DE2743835A1

DE2743835A1 - Kugelfuehrung

Info

Publication number: DE2743835A1
Application number: DE19772743835
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-09-30
Filing date: 1977-09-29
Publication date: 1978-04-06
Also published as: DE2743835C2; JPS5343158A; JPS5432888B2; US4118101A

Description

Hiroshi Teramachi Ibkio - JAPAN

Kugelführung

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Die Erfindung betrifft eine auf einem Bett oder Gestell ageordnete Kugelführung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Kugelführung zum Verschieben eines schweren Gegenstandes, z.B. eines Werkzeuges einer Werkzeugmaschine, entlang zwei sich kreuzenden Geraden in eine bestimmte Position in einer Ebene.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus dem kennzeichnenden Merkmal des Anspruches 1.

Die erfindungsgemäße Kugelführung umfaßt somit wenigstens ein Führungselement, das an seiner unteren und an seiner gegenüberliegenden oberen Seite eine zylindrische Ausnehmung zum Eingriff von Führungsschienen aufweist. Vorzugsweise bzw. in typischen Fällen bilden die beiden Ausnehmungen einen Winkel, insbesondere einen rechten Winkel miteinander.

Die obere Führungsschiene zum teilweisen Eingriff in die obere Ausnehmung des Führungselementes trägt wenigstens teilweise einen in eine bestimmte Position zu verschiebenden, insbesondere relativ schweren Gegenstand, z.B. ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine. Die untere Führungsschiene zum teilweisen Eingriff in die untere Ausnehmung des Führungselementes ist auf einem Bett, Gestell oder dergleichen Basis fest. Zwischen je einer Ausnehmung und einer in die Ausnehmung eingreifenden Führungsschiene sind belastete und unbelastete Kugeln geführt, die entlang mehreren endlosen Kugelbahnen laufen, die jeweils in einen belasteten Kugelbahnabschnitt zur Aufnahme der belasteten Kugeln und einen anschließenden unbelasteten Kugelbahnabschnitt zur Aufnahme der unbelasteten Kugeln unterteilt sind. Bei einer Relativverschiebung zwischen einem Führungselement und einer Führungsschiene laufen die Kugeln in den gescnlossenen Kugellaufbahnen um, wobei die unbelasteten Kugeln über die unbelasteten Kugelbahnabschnitte in die belasteten Kugelbahnabschnitte zurückgeführt werden. Die Kugelbahnen werden von Vertiefungen gebildet, die sich teilweise in der zylindrischen Innenfläche je einer Ausnehmung des Führungselementes und teilweise in Außenflächen der zugehörigen Führungsschiene befinden. Auf diese Weise kann der

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von der oberen Führungsschiene getragene Gegenstand in Richtungen entlang der oberen und unteren Führungsschiene in eine bestimmte Position in der Ebene der oberen Führungsschiene verschoben werden. Die Vertiefungen in der zylindrischen Innenfläche einer jeden Ausnehmung des Führungselementes enthält mehrere zylindrische Flächenabschnitte, die direkt die belasteten Kugeln führen. Das Führungselement kann vorteilhafterweise aus einem kompakten Körper bestehen, so daß die Kugellagerung ausreichend steif ist und der Gegenstand mit großer Genauigkeit in eine bestimmte Position verschoben werden kann.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche und der nachfolgenden Beschreibung.

Die Kugelbahnabschnitte für die belasteten Kugeln können erfindungsgemäß auch entsprechend den Doppellaufbahnabschnitten für die belasteten Kugeln nach der älteren Anmeldung P 27 37 104.6 ausgebildet sän, so daß die belasteten Kugeln der Kugelführung entsprechend hohe Drehmomente aufnehmen können, die auf ein Führungselement einwirken, wenn ein relativ schwerer Gegenstand auf einer oberen Führungsschiene mit seinem Schwerpunkt weiter außerhalb der Mittelsenkrechten durch das Führungselement liegt.

In den Zeichnungen ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt. Hierin zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Kugelführung nach der Erfindung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine Kugelführung nach Fig. 1 mit zwei sich kreuzenden Führungsschienen,

Fig. 4 eine Kugelführung nach Fig. 1 mit mehreren sich kreuzenden Führungsschienen.

