DE3304641A1

DE3304641A1 - Waelzkoerpergelagerte laengsfuehrung fuer unbegrenzte schiebewege

Info

Publication number: DE3304641A1
Application number: DE19833304641
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Teramachi
Original assignee: Individual
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 1982-02-13
Filing date: 1983-02-10
Publication date: 1983-09-15
Also published as: GB2116265B; DE3304641C2; GB8303991D0; GB2116265A; IT1170110B; GB2160267A; GB2160267B; FR2521666A1; IT8319578A0; GB8512437D0; US4764154A; IT8319578A1; FR2521666B1; US4620351A

Description

Die Erfindung betrifft eine wälzkörpergelagerte Längsführung für unbegrenzte Schiebewege.

Bearbeitungsmaschinen führen im wesentlichen lineare Bewegungen und Rotationsbewegungen aus. Zu diesem Zweck weisen die Maschinen meist Einrichtungen auf, um diese Bewegungen getrennt oder zusammen auszuführen; zu diesem Zweck sind verschiedene mechanische Bauteile vorgesehen, beispielsweise Spindeln für verschiedene Bearbeitungswerkzeuge, Stützpfosten oder Arme für Industrieroboter, Präzisionsschaltwellen, Nietmaschinen, Transfermaschinen, automatische Transportvorrichtungen, automatische Ladevorrichtungen und Reifenformmaschinen. Es besteht zunehmend Bedarf für hochpräzise und verbesserte, wälzkörpergelagerte Längsführungen, übliche wälzkörpergelagerte Längsführungen für unbegrenzte Schiebewege sind beispielsweise aus der US-PS 3 808 839 bekannt, wobei die Keilwellenlagerung einen äußeren Zylinder (Kugelbüchse), einen auf dessen Innenseite angeordneten Kugelkäfig und mehrere in dem Kugelkäfig in mehreren endlosen Führungen gehaltenen Kugeln aufweist. Diese endlosen Kugellaufbahnen sind in einer Innenfläche der Kugelbüchse ausgebildet, und zwar derart, daß die Kugeln in den endlosen Kugellaufbahnen rollen können. Eine Keilwelle ist in dem Keilwellenlager auf den Kugeln derart abgestützt, daß sie sich in Axialrichtung linear hin- und herbewegen kann. Bei derartigen Keilwellenlagern kann die Kugelbüchse einen Befestigungsflansch aufweisen, der an einem Endabschnitt an einer Außenseite der Kugelbüchse befestigt ist, so daß das Keilwellenlager in einfacher Weise an einem anderen Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse, befestigt werden kann.

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Um jedoch eine Verbundvorrichtung zum Ausführen linearer, axialer, hin- und hergehender Bewegungen zusammen mit drehmomentübertragenden Drehbewegungen unter Verwendung der bekannten Keilwellenlagerung zu bilden, sind kraftübertragende Getriebe, ein Zylinderkörper zum Befestigen dieser Getriebe auf der Keilwelle sowie ein Lager zum Befestigen der Verbundvorrichtung am Gehäuse erforderlich. Dies erfordert eine erhöhte Anzahl an Bauteilen sowie erhöhte Herstellungskosten. Selbst wenn jedes Bauteil mit höchstmöglicher Genauigkeit hergestellt wird, so werden dennoch die Herstellungstoleranzen der Bauteile so akkumuliert, daß es schwierig ist, die Herstellungstoleranzen der Verbundvorrichtung insgesamt zu erhöhen. Diese Verbundbewegungsvorrichtung beinhaltet darüber hinaus viele weitere Probleme: so ist der Entwurf der Vorrichtung außerordentlich schwierig, insbesondere wenn ein kompakter Aufbau erwünscht ist.

Wenn übliche wälzkörpergelagerte Keilwellen, insbesondere für unbegrenzte Schiebewege unter schwierigen Bedingungen mit

