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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Erfindungsbereich
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Schienenbefestigungsstruktur einer
Geradführungsvorrichtung,
und ausführlicher
ausgedrückt,
bezieht sie sich auf eine Schienenbefestigungsstruktur einer Geradführungsvorrichtung,
die vorzugsweise für
den Fall verwendet werden kann, bei dem eine Schiene und eine Basis,
auf der die Schiene befestigt ist, aus Materialien mit unterschiedlichen
thermischen Expansionskoeffizienten gefertigt sind.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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1 zeigt
ein herkömmliches
Beispiel einer Geradführungsvorrichtung.
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Eine
Geradführungsvorrichtung 1 dieses Typs
hat im Allgemeinen eine Schiene 2, die an einem Befestigungsabschnitt,
wie ein Kopf eines Bearbeitungsgeräts, fixiert ist; und einen
Gleitkörper 4,
auf dem ein bewegbares Bauteil, wie ein Tisch befestigt ist, und
der mit der Schiene 2 über
eine Vielzahl Kugeln 3 als Rotations-/Laufkörper in Eingriff ist, um entlang
der Schiene 2 eine geradlinige Bewegung durchzuführen.
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Die
Schiene 2 hat eine Kugelrotations-/Laufnut 7,
die als eine Strecke ausgebildet ist, wo die Kugeln 3 laufen
und sich drehen, und ein Gleitkörper 4 hat
auf der anderen Seite eine Kugelrotations-/Laufnut 8, die
als eine Belastungsstrecke gegenüberliegend
zu der Kugelrotations-/Laufnut 7 der
Schiene 2 ausgebildet ist, so dass sich die Kugeln 3 zwischen der
Kugelrotations-/Laufnut 7 und der Kugelrotations-/Laufnut 8 drehen
und laufen, während
sie einer Belastung ausgesetzt sind.
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Ferner
hat der Gleitkörper 4 einen
Durchgang 6, der für
umkehrende Kugeln von einem Ende zu dem anderen Ende der Kugelrotations-/Laufnut 8 ausgebildet
ist. Dieser Durchgang 6 und die zuvor erwähnte Kugelrotations-/Laufnut 8 bilden
einen endlosen Umlaufgang für
die Kugeln 3 aus. Die Kugeln 3 laufen in diesem
endlosen Umlaufgang, wobei sie der Bewegung des Gleitkörpers 4 folgen.
Auf diese Weise bewegt sich der zuvor erwähnte Gleitkörper 4 leicht entlang
der Schiene 2.
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Wenn,
wie in 2 gezeigt ist, die Schiene 2 an einer
Basis des herkömmlichen
Beispiels der Geradführungsvorrichtung 1 befestigt
wird, die den zuvor erwähnten
Aufbau aus 1 hat, wird eine Bezugsfläche 10a auf
der Basis 10 vorgesehen, und eine Seitenfläche der
Schiene wird in Anlage mit der Bezugsfläche 10a gebracht,
die an der Oberfläche der
Basis 10 mit einem Bolzen 20 befestigt ist. Ferner wird
die andere Seitenfläche
der Schiene 2 in Anlage mit einem Verstärkungsbauteil 21 gebracht,
das mit einem Bolzen 22 befestigt ist.
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Wenn,
wie zuvor beschrieben worden ist, die Schiene 2 mit dem
Bolzen 20 (oder einem Befestigungsmittel) an der Basis 10 befestigt
ist, expandieren jedoch, wenn die Schiene 2 aus einem Material gefertigt
ist, das einen anderen thermischen Expansionskoeffizienten als der
eines Materials hat, das die Basis 10 ausbildet (beispielsweise
ist die Schiene 2 aus Eisen und die Basis 10 aus
Aluminium gefertigt), durch eine Temperaturveränderung die Schiene 2 und
die Basis 10 verschieden, was dann ein Verwerfen der Schiene 2 verursacht.