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Fig. 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäßes Führungselement 1 aus einem im wesentlichen rechteckigen dickwandigen Hauptkörper, der in seiner Ober- und Unterseite je eine zylindrische Ausnehmung zur Bildung je einer Führungsbahn 3j3 aufweist. Diese Führungsbahnen 3, 3 erstrecken sich im rechten Winkel zueinander zur teilweisen Aufnahme von Führungsschienen 2, 2, die das gleiche Profil besitzen und einander gegenüber liegen, wenn sie in die Führungsbahnen 3>3 eingreifen. Jede Führungsschiene 2 weist einen Querschnitt auf, der symmetrisch zu seiner Mittelsenkrechten ist und besitzt zwei seitliche Schultern *ί,4, die jeweils mit cfcr Mittelachse durch das Führungselement 1 einen Winkel von vorzugsweise ^5 bilden. Jede seitliche Schulter 4, ¹J besitzt in Längsrichtung der Führungsschiene zwei zylindrische Vertiefungen 6, 6 zur Bildung von Kugellaufbahnen, die belastete Kugeln 5a, 5a aufnehmen, so daß zwischen zwei benachbarten Vertiefungen ein vorspringender Schulterabschnitt verbleibt.

An beiden Längsseiten der Führungsschienen 2, 2 sind schräg nach innen verlaufende Aussparungen 11, 11 vorhanden, die sich in Längsrichtung der Führungsschienen erstrecken und die entsprechenden Randabschnitten 10, 10 des Hauptkörpers 1 gegenüberliegen, wobei die Führungsschienen 2, 2, die Führungsbahnen 3, 3 in dem Hauptkörper vorteilhafterweise beidseitig etwas übergreifen.

Die zylindrische Ausnehmung 3 an der Unterseite des Hauptkörpers weist zwei in Längsrichtung verlaufende U-förmige Vertiefungen 7> auf, denen je zwei Vertiefungen 6, 6 in den seitlichen Schultern 4,4 einer Führungsschiene 2 gegenüberliegen, wodurch zwei, das heißt zusammen Doppelbahnen für die belasteten Kugeln 5a, 5a gebildet werden. Zu beiden Seiten der beiden Vertiefungen 7, 7 sind weitere in Längsrichtung verlaufende Vertiefungen 7, 8,8 vorgesehen, Dabei handelt es sich um drei Vertiefungen 8, 8,8, von denen eine mittlere Vertiefung 8 zwischen zwei Vertiefungen 7> 7 liegt und die beiden anderen äußeren Vertiefungen 8, 8 je zur einen Seite einer Vertiefung liegen und die gegenüberliegenden Randabschnitte der unteren zylindrischen Ausnehmung 3 bilden. In den Vertiefungen 8, 8, 8 laufen nicht belastete Kugeln 5b, 5b. Dabei handelt es sich um zwei Reihen von nicht belasteten Kugeln 5b, 5b in der einen mittleren Vertiefung 8 zwischen zwei Vertiefungen 7, 7 und je eine Reihe von nicht belasteten Kugeln 5b, 5b in den beiden äußeren Vertiefungen

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Auf diese Weise werden vier endlose Kugelbahnen für die Kugeln 5a 5b... gebildet, wobei jeweils der eine obere Kugelbahnabschnitt für belastete Kugeln 5a ... in den Vertiefungen 7, 7 an einen benachbarten Kugelbahnabschnitt in der mittleren Vertiefung 8 für unbelastete Kugeln 5b... und jeweils der andere untere Kugelbahnabschnitt für belastete Kugeln 5a ... in den Vertiefungen 7> 7 an einen benachbarten Kugelbahnabschnitt in einer äußeren Vertiefung 8 anschließen. Die Kugeln 5a..., 5b... sind in Kugelkäfigen 9, 9 gehalten.

Die vier Bahnen für die belasteten Kugeln 5a, 5a sind vorteilhafterweise auf einem gedachten Zylinder durch die Schwerpunkte der Kugeln angeordnet, so daß jede auf dem Führungselement 1 einwirkende Kraft auf alle belasteten Kugeln 5a ... gleichmäßig verteilt wird.

