinnen 311 und die mittleren Wälzrinnen 312 an der oberen Hälfte des Kopfteils 31 vorgesehen sind sowie die unteren Wälzrinnen 313 an der unteren Hälfte des Kopfteils 31 vorgesehen sind. In 7 wird im Vergleichsdiagramm gezeigt, dass die ruhende Solllast gemäß der Erfindung deutlich besser ist als die der zwei anderen herkömmlichen Produkte. In 7 stellt die Hochachse die ruhende Solllast der Linearkugelführung dar, wobei die linke Säule A die nach unter drückende ruhende Solllast gemäß der Erfindung darstellt, die mittlere Säule B die nach unten drückende ruhende Solllast der Linearkugelführung darstellt, die die gleichen Ausmaße wie die vorliegende Erfindung aufweist, und die rechte Säule C die verbesserte nach unten drückende ruhende Solllast gemäß der herkömmlichen Linearkugelführung darstellt. Wie in 7 gezeigt, ist die erfindungsgemäße nach unten drückende ruhende Solllast sowohl viel höher als die der konventionellen Linearkugelführungen als auch wesentlich höher als die nach unter drückende ruhende Solllast der verbesserten herkömmlichen Linearkugelführung (der Vergleich basiert auf gleichen Maßen).
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Darüber hinaus gibt es eine positive Korrelation auch zwischen der Starrheit der Schiene der Kugelschienenführung und der Anzahl der Kugelbahnen, weshalb eine höhere Starrheit gemäß der Erfindung mit der Ausführung von sechs Kugelbahnen besteht als bei konventionellen Ausführungen mit zwei bzw. vier Kugelbahnen. In 8 wird im Vergleichsdiagramm der Daten gezeigt, dass die Starrheit bezüglich der nach unten drückenden und der seitlichen Last gemäß der Erfindung deutlich besser ist als die bei den herkömmlichen Produkten. In 8 stellt die Hochachse die Starrheit bezüglich der nach unten drückenden und der seitlichen Last der Linearkugelführung dar, wobei die Säule A die Starrheit der Linearkugelführung gemäß der Erfindung darstellt, die Säule B die Starrheit der konventionellen Linearkugelführungen und die Säule C die verbesserte Starrheit gegen die nach unten drückende Last gemäß der herkömmlichen Linearkugelführung. Die erfindungsgemäße Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last ist viel besser als sowohl die der konventionellen Linearkugelführungen, die die gleichen Ausmaße wie diese Erfindung aufweisen, als auch deutlich besser als die verbesserte Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last gemäß der herkömmlichen Linearkugelführung, wobei die Starrheit bezüglich der seitlichen Last gemäß der Erfindung nicht nur viel besser ist als die Starrheit der konventionellen Linearkugelführungen, die die gleichen Ausmaße wie die vorliegende Erfindung aufweisen, sondern auch viel besser ist als die verbesserte Starrheit bezüglich der nach unten drückenden Last gemäß der herkömmlichen Linearkugelführung (der Vergleich basiert auf gleichen Maßen).