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Wenn
insbesondere eine Vielzahl Geradführungsvorrichtungen 1 parallel
zueinander auf der Basis 10 angeordnet sind, und ein gemeinsamer
Tisch auf ihren Gleitkörpern 4 angebracht
ist, besteht das Problem darin, dass die Tischfläche versetzt wird. Dieses Problem
ist besonders auffällig,
wenn die geradlinige Führungsvorrichtung
in einer Umgebung mit großen
Temperaturschwankungen verwendet wird.
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Ferner
offenbart
CH 591 641
A ein Verfahren zur Befestigung von Präzisions-Führungsschienen an einem Maschinenständer, der
für jede
Führungsschiene
eine Nut aufweist, die breiter als die Führungsschiene selber ist, so
dass in der Nut zwischen der Führungsschiene
und einer Flanke der Nut ein wellenförmiges Federstahlband eingesetzt
wird.
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Aus
der
US 5 501 528 A ist
eine Schienenbefestigungsstruktur bekannt, bei der die Schienen
entlang beider Seiten mit verschieden gestalteten in Längsrichtung
der Schienen verlaufenden Vorsprüngen
33,
53 oder
Einbuchtungen
27,
28,
41 versehen sind.
Diese Vorsprünge
oder Einbuchtungen der Schienen kommen in Eingriff mit Einbuchtungen
33,
52 oder
Vorsprüngen
26,
32,
44,
einer Basis
20 wodurch die Schiene in der Basis befestigt
wird. Ferner offenbart
US
5 501 528 A in Längsrichtung
der Scheine verlaufende Druckbauteile, die in eine Nut
42 eingeführt sind
und durch Federn
43 gegen Einbuchtungen
41 der
Schienen vorgespannt sind. Diese Druckbauteile dienen dazu, ein
Spiel zwischen Schienen und Basis bzw. Fertigungsungenauigkeiten
auszugleichen.
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Wenn
unterschiedliche Materialien für
Schienen und Basis verwendet werden, deren Expansionskoeffizient
verschieden ist, werden sich die Materialien bei Temperaturveränderungen
verschieden ausdehnen, was zu Verwerfungen der Schienen führen kann.
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ÜBERBLICK DER ERFINDUNG
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Es
ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schienenbefestigungsstruktur
einer Geradführungsvorrichtung
zu schaffen, die einen Expansionsunterschied zwischen Schienen und
Basis entgegenwirken kann.
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Die
Aufgabe wird mit den Merkmalen des geltenden Anspruchs 1 gelöst.
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Bei
der erfindungsgemäßen Schienenbefestigungsstruktur
einer geradlinigen Führungsvorrichtung
ist das Druckbauteil ein kugelförmiger
Körper, der
unter Druck in eine Vielzahl Löcher
eingeführt wird,
die mit vorbestimmten Abständen
auf der inneren Seitenfläche
einer Seite der Nut offen sind, so dass der kugelförmige Körper die
Seitenfläche
der Schiene drückt.
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Wie
zuvor beschrieben worden ist, ist das Druckbauteil ein kugelförmiger Körper, und
ein Kontakt zwischen der Seitenfläche einer Seite der Schiene
und des kugelförmigen
Körpers
ist ein punktueller. Selbst wenn ein thermischer Expansionsunterschied zwischen
der Schiene und der Basis verursacht wird, gleitet der Kontaktabschnitt
des kugelförmigen
Körpers
entlang der Seitenfläche
auf einer Seite der Schiene, um den thermischen Expansionsunterschied
zu Absorbieren, und um demgemäß keine Verwerfung
der Schiene zu verursachen.
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Ferner
ist die Schienenbefestigungsstruktur der Geradführungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass eine Druckkraft des kugelförmigen
Körpers durch
ein Druckkraftverstärkungsbauteil
verstärkt wird,
das in das Loch eingeführt
ist, wo der kugelförmige
Körper
unter Druck eingeführt
ist.