Die Führungsschiene 2 ist an ihren beiden Längsseiten mit seitlichen Ausnehmungen 11, llversehen. Je zwei Vertiefungen 6, 6 an jeder Schulter 4 einer Führungsschiene 2, die einer zugehörigen Vertiefung 7 im Führungselement 1 zur Bildung einer Doppelbahn für belastete Kugeln 5a gegenüberliegt, sind derart ausgebildet bzw. angeordnet, daß sie die Schultern 4, H umfassen, mit der Wirkung, daß die belasteten Kugeln 5a in diesen Doppelkugelbahnen Kräfte aufnehmen können, die den Hauptkörper von der Führungsschiene seitlich wegzudrücken suchen.

Die die Vertiefungen für die Kugeln aufweisenden Ausnehmungen 3» 3 zur Bildung der Führungsbahnen sind gleich ausgebildet. Das heißt, die in Fig. 2 im Querschnitt gezeigte untere Ausnehmung 3 an der unteren Seite des Führungselemente 1 ist konstruktionsgleich mit der im Längsschnitt gezeigten oberen Ausnehmung 3 an der oberen Seite des Führungselementes 1. Die beiden Aussparungen 3_S 3 liegen einander gegenüber und kreuzen sich im rechten Winkel. Die Aussparung 3 an der Oberseite des Hauptkörpers 1 nimmt eine in Fig. 2 im Längsschnitt gezeigte obere Führungsschiene 2 auf, die mit der in Fig. 2 im Querschnitt gezeigten unteren Führungsschiene 2 konstruktionsgleich ist.

Mit dem erfindungsgemäßen Führungselement für zwei sich kreuzende Führungsbahnen ist eine relative Längsverschiebung längs der einen

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Führungsschiene in einer Richtung möglich, während gleichzeitig oder anschließend eine relative Querverschiebung längs der anderen Führungsschiene in einer anderen Richtung möglich ist, die senkrecht zur ersteren verläuft.

Ein Gegenstand 12 auf der oberen Führungsschiene 2 in Fig. 3 kann daher in zwei zueinander rechtwinkelig verlaufenden Richtungen verschoben werden, so daß er auf einer Ebene in eine bestimmte Position gefahren werden kann.

Die Kräfte, die in allen Richtungen zwischen dem Führungselement 1 und der oberen und unteren Führungsschiene 2,2 auftreten, werden von den Kugeln 5a ...in den vier Kugelbahnen aufgenommen, die in gleicher Weise in den beiden die Führungsbahnen bildenden Ausnehmungen 3j 3 vorhanden sind.

Z.B. Kräfte, die das Führungselement 1 um die untere Führungsschiene 2 herumzudrehen bzw. -kippen versuchen, können von den belasteten Kugeln 5a in den vier Kugelbahnen sicher aufgenommen werden. Solche Drehmomente treten vor allem dann auf, wenn der Gegenstand 12 von dem Hauptkörper 1 weiter entfernt ist.

Da die Ausnehmungen 3, 3 zur Bildung der Führungsbahnen auf der Ober- und Unterseite des Führungselementes 1 vorhanden sind und innere Flächen dieser Ausnehmungen die äußeren Begrenzungsflächen der Kugelbahnen bilden, ist es möglich, den Abstand zwischen der oberen und unteren Führungsschiene 2, 2 besonders klein zu halten, wobei eine Mindeststärke t des Hauptkörpers (Fig. 2) zwischen der unteren Fläche der oberen Ausnehmung 3 und der oberen Fläche der unteren Ausnehmung 3 in Abhängigkeit von dem Material des Führungselementes 1 gegeben sein muß, der vorzugsweise aus einem kompakten Körper besteht.

Da außerdem die inneren periphären Wände der Führungsbahnen 3, 3 die äußeren Flächen der Kugelbahnen bilden, ist die Festigkeit und Steifigkeit der Kugelbahnen als Ganzes wesentlich größer als bei den herkömmlichen Kugelbahnen, bei denen die äußeren Kugelbahnflächen von separaten Teilen gebildet sind, um eine genaue Verschiebung zu ermöglichen. Außerdem kann das Führungselement 1, das zusammen mit

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Flächen an den Führungsschienen 2, 2 die Kugelbahnen bildet, mit großer Genauigkeit leicht hergestellt werden.