^⁰ Vlbrations- und Stoßbelastungen bei hohen Anforderungen an die Genauigkeit und hohen Bewegungsgeschwindigkeiten eingesetzt werden sollen, so muß die Stabilität bei höher Verarbeitungsgenauigkeit groß sein. Um daher eine Kugelbüchse einer Keilwellenlagerung mit den bekannten Merkmalen herzustellen, sind schwierige Vorkehrungen erforderlich; eine derartige Kugelbüchse wird dadurch hergestellt, daß man aus einem vollen Rohling eine dickwandige Büchse ausdreht; anschließend wird eine Innenfläche der Büchse ausgeräumt oder ausgefräst, um Kugellaufbahnen zu bilden; die belasteten Kugellaufbahnen werden poliert, geschliffen oder fein gewalzt, und das erhaltene Produkt wird einsatzgehärtet; am Endabschnitt wird das gehärtete Produkt zur Ausbildung eines Flansches abgedreht. Danach wird das erhaltene Produkt erneut kugelpoliert, die Laufbahnen werden geschliffen, und schließlich wird die so hergestellte Kugelbüchse auf einer Keilwelle angeordnet, um dann eine äußere Umfangsflache der Kugelbüchse

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und deren Flansch zu schleifen- Insbesondere, wenn eine Kugelbüchse vor dem Einsatzhärten abgedreht wird, um einen Befestigungsflansch zu bilden, so treten während der Herstellung der Kugelbüchse mit einem Befestigungsflansch an einem Endabschnitt der Außenfläche in der Kugelbüchse Zugspannungen auf, und zwar aufgrund der Dickenunterschiede zwischen verschiedenen Teilen der Kugelbüchse, wenn diese einsatzgehärtet wird. Daher muß die Kugelbüchse nach dem Einsatzhärten noch einer Drehbearbeitung zum Ausbilden des Befestigungsflansches unterworfen werden. Das Abdrehen zum Ausbilden eines Befestigungsflansches an der Kugelbüchse ist langwierig und kostenintensiv.

In einer wälzkörpergelagerten Längsführung für unbegrenzte Schiebewege werden die Kugeln cyclisch in einer endlosen Kugellaufbahn bewegt, die durch Führungsnuten in der Kugelbüchse sowie durch Führungsnuten und Längsnuten in einem Kugelküfig definiert ist, der in die Kugelbüchse eingepaßt ist. An seinen beiden Endabschnitten ist die Kugelbüchse nach außen aufgeweitet, damit die Kugeln in der endlosen Kugellaufbahn aus einem unbelasteten Bereich in einen belasteten Bereich oder umgekehtt leicht gerollt werden können. Dies wird als "Balligkeit" (englisch: crowning effect) bezeichnet.
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Die bei derartigen wälzkörpergelagerten Längsführungen verwendeten Führungsnuten werden nach dem Schleifen mit einem stabartigen ölstein poliert, d.h. einem sogenannten Balligkeitsverfahren unterworfen, damit die wälzkörpergelagerte Längsführung eine hohe Balligkeit zeigt. Diese Balligkeitsbehandlung muß jedoch manuell ausgeführt werden. Ferner müssen sechs oder mehr Führungsnuten in der Innenfläche der Kugelbüchse gleichmäßig poliert werden, wobei die Größe eines Hohlraums in der Kugelbüchse besonders beachtet werden muß, damit die zugehörige Keilwelle genau hineinpaßt. Dadurch wird der Wirkungsgrad bei der Balligkeits-Bearbeitung

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außerordentlich niedrig. Die Vermeidung der vorstehenden Nachteile ist daher ein ernstliches Problem.

Derartige bekannte wälzkörpergelagerte Längsführungen weisen ferner ein Lager auf, das eine wälzlagergeführte lineare, axiale hin- und hergehende Bewegung, eine Rotationsbewegung sowie eine Kombination dieser Bewegungen ermöglicht. Ein derartiges Lager besteht aus einem rohrförmigen äußeren Zylinder (Kugelbüchse), einem Kugelkäfig, der in die Kugelbüchse eingepaßt und kürzer als letztere ist, und aus mehreren Kugeln oder Wälzkörpern, die in dem Kugelkäfig derart gehaltert sind, daß eine Last einer Welle gleichförmig auf die Wälzkörper verteilt wird.