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Wie
zuvor beschrieben worden ist, wird durch Einführen des Druckkraftverstärkungsbauteils unter
Druck in das Loch, wo der kugelförmige
Körper unter
Druck eingeführt
worden ist, die Druckkraft des kugelförmigen Körpers durch das Druckbauteil
verstärkt,
und die Schiene wird fest fixiert. Selbst wenn gleichzeitig mit
diesem ein thermischer Expansionsunterschied zwischen der Schiene
und der Basis verursacht wird, gleitet ein Kontaktabschnitt des
kugelförmigen
Körpers
entlang der Seitenfläche
einer Seite der Schiene, um den thermischen Expansionsunterschied
zu absorbieren, und um demgemäß keine Verwerfung
der Schiene zu verursachen.
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Ferner
ist die Schienenbefestigungsstruktur der Geradführungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet,
dass das Druckbauteil ein kugelförmiger
Körper ist,
der durch ein Haltemetallbauteil gehalten wird, und dass das Metallbauteil,
das den kugelförmigen Körper hält, unter
Druck in eine Vielzahl Löcher
eingeführt
ist, die mit vorbestimmten Abständen
auf der inneren Seitenfläche
der Nut offen ist, so dass der kugelförmige Körper die Seitenfläche der
Schiene drückt.
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Für den Fall,
dass der Metallkörper,
der den kugelförmigen
Körper
hält, unter
Druck in eine Vielzahl Löcher
eingeführt
ist, die mit einem vorbestimmten Abstand auf der inneren Seitenfläche einer
Seite der Nut offen sind, so dass der kugelförmige Körper die Seitenfläche auf
einer Seite der Schiene, gleich dem zuvor erwähnten, drückt, ist, wie zuvor beschrieben
worden ist, die Seitenfläche
einer Seite der Schiene in einem punktuellen Kontakt mit dem kugelförmigen Körper. Selbst
wenn ein thermischer Expansionsunterschied zwischen der Schiene
und der Basis verursacht wird, gleitet der Kontaktabschnitt des
kugelförmigen
Körpers
entlang der Seitenfläche einer
Seite der Schiene, um den thermischen Expansionsunterschied zu absorbieren,
und um demgemäß keine
Verwerfung in der Schiene zu verursachen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Strukturbeispiel einer Geradführungsvorrichtung gemäß dem Stand
der Technik.
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2 ist
eine Schnittansicht, die ein Beispiel einer Schienenbefestigungsstruktur
einer Geradführungsvorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik zeigt.
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3 ist
eine Schnittansicht (entlang D-D aus 4), die
ein anderes Beispiel der Schienenbefestigungsstruktur der Geradführungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt.
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4 ist
eine Seitenansicht, die ein Beispiel der Schienenbefestigungsstruktur
der Geradführungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt.
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5 ist
eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Schienenbefestigungsstruktur
der Geradführungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt.
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6 ist
eine Schnittansicht, die ein Beispiel der Schienenbefestigungsstruktur
der Geradführungsvorrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt.
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7 zeigt
ein Verschiebungsausmaß einer Schiene,
was durch eine erhitzte Basis einer herkömmlichen Schienenbefestigungsstruktur
einer Geradführungsvorrichtung
verursacht wird.
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8 zeigt
ein Verschiebungsausmaß einer Schiene,
was durch eine erhitzte Basis der Schienenbefestigungsstruktur der
Geradführungsvorrichtung gemäß der Erfindung
verursacht wird.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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3 und 4 zeigen
ein Strukturbeispiel der Schienenbefestigungsstruktur der Geradführungsvorrichtung
gemäß der Erfindung. 3 ist eine
Schnittansicht (entlang D-D aus 4), und 4 ist
eine Seitenansicht.
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In 3 und 4 ist
gleich dem zuvor erwähnten
Beispiel die Basis 10 aus einem Material (beispielsweise
Aluminium) gefertigt, das einen anderen thermischen Expansionskoeffizienten
als der eines Materials (beispielsweise Stahl) hat, das die Schiene 2 ausbildet.
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Die
Basis hat einen gurtförmigen
Basisbefestigungsabschnitt 11 zum Befestigen der Schiene 2.