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Zudem beträgt besonders der Kontaktwinkel α zwischen den jeweiligen Kugeln 50 und den Wälzrinnen 312 gemäß der Erfindung 20 bis 70 Grad. In 9 wird die Datenabbildung der Änderung des erfindungsgemäßen Kontaktwinkels α und der nach unten drückenden und der seitlichen ruhenden Solllast gezeigt. In 9 stellt die Hochachse die ruhende Solllast der Linearkugelführung dar, wobei die durchgezogene Linie (gezeichnet mit dreieckigen Datenpunkten) die nach unten drückende ruhende Solllast bzw. die gestrichelte Linie (gezeichnet mit runden Datenpunkten) die seitliche ruhende Solllast darstellt. Obwohl die nach unten drückende ruhende Solllast beim Verkleinern des Kontaktwinkels α erhöht werden kann, wird die seitliche ruhende Solllast entsprechend noch wesentlicher gesenkt. In 9 wird gezeigt, dass die seitliche ruhende Solllast kontinuierlich sinkt, wenn der Kontaktwinkel α kleiner als 20 Grad ist, sich die nach unten drückende ruhende Solllast aber verlangsamt erhöht, wohingegen die nach unten drückende ruhende Solllast kontinuierlich sinkt, nachdem der Kontaktwinkel α größer als 70 Grad ist, sich die seitliche ruhende Solllast aber nicht deutlich erhöht. Das heißt, wenn der Kontaktwinkel α kleiner als 20 Grad oder größer als 70 Grad ist, wird die gewünschte Zunahme der ruhenden Solllast nicht nur nicht deutlich erhöht, sondern die ruhende Solllast der anderen Richtungen sinkt wesentlich. Da die Anforderung bei konventionellen Fördervorrichtungen an die Linearkugelführungen normalerweise ist, unter nach unten drückender und seitlicher ruhender Solllast zu stehen, beträgt der Kontaktwinkel α bevorzugt 20 bis 70 Grad. Da überdies die nach unten drückende ruhende Solllast, wie die in 9 gezeigte Kurve, bei einem Kontaktwinkel α von 50 Grad ungefähr der seitlichen ruhenden Solllast entspricht und die Aufgabe der Erfindung in der Erhöhung der Starrheit bezüglich nach unten drückender Kräfte besteht, ist der Kontaktwinkel α bevorzugt kleiner als 50 Grad ausgeführt, damit die nach unten drückende ruhende Solllast größer als die seitliche ruhende Solllast ist. Da zudem mehr als die Hälfte des Höchstwerts der seitlichen ruhenden Solllast, wie durch die Kurve der seitlichen ruhenden Solllast gezeigt ist, bei einem Kontaktwinkel α von 30 Grad erreicht wird, d. h. bei derjenigen Ausführung ein erhebliches Maß der seitlichen ruhenden Solllast bereits vorhanden ist, ist der Kontaktwinkel α größer als 30 Grad ausgeführt, damit die seitliche ruhende Solllast auch berücksichtigt wird. Daher beträgt der Kontaktwinkel α gemäß dieser Ausführung vorzugsweise mehr als 30 Grad, der Kontaktwinkel α bevorzugt 30 bis 50 Grad bzw. ist der Kontaktwinkel α am bevorzugtesten als 40 Grad ausgeführt. In diesem Zustand ist die nach unten drückende ruhende Solllast deutlich höher als die seitliche ruhende Solllast, in dem Sinne, dass sowohl die Belastbarkeit bezüglich nach unten drückender Kräfte erheblich erhöht wird als auch eine substanzielle Belastbarkeit bezüglich seitlicher Kräfte zur Verfügung steht, wodurch sich die Erfindung durch eine hohe nach unten drückende ruhende Solllast auszeichnet und der Bedarf von hohen nach unten drückenden Lasten gedeckt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Linearkugelführung
- 11
- Schlitten
- 12
- Schiene
- 13
- Kugel
- 20
- Linearkugelführung
- 21
- Schlitten
- 22
- Schiene
- 23
- Kugel
- 30
- Schiene
- 31
- Kopfteil
- 311
- Obere Wälzrinne
- 312
- Mittlere Wälzrinne
- 313
- Untere Wälzrinne
- 32
- Halsteil
- 33
- Bodenteil
- 40
- Schlitten
- 41
- Schienenausnehmung
- 411
- Wälzrille
- 50
- Kugel
- X
- X-Achse
- Y
- Y-Achse
- Z
- Z-Achse
- W1
- Breite des Kopfteils
- W2
- Breite des Halsteils
- W3
- Breite des Bodenteils
- L
- Symmetrieachse
- d1
- Erster Abstand des Mittelpunkts der Kugeln
- d2
- Zweiter Abstand des Mittelpunkts der Kugeln
- d3
- Dritter Abstand des Mittelpunkts der Kugeln
- T
- Kontaktstelle
- α
- Kontaktwinkel
- N
- Normale
- A
- Seitliches Fräselement