Bei derartigen bekannten Lagern ist jedoch der Hub einer linearen, axialen hin- und hergehenden Bewegung der Keilwelle auf eine Strecke begrenzt, die gleich dem zweifachen Abstand ist, über den der Kugelkäfig in dem äußeren Zylinder bewegt werden kann. Wenn jedoch ein großer Hub der Keilwelle erforderlich ist, muß die Lange des äußeren.Zylinders entsprechend diesem Hub vergrößert werden. Bei einer Maschine, bei der es schwierig ist, eine wälzkörpergelagerte Längsführung mit einem Lager mit einem langen äußeren Zylindern anzuordnen, kann der Hub der Keilwelle nicht erhöht werden. Selbst wenn eine Maschine eine Längsführung mit einem Lager mit langem äußeren Zylinder ermöglicht, so sind die Abmessungen der Maschine in unerwünschter Weise erhöht.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine wälzkörpergelagerte Längsführung für unbegrenzte Schiebewege für lineare, axiale, hin- und hergehende Bewegungen und getrennte oder gleichzeitige drehmomentübertragende Drehbewegungen zu schaffen, die eine präzisere Längs- und/oder

Drehführung gestattet.
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Diese Aufgabe wird insbesondere mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Die erfindungsgemäße, wälzkörpergelagerte Längsführung weist ein Keilwellenlager auf, bestehend aus einem äußeren Zylinder (z.B. Kugelbüchse), einem Kugelkäfig, der in den äußeren Zylinder eingepaßt ist, und aus mehreren Kugeln oder Wälzkörpern, die in dem Kugelkäfig derart gehaltert sind, daß die Wälzkörper in mehreren endlosen Laufbahnen, die in einer Innenfläche des äußeren Zylinders aufgebildet sind, laufen können, ferner weist die Längsführung eine Keilwelle auf, die auf den Wälzkörpern in dem Keilwellenlager abgestützt sind; die Längsführung kann lineare, axiale hin- und hergehende Bewegungen sowie getrennt oder gleichzeitig drehmomentübertra-

^ gende Drehbewegungen ausführungen. Ein mit dem äußeren Zylinder des Keilwellenlagers koaxiales Umfangselement ist auf einem wesentlichen mittleren Abschnitt einer äußeren Fläche dieses äußeren Zylinders ausgebildet und besteht im wesentlichen aus einem Befestigungsflansch oder aus einem kraftübertragenden Bauteil, das einstückig am äußeren Zylinder angeformt ist; es kann aber auch ein Stützlager vorhanden sein, daß aus einem Paar Winkelkontaktlagern und einem dazwischen angeordneten Abstandshalter besteht.

Mit der erfindungsgemäßen, wälzkörpergelagerten Längsführung werden die vorstehend erörterten Nachteile der bekannten Längsführungen vermieden. Die erfindungsgemäße Längsführung kann mit relativ geringen Kosten hergestellt werden und hat eine verbesserte Stabilität des Mittelabschnitts des äußeren Zylinders (Kugelbüchse), auf den die größte Belastung bei übertragen eines Drehmoments ausgeübt wird; dadurch wird ein Verformen des äußeren Zylinders verhindert.

Bei der erfindungsgemäßen Längsführung ist in vorteilhafter

Weise ein Befestigungsflansch einstückig an einem Mittelabschnitt einer Außenfläche des äußeren Zylinders angeformt, so

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daß letzterer an einem anderen Bauteil, beispielsweise an einem Gehäuse, befestigt werden kann; auch kann als anderes Bauteil beispielsweise ein Zahnrad leicht an dem äußeren Zylinder befestigt werden.

Mit der erfindungsgemäßen Längsführung können kombinierte Bewegungen ausgeführt werden, wobei ein kraftübertragendes Bauteil einstückig an einem Mittelabschnitt einer Außenfläche des äußeren Zylinders angeformt ist, um eine Kraft auf ein anderes Bauteil zu übertragen oder von diesem mit einer Kraft beaufschlagt zu werden; bei der erfindungsgemäßen Längsführung kann die Anzahl der Bauteile minimalisiert und die Herstellung bei hoher Genauigkeit und bei kompaktem Aufbau ausgeführt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Längsführung beschränkt der äußere Zylinder mit seiner Länge nicht den Hub der Keilwelle. Ferner ist eine wälzlagergeführte Kombination von linearen Hin- und Herbewegungen und Drehbewegungen eines Antriebs möglich. Außerdem kann leicht Druck auf ein Stützlager ausgeübt werden, das ein Umfangsteil bildet, das wiederum dazu dient, die wälzlagergeführte Längsführung an einem anderen Baiteil zu befestigen.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kugelbüchse eines Keilwellenlagers gemäß einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen

wälzkörpergelagerten Längsführung für unbegrenzte Schiebewege,

Figur 2 einen Querschnitt entlang der Linie II-II in Figur 1,

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Figur 3 eine Teilschnittansicht der Längsführung gemäß Figur 1 in zusammengebautem Zustand,