An einem Mittelpunktsabschnitt dieses Basisbefestigungsabschnitts 11 ist
eine gurtförmige
Nut 12 ausgebildet, in die ein Bodenabschnitt der Schiene 2 eingeführt ist.
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Auf
einem Seitenwandabschnitt 11a der Nut 12 sind
mit einem vorbestimmten Abstand eine Vielzahl Löcher 13 vorgesehen,
die zu einer Seitenfläche der
Nut 12 offen sind, und die parallel zu der Oberfläche der
Basis 10 und vertikal zu einer Seitenfläche angeordnet sind. Der Bodenabschnitt
der Schiene 2 ist in die Nut 12 eingeführt, und
Stahlkugeln 14 sind in die Löcher unter Druck eingeführt, so
dass eine Seitenfläche
der Schiene 2 in die Nut 12 gedrückt wird,
und dass die entgegengesetzte Seitenfläche der Schiene 2 in
Richtung auf eine innere Seitenfläche eines entgegengesetzten
Seitenwandabschnitts 11b gedrückt wird, wodurch die Schiene 2 in
die Nut 12 der Basis 10 fixiert wird.
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Wie
zuvor beschrieben worden ist, gleiten Kontaktabschnitte der Stahlkugeln 14 hinsichtlich
der einen Seitenfläche
der Schiene 2, um den thermischen Expansionsunterschied
zu absorbieren, indem die Stahlkugeln 14 in die entsprechenden
Löcher 13 eingeführt werden,
die in dem Seitenwandabschnitt 11a der Nut 12 ausgebildet
sind, und indem die Seitenfläche
der Schiene 2 in Richtung auf die Seitenfläche der
Nut 12 gedrückt
wird, wodurch die Schiene an der Basis 10 fixiert wird,
selbst wenn ein Unterschied durch eine Temperaturveränderung
zwischen einer thermischen Expansion der Schiene 2 und
der der Basis 10 in der Längsrichtung der Schiene 2 auftritt.
Demgemäß tritt
in der Schiene 2 kein Verwerfen auf.
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5 zeigt
ein anderes Beispiel der Schienenbefestigungsstruktur der Geradführungsvorrichtung
gemäß der Erfindung.
Die Schienenbefestigungsstruktur unterscheidet sich von der in 3 und 4 gezeigten
Schienenbefestigungsstruktur hinsichtlich einer Verstärkung einer
Druckkraft der Stahlkugel 1, die unter Druck in das Loch 13 eingeführt ist,
wobei ein Stift 15 als ein Druckverstärkungsbauteil von der Rückseite
der Stahlkugel 14 unter Druck eingeführt wird, und wobei konkave
Abschnitte 16 auf der Oberfläche des Seitenwandabschnitts 11a an
einer Position verstemmt werden, die dem Stift 15 entspricht,
wodurch der Stift 15 fixiert wird.
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Wie
zuvor beschrieben worden ist, wird durch Einführen und Fixieren der Stifte 15 von
der Rückseite
der Stahlkugeln 14 die Druckkraft der Stahlkugeln 14 zum
Drücken
der Seitenfläche
der Schiene 2 und die Befestigung der Schiene 2 verstärkt. Selbst
wenn gleichzeitig mit diesem ein thermischer Expansionsunterschied
zwischen der Schiene 2 und der Basis 10 verursacht
wird, gleiten gleich der Schienenbefestigungsstruktur aus 3 und 4 die
Kontaktabschnitte des Stahlkugeln 14 mit einer Seitenfläche der
Schiene 2, um den thermischen Expansionsunterschied zu
absorbieren, und um in der Schiene keine Verwerfung zu verursachen.
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6 zeigt
ein weiteres Beispiel der Schienenbefestigungsstruktur der geradlinigen
Führungsvorrichtung
gemäß der Erfindung.