Wie angegeben, sind die Kugelbahnen erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß sie genügend große Widerstandskräfte gegen Drehmomente aufbringen, die das Führungselement 1 von einer der Führungsschienen 2, 2 wegzubewegen suchen. Fig. 4 zeigt eine Ausbildung zum Verschieben eines relativ schweren und großen Gegenstandes 12 mittels vier erfindungsgemäßer Führungselemente 1, 1, 1, 1. Mehr im einzelnen sind in Fig. 4 zwei parallele untere Schienenkörper 2, auf einer Basis 13 fest. Jeder der beiden Schienenkörper 2, 2 trägt zwei Führungselemente 1, 1. Die zwei Führungselemente tragen zwei parallele obere Führungsschienen 2, 2, die ihrerseits gemeinsam den schweren Gegenstand 12 tragen, der damit leicht in zwei zueinander senkrecht verlaufenden Richtungen bewegt werden kann. Wenn der Gegenstand nach rechts oder links bewegt wird, werden die Führungselemente 1, 1 auf der einen Führungsschiene 2 Druckkräften ausgesetzt, während die anderen Führungselemente 1, 1 auf der anderen Führungsschiene 2 Zugkräften ausgesetzt werden. Dank der erfindungsgemäßen Ausbildung der vier Kugellaufbahnen an den beiden Stirnflächen 4, *» einer Führungsschiene 2 und den zugehörigen Vertiefungen 7, 7 in der eine Führungsbahn bildenden Ausnehmung 3 (Fig. 2) kann der Gegenstand 12 ohne Kippbewegungen sicher in eine bestimmte Position verschoben werden.

In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel kreuzen sich die obere und untere Führungsbahn 3, 3 rechtwinkelig, in die zwei rechtwinkelig zueinander liegende Führungsschienen 2, 2 eingreifen. Es ist klar, daß die Erfindung nicht auf ein derartiges Ausführungsbeispiel beschränkt ist. So können erfindungsgemäße Führungselemente auch entsprechend derart ausgebildet sein, daß sie zwischen Führungsschienen liegen, welche sieh unter einem Winkel schneiden, der von einem rechten Winkel abweicht und der entsprechend den gegebenen Erfordernissen optimal ausgewählt ist.

Die Führungsschienen 2, 2 bzw. die Ausnehmugen 3, 3 können sich also auch unter einem spitzen Winkel sehneiden. Weiterhin ist klar,

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daß die Führungsschienen 2, 2 nicht in horizontalen Ebenen liegen müssen, sie können auch in parallelen Ebenen liegen, die zur Horizontalen beliebig geneigt verlaufen.

Die Kugelführung nach der Erfindung enthält demnach belastete und unbelastete Kugeln in vier endlosen Kugellaufbahnen, die teilweise von Vertiefungen gebildet sind, welche sich an Innenflächen von Ausnehmungen in einem Führungselement befinden, wobei diese Ausnehmungen an der Ober- und Unterseite des Führungselementes vorgesehen sind, um die sich kreuzenden Führungsbahnen zu bilden. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Kugellaufbahnabschnitte für die belasteten Kugeln gemäß Fig. 2 wird die Lagerkapazität erhöht und der Abstand zwischen der oberen und unteren Ausnehmung 3> 3 kann besonders klein gehalten werden. Dabei kann ein Gegenstand durch die Bewegung entlang zwei sich kreuzenden Richtungen in eine genaue Position auf einer Ebene verschoben werden.

Die Erfindung läßt sich überall dort mit Vorteil einsetzen, wo irgendwelche Gegenstände, z.B. zu bearbeitende Körper oder Werkzeuge einer Wekzeugmaschine, in einer Ebene in eine genaue Position zu fahren sind.

Sofern auf die Führungselemente 1 erhöhte Drehmomentkräfte einwirken können, kann es erfindungsgemäß von Vorteil sein, die die belasteten Kugeln 5a, 5a ·.· abnehmenden Doppellaufbahnabschnitte 6, 6, 7; 6, 6, 7 der Kugellaufbahnen entsprechend den Doppellaufbahnen 14, 15, 16, 17 der älteren Patentanmeldung P 27 37 104.6 (Fig. 3) auszubilden.

