DE1750853A1

DE1750853A1 - Kugelfuehrungselement

Info

Publication number: DE1750853A1
Application number: DE19681750853
Authority: DE
Inventors: Newman William G
Original assignee: Beaver Precision Products Inc
Current assignee: Beaver Precision Products Inc
Priority date: 1967-06-22
Filing date: 1968-06-12
Publication date: 1971-04-08
Also published as: US3467447A

Description

Patentanmeldung

Beaver Precision Products Incorp«, 1170 Big Beaver Road, Troy, Michigan 48 084, ITSA

Kugelführungselement
Zusatz zu Patentanmeldung P 1 525 036.9

Die Erfindung betrifft ein in aich geschlossenes Kugelführungselement, welches geeignet ist, ein Teil auf einem anderen Teil und relativ zu diesem beweglich zu lagern, beispielsweise eine Führungsbahn einer Werkzeugmaschine, und welches mit einem oder mehreren geschlossenen Pfaden versehen ist, in denen die Lagerkugeln zirkulieren. In jedem Pfad laufen die Kugeln durch eine aktive Strecke, wo die Kugeln aus dem Führungselement hervorstehen und zwischen einer inneren Lagerfläche in dem Führungselement und einem der Teile, beispielsweise der Oberfläche einer Führungsbahn, abrollen.

In der Hauptanmeldung P 1 525 056.9 ist ein Kugelführungselement dieser Art beschrieben, welches einen geschlossenen Block aufweist, der eine obere Fläche und eine ebene untere Fläche besitzt, zwei Löcher, die sich durch den Block von der oberen Fläche zu der unteren Fläche erstrecken und kurz vor .deren Ende angeordnet sind, eine endlose Reihe von Kugeln, die untereinander gleich und im Durchmesser kleiner sind als diese Löcher und die Seite an Seite in der Form einer langgestreckten endlosen Schleife angeordnet sind und Endreihen heben,

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die in den besagten löchern angeordnet sind und dazwischenliegende obere und untere Reihen, die eich längs der besagten oberen und unteren Fläche in rollendem Kontakt mit dieser erstrecken, eine getrennte Grundplatte, die an die besagte untere Fläche angeklemmt ist und einen nach oben offenen Kanal bildet, der schmaler ist als der Durchmesser der Kugeln und der die Kugeln der unteren Reihe fesselt und die letzteren in die unteren Enden der Löcher und aus denselben führt, wobei der Kanal einen Bodenschutz aufweist, der enger ist als der Kugeldurchmesser, und die unteren Teile der Kugeln durch diesen hindurchragen, so daß sie rollenden Kontakt mit einer Trägerfläche haben, und eine Deckplatte, die auf die obere Fläche geklemmt ist und einen kanalförmigen Laufweg für die Kugeln der besagten oberen Reihe bildet und die letzteren in die oberen Enden der besagten Löcher und aus denselben führt.

Die vorliegende Erfindung betrifft hauptsächlich Verbesserungen hinsichtlich der Konstruktion des Kugelführungselementes der besagten früheren Anmeldung, und insbesondere bezweckt die Erfindung, die Möglichkeit von Fehlfunktionen dadurch zu vermindern, daß die Querkräfte, die die Kugeln bei ihrem Weg längs der aktiven Bahn auf den Körper des Kugelführungeelementes ausüben, auf einem Mindestmaß gehalten werden.

Nach der Erfindung werden diese Aufgaben gelöst, indem die Breite des Kanals nur geringfügig größer ist als der Durchmesser der Kugeln und daß die Teile der Grundplatte auf gegenüberliegenden Seiten des Kanals verhältnismäßig starr sind.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben:

OWetNAL INSPECTED 109815/1610 _₃_

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Pig.1 ist eine perspektivische Ansicht, bei welcher !eile weggebrochen und im Schnitt dargestellt sind, eines Kugelführungselements, welches angebracht ist, um einen Schlitten auf einer Führung gleitend zu tragen und welches nach der älteren Patentanmeldung P 1 525 O36.9 aufgebaut ist.

Fig.2 ist eine perspektivische Ansicht des Kuge!führungselements aus einem anderen Winkel gesehen.

Fig.3 ist ein Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig.2.