Figur 4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kugelbüchse gemäß einer Modifikation der ersten

Ausführungsform,

Figur 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V in Figur 4,

Figur 6 eine Teilschnxttansicht eines Beispiels des Lagers gemäß Figur 4,

Figur 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer

Kugelbüchse gemäß einer zweiten Ausführungsform, 15

Figur 8 einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in Figur 7,

Figur 9 eine Teilschnittansicht der Längsführung der zweiten Ausführungsform im zusammengebauten Zustand,

Figur 10 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Kugelbüchse als Modifikation der zweiten Ausführungsform ,
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Figur 11 einen Querschnitt entlang der Linie XI-XI in Figur 10,

Figur 12 eine TeilSchnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Längsführung,

Figur 13 einen Querschnitt entlang der Linie XIII-XIII in Figur 12,

Figur 14 eine Teilschnittansicht einer Modifikation der

dritten Ausführungsform,

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Figur 15 einen Querschnitt einer Längsführung mit weggelassener Keilwelle gemäß einer weiteren Modifikation der dritten Ausführungsform,

Figur 16 einen Querschnitt entlang der Linie XVI-XVI in Figur 15 und

Figur 17 eine Teilschnittansicht ähnlich Figur 14 einer weiteren Modifikation der dritten Ausführungsform.

Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte wälzkörpergelagerte Längsführung weist ein Keillager B und eine Keilwelle S auf, die auf mehreren in dem Keillager B vorgesehenen Kugeln 3a und 3b gelagert ist.

Das Keillager B besteht aus einem äußeren Zylinder oder einer Kugelbüchse 1, an deren Mittelabschnitt außen ein Befestigungsflansch in umfangsrichtung angeordnet ist. An der Innenfläche der Kugelbüchse 1 sind für belastete Kugeln 3a Kugellaufbahnen oder Führungsnuten 4a, die im wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweisen und sich in Axialrichtung der Kugelbüchse erstrecken, sowie für nicht belastete Kugeln 3b Führungsnuten oder Kugellaufbahnen 4b ausgebildet, die im wesentlichen gleich tief wie und breiter als die Kugellaufbahnen 4a sind. Die Kugellaufbahnen 4a und b erstrecken sich in Axialrichtung der Kugelbüchse und wechseln sich dabei untereinander ab. Die Kugellaufbahnen 4a und 4b werden miteinander durch Kugellaufbahnen 4c verbunden, die

sich in Umfangsrichtung der Kugelbüchse 1 erstrecken. Aus einer Stahlplatte oder einem harten Kunstharz ist zylindrisch ein Kugelküfig 5 gebildet, der in die Kugelbüchse 1 eingepaßt ist und dabei mit Schlitzen 6 versehen ist, die gegenüber den Kugellaufbahnen 4a für die belasteten Kugeln 3a

liegen. Ferner weist der Kugelkäfig 5 Nuten 7 gegenüber den

Kugellaufbahnen 4b für die nicht belasteten Kugeln 3b auf, L J

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so daß die Schlitze 6 und die Nuten 7 eine endlose Laufbahn für die Kugeln 3a und 3b zusammen mit den Kugellaufbahnen 4a, 4b und 4c bilden; der Kugelkäfig 5 verhindert dabei eine Desorientierung der Kugeln 3a und 3b. Mehrere Kugeln 3a und 3b laufen in der endlosen Laufbahn um, und zwar als von der Keilwelle S belastete Kugeln 3a und als unbelastete Kugeln 3b.

Auf der Keilwelle S sind axial sich erstreckende Vor- ]q sprünge 9 ausgebildet, die in Aussparungen 8 eingepaßt sind. Diese Aussparung wird zwischen einem Paar benachbarter Reihen belasteter Kugeln 3a gebildet, die teilweise vom zugehörigen Schlitz im Kugelkäfig 5 in dem Keillager B hervorragen, wobei die Anzahl der Vorsprünge 9 mit der der gepaarten Reihen belasteter Kugeln 3a übereinstimmt. Durch die belasteten Kugeln 3a werden die Vorsprünge 9 so abgestützt, daß sie sich in Axialrichtung gleitend bewegen können.