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Claims

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Patentansprüche

Auf einem Bett oder Gestell angeordnete Kugelführung zum Verschieben eines Gegenstandes in eine bestimmte Position, gekennzeichnet durch wenigstens ein Führungselement (l) mit einer oberen und einer unteren Ausnehmung (3, 3) in der Ober- und Unterseite des Führungselementes (1), einer oberen und einer unteren jeweils in eine Ausnehmung (3, 3) eingreifenden Führungsschiene (2, 2), vier endlosen Kugellaufbahnen, die von je zwei gegenüberliegenden seitlichen, zylindrischen Flächenabschnitten zweier U-förmiger erster Vertiefungen (7, 7) zur teilweisen Führung von vier Reihen belasteter Kugeln (5a, 5a ...) und jeweils zu beiden Seiten der ersten Vertiefungen (7,7) liegenden zweiten mit den ersten Vertiefungen in Verbindungen stehenden zweiten Vertiefungen (8,8,8) zum Zurückführen von vier Reihen unbelasteter Kugeln (5b, 5b ...) gebildet werden, wobei die ersten und zweiten Vertiefungen (7j 7; 8, 8, 8) in der zylindri sehen Innenfläche jeder Ausnehmung (3, 3) vorhanden sind, Kugelkäfigen (9, 9), die die belasteten und unbelasteten Kugeln (5a, 5a ... und 5b, 5b ...) in den Vertiefungen (7j 7; 8, 8, 8) halten oder führen, vier dritten, zylindrischen Vertiefungen (6, 6 ...) zur teilweisen Führung der vier Reihen belasteter Kugeln, welche paarweise in den beiden Schultern (4, 4) einer jeden Führungsschiene (2, 2) vorhanden sind, wobei ein vorspringender mittlerer Schulterabschnitt zwischen zwei benachbarten Vertiefungen (6,6) jeweils einer ü-förmigen Vertiefung (7) mittig gegenüberliegt und je ein Kugellaufbahnabschnitt für belastete Kugeln (5a,5a ...) von einem seitlichen Flächenabschnitt einer U-förmigen ersten Vertiefung (7) und einer gegenüberliegenden dritten Vertiefung begrenzt ist, die an einen benachbarten Kugellaufbahnabschnitt für unbelastete Kugeln (5b, 5b...) in einer benachbarten zweiten Vertiefung (b) zur Bildung einer endlosen Kugellaufbahn anschließt.

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ORlGlNAL INSPECTED
2. Kugelführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Schulterabschnitte zwischen zwei benachbarten Vertiefungen (b, 6) in einer Führungsschiene (2) etwa gleich ist dem Durchmesser des gedachten Zylinders durch die Zentren der belasteten vier Kugelreihen (5a, 5a ...) und dem Innendurchmesser einer zylindrischen Ausnehmung (3) des Führungselementes (1).
3. Kugelführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Schulterabschnitte wenig kleiner ist als der Durchmesser des Zylinders durch die Zentren der belasteten Kugeln (5a, 5a...) und daß dieser wenig kleiner ist als der Innendurchmesser einer Ausnehmung (3) des Führungselementes (1).
¹J. Kugelführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3_S dadurch gekennzeichnet, daß mehrere parallele erste Führungsschienen (2, 2) auf einem Bett (13) oder dergleichen Basis befestigt sind, daß eine entsprechende Anzahl paralleler zweiter Führungsschienen (2, 2) oberhalb der ersten Führungsschienen einen Gegenstand (12) tragen, daß zwischen den ersten und zweiten Führungsschienen mehrere Führungselemente (1) angeordnet sind, wobei eine erste Führungsschiene (2, 2) in die eine zylindrische Ausnehmung (3) an der Unterseite eines Führungselementes (1) und eine zweite Führungsschiene in die entsprechende andere zylindrische Ausnehmung (3) an der Oberseite des Führungselementes (1) eingreift.
5. Kugelführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zum Verschieben eines Gegenstandes entlang zwei sich kreuzenden Richtungen in eine bestimmte Position einer Ebene, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Ausnehmungen (3, J>) des Führungselementes (1) sich unter einem Winkel kreuzen und daß die untere Führungsschiene (2) zum Eingriff in die untere Ausnehmung (3) sich mit der oberen Führungsschiene (2) zum Eingriff in die obere Ausnehmung (3) unter demselben Winkel kreuzen, wobei das Führungselement (1) im Kreuzungspunkt der Führungsschienen angeordnet ist.

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6. Kugelführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (3, 3) des Führungselementes (1) im rechten Winkel zueinander liegen und daß die ersten und zweiten Führungsschienen (2, 2) sich unter rechten Winkeln kreuzen.

Beschreibung

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