Fig.4 ist eine vergrößerte, abgebrochen dargestellte Schnittansicht durch eine aktive Kugelführung längs der Linie 4—4- in Fig.3.

Fig.5 ist eine abgebrochen dargestellte Schnittansicht längs der Linie 5-5 in Fig.4.

Fig.6 ist eine Ansicht ähnlich Fig.5 und zeigt das I

Ergebnis von Querkräften, die auf die Lagerkugeln ausgeübt werden.

Fig.7 ist eine abgebrochen dargestellte Schnittansicht einer abgewandelten Form der Erfindung.

Fig.8 ist eine abgebrochen dargestellte Schnittansicht längs der Linie 8-8 in Fig.7.

Fig.9 ' ist eine Draufsicht einer anderen abgewandelten Ausführungsform der Erfindung.

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Pig.10 ist eine vergrößerte, abgebrochen dargestellte — Sehnittaneieht—längs -der- Linie—}0-40-in -F-ig. 9.- ■—

Fig.11 eine abgebrochen dargestellte Schnittansicht längs der Linie 11-11 in Mg. 10.

Pig.12 ist eine abgebrochen dargestellte Schnittansicht und zeigt eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung.

Pig.13 ist eine abgebrochen dargestellte Schnittansicht längs der Linie 13-13 in Pig.12 und

Pig.14 ist eine abgebrochen dargestellte Schnittansicht längs der Linie H-14 in Pig. 12.

Die Erfindung betrifft "Verbesserungen des Kugelführungselements der älteren Patentanmeldung P 1 525 036.9. Das Kuge!führungselement ist in den Piguren 1-3 der Zeichnungen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und bestimmt, ein bewegliches Teil 11 (Pig.3), beispielsweise einen Schlitten einer Werkzeugmaschine, geradlinig beweglich auf einer Führung 12 zu tragen. Das Führungselement 10 ist" an dem Schlitten anbringbar und mit einem oder mehreren geschlossenen Pfaden 13 versehen, auf welchen eine Mehrzahl von Lagerkugeln 14 zirkuliert. In diesem Beispiel sind vier solche Pfade vorgesehen und jeder Pfad weist eine aktive Strecke 15» eine parallele Rücklaufstrecke 16 und Verbindungsstrecken 17 und 18 auf, die an jedem Ende des Führungselemente angeordnet sind und die aktive und die Rücklaufstrecke miteinander verbinden.

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COPY -5-

Wenn die Kugeln 14 längs der aktiven Strecke 15 jedes Pfades wandern, so laufen sie auf einer Lagerflache 19, die innen

— in—dem—Führu-ngseleme^tt 10—gebil-dei -wird- und -die -parallel·-Zxl,

der Oberfläche 20 der Führung 12 verläuft. Gleichzeitig ragen die Kugeln auf diesem Weg durch das Führungselement hindurch und rollen auf der Führung 12 ab. Wenn somit die Kugeln längs .der Pfade 15 zirkulieren, tragen sie den Schlitten 11 hin- und herbeweglich auf der Führung 12, indem sie zwischen der oberfläche 19 und der Führung 20 abrollen. Wenn die Kugeln sich längs des Rücklaufpfades bewegen, rollen sie auf einer anderen Oberfläche 19a ab, welche parallel zu der Oberfläche ist. Das Führungselement besteht aus drei Teilen 21, 22 und 23, die einzeln Teile jedes Pfades 13 bilden und ag. leicht bearbeitbaren Oberflächen zusammenpassen, so daß sie nach dem Zusammenbau zusammen den gesamten Pfad bilden. So ist der Teil 21 ein Block, welcher den G-rundkörper des Führungselements darstellt und welcher zwischen die Teile 22 und 23 gelegt ist, die 'auch in der Form von Blöcken oder Platten ausgebildet sind.