Bei dieser Schienenbefestigungsstruktur wird anstelle eines Stiftes 15,
der das Druckverstärkungsbauteil
der Schienenbefestigungsstruktur aus 5 ist, ein
speziell angefertigtes Metallbauteil 17 verwendet, um die
Stahlkugel 14 zu halten. Das Metallbauteil 17,
das die Stahlkugel 14 hält,
ist in das Loch 13 unter Druck eingeführt, und ein konkaver Abschnitt 16 ist
durch Verstemmen auf der Oberseite des Seitenwandabschnitts 11a ausgebildet,
wodurch das Metallbauteil 17 fixiert ist.
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Das
Metallbauteil 17 hat ein Kopfende, wo der konkave Abschnitt 17a ausgebildet
ist, um die Stahlkugel 14 zu halten. Wenn die Schienenbefestigungsstruktur
einen derartigen Aufbau hat, ist es ebenfalls möglich, eine Wirkung zu erzielen,
die annähernd
gleich der der Schienenbefestigungsstruktur aus 3 und 4 ist.
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7 und 8 zeigen
Beispiele eines Verformens der Schiene 2, wenn die Basis 10 erhitzt wird. 7 zeigt
einen Fall der herkömmlichen Schienenbefestigungsstruktur,
bei der die Schiene 2 durch Bolzen an der Basis fixiert
ist, wie in 2 gezeigt ist, während 8 einen
Fall der Schienenbefestigungsstruktur gemäß der Erfindung zeigt.
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In 7 zeigen
Kurven A, B, C, D, E, F, G und H ein Verschiebungsausmaß δ (μm) der Schiene (die
aus Eisen gefertigt ist) 2, wenn die Basis (die aus Aluminium
gefertigt ist) 10 auf 22,6°C, 40,5°C, 58,8°C, 70,7°C, 75,1°C, 81,7°C, 85,1°C und 91,2°C erhitzt wird.
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In 8 zeigen
Kurven A, B, C und D Verschiebungsausmaße δ (μm) der Schiene (die aus Eisen
gefertigt ist) 2, wenn die Basis (die aus Aluminium gefertigt
ist) 10 jeweils auf 90,5°C,
80,6°C, 41,0°C und 21,4°C erhitzt
wird.
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Bei
der herkömmlichen
Schienenbefestigungsstruktur aus 7 wird hinsichtlich
eines Verschiebungsausmaß der
Schiene 2, die durch die Kurve A bezeichnet ist, wenn die
Basistemperatur 22,6°C
beträgt,
das Verschiebungsausmaß δ zum größten Teil
verändert,
wenn die Heiztemperatur erhöht
wird, wie durch die Kurven B, C, D, E, F, G und H gezeigt ist, während bei
der Schienenbefestigungsstruktur aus 8 gemäß der Erfindung
hinsichtlich eines Verschiebungsausmaß der Schiene 2, die
durch die Kurve D gekennzeichnet ist, wenn die Basistemperatur 21,4°C beträgt, das
Verschiebungsausmaß δ sich nicht
beträchtlich
verändert,
wenn die Heiztemperatur erhöht
wird, wie durch die Kurven C, B und A gezeigt ist.
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Es
sollte angemerkt werden, dass bei dem zuvor erwähnten Beispiel die Stahlkugeln 14 als Druckbauteile
zum Drücken
einer Seitenfläche
der Schiene 2 verwendet werden. Jedoch ist das Druckbauteil
nicht auf eine kugelförmige
Gestalt begrenzt, sondern kann ebenfalls beispielsweise eine bogenförmige Oberfläche oder
eine konvexe Oberfläche
eines Paraboloids, d. h. eine Oberfläche haben, die einen punktuellen
Kontakt mit einer Seitenfläche
der Schiene 2 vorsieht.
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Ferner
wurde bei dem zuvor erwähnten
Beispiel die Schiene der Geradführungsvorrichtung 1 beschrieben,
die die Kugeln 3 als Rotations-/Laufbauteile verwenden.
Jedoch ist die Geradführungsvorrichtung
nicht auf dieses beschränkt.