Die untere Platte 22 ist mit vier Nuten oder Kanälen gegossen, welche die aktiven Wege 15 für die vier Pfade 13 bilden, und der Grund dieser Nuten endet in Schlitzen 15a, welche durch die Außenseite der Platte 22 hindurch offen sind. Wie am deutlichsten in Fig.4 dargestellt ist, hat jede NUt 15 parallele Seitenwände 24, die in einem geringfügig größeren Abstand voneinänder^Xiegen als der Durchmesser der Kugeln 14 beträgt, so daß ein freier Durchgang der Kugeln von einem Ende der Nut zu dem anderen möglich ist. Der äußere Teil jeder Nut wird von geneigten Wänden 25 gebildet, die mit den Seitenwänden 24 zusammenlaufen. Die Dicke der Platte 22 ist etwas geringer als der Durchmesser der Kugeln, so daß, wenn die Kugeln an der Oberfläche 19 des Grundkörperblockaa 21 abrollen, sie duroh die Schlitze 15a und über die äußere Seite der unteren Platte 22 hinausragen und auf dar Führung 12 laufen.

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Zur gleichen Zeit bilden die Wände 25 Schlitze 15a, die schmaler sind als die Kugeln und verhindern, daß die Kugeln aus den Nuten 15 herausfallen, wenn das führungselement 10 von dem Schlitten und der Führung 12 getrennt ist.

Wie am deutlichsten in den Figuren 4, 5 und 6 gezeigt ist, sind die !Peile 22a der Platte 22, die die Nuten 15 bilden, so konstruiert und angeordnet, daß sie die Querkräfte, die auf die Lagerkugeln 14 ausgeübt werden, unterhalb einer Größe halten, bei welcher eine Fehlfunktion des Führungselementes wahrscheinlich ist. Zu diesem Zweck sind die Nuten innerhalb der Grenzen der Herstellungstoleranzen so eng wie möglich gemacht und in der Praxis nur wenige tausei&tel Zentimeter breiter als der Durchmesser der Lagerkugeln. Weiterhin sind die Streifenteile 22a der Platte längs der Seiten der Nuten so hergestellt, daß sie vergleichsweise starr sind und sich nicht unter denjenigen Querkräften deformieren, die erzeugt werden. Auf diese Weise wird der Schlußsteineffekt vermindert und ebenso die Möglichkeit einer Fehlfunktion infolge des Schlußsteineffekts.

Der Schlußsteineffekt (keystoning effect) und die Art und Weise, wie dieser eine Fehlfunktion hervorrufen kann, sind in den Figuren 5 und 6 veranschaulicht, bei welchen das Spiel übertrieben dargestellt ist, um die Darstellung deutlicher zu machen. Wenn die Kugeln 14 längs des aktiven Weges 15 wandern, werden sie gegeneinander versetzt infolge des Spiels zwischen den Kugeln und den Wänden der Nuten. Somit liegt eine Kugel an der rechten Wandung (Fig.5) während die Kugeln auf beiden Seiten derselben an der linken Wandung anliegen. Da die Kugeln unter Last stehen, übt jede Kugel eine Kraft auf die benachbarten Kugeln aus, und die Richtung jeder solcher Kraft verläuft längs der Linie, welche die Mittelpunkte der Kugeln verbindet.

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Beispielsweise sind die Kräfte, die auf die mittlere Kugel in Pig.5 ausgeübt werden, durch die Pfeile a und b dargestellt. Infolge der Versetzung der Kugeln stehen diese Kräfte unter einem kleinen Winkel zur Bewegungsrichtung der Kugeln und haben Querkomponenten, die, wenn sie zueinander addiert werden, eine Querkraft auf die mittlere Kugel ausüben, wie sie durch den Pfeil c angedeutet ist. Die "Kugel überträgt natürlich diese Querkraft auf den Streifenteil 22a der Platte 22. Die ßröße der Querkraft ist direkt proportional dem Spiel der Kugeln in der Hut.

Wenn die Querkraft c groß genug ist, den Streifenteil 22a zu verbiegen, erregt sich der Schlußsteineffekt selbst. Mit anderen Worten: Diese Verbiegung erhöht den Versatz der Kugeln und das erhöht die Größe der Querkraft. Das erzeugt weitere Verbiegung des Streifenteils 22a, welche weiterhin die Größe der Querkraft erhöht. Diese Wirkung setzt sich fort, bis der Streifenteil bricht. Die Erhöhung der Querkraft nach Verbiegen des Streifenteils ist durch die Kraftpfeile a, b und c in Figur 6 dargestellt. Bei der vorliegenden Konstruktion ist die Möglichkeit eine* solchen Fehlfunktion bei normalem Betrieb auf einem Minimum gehalten, indem das Spiel und damit die Größe der Querkraft so klein wie möglich gehalten wird und indem die Streifenteile 22a starr genug gemacht werden, um einer anfänglichen Verbiegung unter dem Einfluß dieser Kräfte zu wiederstehen.. Die Selbsterregungswirkung beginnt daher von vornherein nicht.

Die Kugelführung 22, der Grundkörper 21 und die Kugelrückftibrung sind miteinander durch Nieten 33 verbunden, die sich durch fluchtende löcher erstrecken, welche in diese Teile in der Nähe beider Enden gebohrt sind.

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Vorzugsweise sind die Meten hohl und die Enden derselben in

- G&genbohrungen--3? -und -38-~ ffiig-i-1-) d-en-äußeren -Seiten der

Kugelführung und der Kugelrückführung umgebogen, so daß die Meten vollständig unterhalb der Oberflächen 29 und 30 angeordnet sind.

Man kann die hohlen Nieten 33 ausnutzen, um das Kuge!führungselement -10 direkt an dem Schlitten 11 oder an einer dazwischen gesetzten Platte 39 zu montieren; wie in Figur 3 dargestellt ist, ist die Platte an der Unterseite des Schlittens durch Schrauben 40 befestigt, die sich durch Löcher 41 in der Platte erstrecken und in den Schlitten eingeschraubt sind. An der Montageplatte sind Stifte 42 befestigt, einer an jedem Ende derselben, die sich nach unten erstrecken und von den hohlen Nieten 33 aufgenommen werden.

Infolge geringfügiger Fertigungsungenauigkeiten können die Platten 22 und 23 und der Block 21 nicht genau fluchtend sein, in welchem Falle die Kugeln 14 gewisse Schwierigkeiten haben können, in die Löcher ein- oder aus diesen auszutreten, die die Wege 17 und 18 in dem Block 21 verbinden. Das kann vermieden werden, wie in Fig.7 und 8 dargestellt ist, in denen entsprechende Teile durch das gleiche Bezugszeichen, aber mit einem Strich bezeichnet sind. So sind die Eingänge und die Ausgänge der Löcher unter ungefähr einem Winkel von 45° weggeschnitten, wie bei 50 und 51 angedeutet. Die Ausschnitte sind im Querschnitt bogenförmig, wobei der Durchmesser der Ausschnitte der gleiche ist wie der Durchmesser der Löcher. Somit haben die Ausschnitte eine Tränentropfenform, wie in Fig.15 dargestellt ist.

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Wenn eine Lagerkugel 14 in den aktiven Weg 15 eintritt, so wird sie durch den unteren Ausschnitt 15 geführt. Es ist daher ~wi chtIgT"d"aF~dIe~ltchse~d ^ierse"ä~Äusschnitt s ^fFrg-.-8-)-±n-der-. - gleichen Vertikalebene liegt wie die Mittellinie der Hut. Auf diese Weise führt der Ausschnitt die Kugel in eine zentrierte lage in der Uut. Wenn die Achse des Ausschnittes unter .einem Winkel stünde, würde der Ausschnitt die Kugel nach einer Seite zwingen, und das würde eine zusätzliche Querkraftkomponente auf die vorhergehende Kugel ausüben und den vorhin beschriebenen Schlußsteineffekt erhöhen.

Das nach der Erfindung konstruierte Kugelführungselement kann auch so angeordnet sein, daß es ein rotierende^ Teil trägt. Eine solche Anordnung ist in den Figuren 9> 10 und 11 dargestellt, in denen ähnliche Teile durch die gleichen, aber doppelt gestrichenen Bezugszeichen bezeichnet sind. Wie in den anderen Ausführungsbeispielen ist-das Führungselement aus einer Führungsplatte 22", einem Iagerblock 21" und einer Rückführplatte 23" hergestellt. In diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch die Uuten 52, 53 und 54 gekrümmt und bilden Bogen von konzentrischen Kreisen, die ihren Mittelpunkt bei e (Pig-9) haben. Somit sind die Radien der drei Kurven die Abstände, die mit R1, R2 und R3 bezeichnet sind. Im Idealfall wäre der Mittelpunkt e auch der Drehpunkt des von dem Führungsglied getragenen Teils, aber in der Praxis können die beiden Mittelpunkte um bis zu einigen Zentimetern gegeneinander versetzt sein. Vorzugsweise sind die Nuten 55 in der Rückführplatte 23" auch bogenförmig, obwohl diese Muten auch geradlinig sein können.