Die Erfindung kann ebenfalls auf eine Schienenbefestigungsstruktur
der Geradführungsvorrichtung
angewendet werden, die Walzen als Rotations-/Laufbauteile verwenden.
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Erfindungsgemäß ist das
Druckbauteil derart vorgesehen, um die Seitenfläche der Schiene in Richtung
auf die innere Seitenfläche
der Nut zu drücken.
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Demgemäß wird durch
dieses Druckbauteil die Seitenfläche
der Schiene gedrückt,
um die entgegengesetzte Seite der Schiene an die innere Seitenfläche der
Nut zu drücken,
oder um durch das Druckbauteil beide Seitenflächen der Schiene zu drücken, so
das die Schiene fixiert ist. Selbst wenn ein thermischer Expansionsunterschied
zwischen der Schiene und der Basis verursacht wird, gleitet demgemäß der Kontaktabschnitt
des Druckbauteils entlang der Seitenfläche der Schiene und absorbiert
den thermischen Expansionsunterschied. Demgemäß wird in der Schiene keine
Verwerfung verursacht.
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Da
ferner die Oberfläche
des Druckbauteils, das in Kontakt mit der Schienenseitenfläche ist,
eine konvexe Oberfläche
hat, sind die Schienenseitenfläche
und die konvexe Oberfläche
wie ein punktueller oder wie ein linearer Kontakt miteinander in
Kontakt. Selbst wenn demgemäß ein thermischer
Expansionsunterschied zwischen der Schiene und der Basis verursacht
wird, gleitet der Kontaktabschnitt der konvexen Gestalt entlang
der Seitenfläche
der Schiene, um den thermischen Expansionsunterschied zu absorbieren,
und um keine Verwerfung bei der Schiene zu verursachen.
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Wenn
ferner das Druckbauteil ein kugelförmiger Körper ist, ist der Kontakt zwischen
einer Seitenfläche
der Schiene und dem kugelförmigen
Körper
ein punktueller Kontakt. Selbst wenn demgemäß ein thermischer Expansionsunterschied
zwischen der Schiene und der Basis verursacht wird, gleitet der Kontaktabschnitt
des kugelförmigen
Körpers
entlang einer Seitenfläche
der Schiene, um den thermischen Expansionsunterschied zu absorbieren,
und um demgemäß keine
Verwerfung der Schiene zu verursachen.
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Durch
Einführen
des Druckverstärkungsbauteils
unter Druck in das Loch, wo der kugelförmige Körper unter Druck eingeführt worden
ist, wird ferner die Druckkraft des kugelförmigen Körpers durch das Druckbauteil
verstärkt,
und die Schiene ist fest fixiert. Selbst wenn gleichzeitig mit diesem
ein thermischer Expansionsunterschied zwischen der Schiene und der
Basis verursacht wird, gleitet der Kontaktabschnitt des kugelförmigen Körpers entlang
einer Seitenfläche
der Schiene, um den thermischen Expansionsunterschied zu absorbieren,
und um demgemäß keine
Verwerfung bei der Schiene zu verursachen.
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Ferner
kann ein Metallbauteil, das einen kugelförmigen Körper hält, unter Druck in eine Vielzahl Löcher eingeführt werden,
die an vorbestimmten Abständen
auf der inneren Oberfläche
einer Seite der Nut offen sind, um eine Seitenfläche der Schiene zu drücken. In
diesem Fall ist ebenfalls wie in der in Anspruch 4 beanspruchten
Erfindung eine Seitenfläche der
Schiene in Kontakt mit dem kugelförmigen Körper, um den punktuellen Kontakt
herzustellen. Selbst wenn ein thermischer Expansionsunterschied
zwischen der Schiene und der Basis verursacht wird, gleitet der
Kontaktabschnitt des kugelförmigen
Körpers
entlang einer Seitenfläche
der Schiene, um den thermischen Expansionsunterschied zu absorbieren, und
um demgemäß keine
Verwerfung bei der Schiene zu verursachen.