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Die in Pig. 9_f 10 und 11 aufgezeichnete Ausführungsform hat auch den Lagerblock bei 50" und 51" weggeschnitten. In diesem Beispiel liegt jedoch die Achse jedes Ausschnitts in einer Ebene, die tangential zu dem Bogenzentrum f der zugehörigen Nut im Punkte g am Ende des Ausschnitts liegt.

Um weiter sicherzustellen, daß die Lagerkugeln unter Last längs einer geraden Linie laufen und nicht seitlich abgelenkt werden, können die Pfade der Kugeln zusätzlich durch Nuten in dem Lagerblock definiert werden. Eine solche Anordnung ist in der Abwandlung dargestellt, die in den Figuren 12, 13 und 14 gezeigt ist, bei welcher ähnliche Teile durch das gleiche, aber,dreifach gestrichene Bezugszeichen bezeichnet sind. Zu diesem Zweck ist die Unterseite des Blocks 21*" mit Längsnuten 52 versehen, die genau zu den Pfaden 15''' zentriert sind und an jedem Ende in die Tränentropfenausschnitte 51¹¹¹ übergehen. Vorzugsweise sind die Nuten im Querschnitt gekrümmt, und der Krümmungsradius ist ungefähr der gleiche wie der Radius jeder Kugel 14"'. Somit wird die Tragfähigkeit der Anordnung erhöht, da die Kugeln an dem Lagerblock 21 '' · mit Linienberührung statt mit Punktberührung anliegen. Ähnliche Nuten 52a können an der Oberseite des Blocks gebildet werden, so daß der letztere mit jeder beliebigen Seite nach unten zusammengebaut werden kann.

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Claims

Patentanaprüohe

1. Kugelführungaelement nach einem der Ansprüche des Patents (Anmeldung P 1 525 036.9)

dadurch gekennzeichnet,

daß die Breite dea Kanals (15) nur geringfügig größer als der Durchmesser der Kugeln (14) ist und

daß die Teile der Grundplatte (22) auf gegenüberliegenden Seiten des Kanals verhältnismäßig starr sind.

2. Kugelführungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß in der unteren Fläche des Elocks (21") eine Hut (52) vorgesehen ist, die von einem der Löcher (18'·') zum anderen verläuft, wobei die Mittellinie der Nut (52) parallel zu der Mittellinie des Kanals verläuft und die Kugeln in dem Kanal zentriert hält.

3. Kugelführungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Nut (52) im Querschnitt gekrümmt ist und der Krümmungsradius der Hut im wesentlichen der gleiche iat wie der Radius jeder der Kugeln (H''¹)

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«L

4. Kugelführungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß der Block eine unterhalb und einwärts vom unteren Teil eines der Löcher zu dem Kanal verlaufende Nut (51) und eine ähnliche Nut aufweist, die unterhalb und einwärts vom unteren Teil des anderen der Löcher (18) verläuft und

daß diese Nuten mit dem Kanal in Verbindung stehen und; zu diesem zentriert sind, so daß sie die Kugeln zum Zentrum des Kanals führen.

5. Kugelführungselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß auf der Unterseite des Blocks eine Nut (52) gebildet ist, die eich von der ersten Nut (51) zu der zweiten Nut (51) erstreckt und

daß die Mittellinie der dritten Nut parallel zu der Mittellinie des Kanals (t>) in der Grundplatte (22) verläuft, so daß die Kugeln (14) in dem Kanal (15) zentriert gehalten werden.

6. Kugelführungselement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die dritte Nut im Querschnitt gekrümmt ist und der Krümmungsradius der dritten Nut im wesentlichen der gleiche ist wie der jeder Kugel*

7. Kugelführungeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dtr Kanal in der Grundplatte bogenförmig ist.

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8. Kugelführung3element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß in dem Block eine Mehrzahl von Paaren von löchern vor-^ gesehen ist und

daß jedes Paar entsprechende Kanälenin der Deck- und Grundplatte zugeordnet sind.

9. Kugelführungselement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kanäle in der Grundplatte Bögen von konzentrischen Kreisen aind.

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ORIGINAL INSPECTED