Der Befestigungsflansch 2a an der Kugelbüchse 1 ist bei dieser Ausfuhrungsform zur Kugelbüchse konzentrisch. Der Flansch 2a weist symmetrisch angeordnete Bohrungen 10 auf, durch die Bolzen gesteckt werden, wenn die Längsführung an einem Gehäuse H befestigt werden soll.

Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß den Figuren 1 bis 3 weist die Modifikation gemäß den Figuren 4 und 5 abgestufte Abschnitte an den beiden Endabschnitten an der Außenfläche der Kugelbüchse 1 auf. Die abgestuften Abschnitte sind so ausgebildet, daß ein Paar Befestigungslager I, die aus Winkelkontaktlagern ohne axiales Spiel, angesetzt werden können. In den Ecken der abgestuften Abschnitte sind Nuten 12 mit im wesentlichen bogenförmigen Querschnitt ausgebildet, in dem Kugeln 11 des Befestigungslagers I laufen. Die Kugelbüchse 1 ist auf ihrer Innenseite mit im Querschnitt bogenförmigen Kugellaufbahnen 4a für belastete Kugeln 3a versehen, wobei der Radius der Kugellaufbahnen 4a im wesent-

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lichen gleich dem der belasteten Kugeln 3a ist. Eine Keilwelle S ist ebenfalls mit im Querschnitt bogenförmigen Kugellaufbahnen 13 ähnlich den Kugellaufbahnen 4a versehen. Die Kugeln 3a laufen bei Belastung zwischen den Laufbahnen 4a und 13.

Bei der Ausführungsform gemäß den Figuren 4 und 5 kann gemäß Figur 6 eine mit einem Schneckenzahnrad 14 in Eingriff stehende Schnecke 15 an dem Befestigungsflansch 2a der Kugelbüchse 1 befestigt werden. Die Längsführung wird am Gehäuse A mit Muttern 19 über die Befestigungslager I gehaltert, die an den beiden Endabschnitten der Außenfläche der Kugelbüchse 1 vorgesehen sind, wobei auf die Befestigungslager I eine Vorspannung ausgeübt wird. Dadurch kann die Drehmoment-übertragende Drehbewegung des Schneckenzahnrades 14 mit der linearen Axialbewegung der Keilwelle S kombiniert werden. Bei dieser Modifikation bestehen die Befestigungslager I jeweils aus einem Winkelkontaktlager aus einem äußeren Zylinder 16, mehreren Kugeln 11 in Kugellaufbahnen 18, die in der Innenfläche des Außenzylinders 16 ausgebildet sind, und aus einem Kugelkäfig 17 zum Halten dieser Kugeln 11. Die Befestigungslager I können an sich beliebig ausgebildet sein, wenn sie nur eine drehbare Befestigung des Keillagers B am Gehäuse H ermöglichen. Die Befestigungslager I können beispielsweise Nadellager sein.

Nachstehend wird ein Beispiel für die Herstellung der Kugelbüchse 1 des Keillagers B der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Längsführung beschrieben. Zunächst wird ein Rohling aus vollem Material so abgedreht, daß man einen dickwandigen Rohrkörper erhält, dessen Außenfläche danach zur Ausbildung des Befestigungsflansches 2a abgedreht wird. Die Innenfläche des Rohrkörpers wird zur Bildung von Kugellaufbahnen 4a, 4b und 4c für die Kugeln 3 ausgefräst. Die Laufbahnen für die belasteten Kugeln 3a werden ballig geschliffen. Der erhaltene Rohrkörper wird dann einsatzgehärtet,

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und danach werden die Laufbahnen 4a erneut ballig geschliffen. Der Rohrkörper wird dann auf die Keilwelle S gesetzt, und die Außenfläche des Rohrkörpers sowie der Befestigungsflansch 2a werden geschliffen. Die erfindungsgemäße Ku- gelbüchse ist nicht auf das vorstehend beschriebene her-

stellungsbeispiel beschränkt. Zum Erhöhen der Effizienz bei der Herstellung der Kugelbüchse 1 sollte das Abdrehen zum Ausbilden des Befestigungsflansches 2a vor dem Einsatzhärten erfolgen.
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Wenn bei der ersten Ausführungsforra der Längsführung der Rohrkörper während der Herstellung der Kugelbüchse 1 des Keillagers B einsatzgehärtet wird, so wird ein innerer Abschnitt des Mittelteils, an dem der Befestigungsflansch 2a positioniert ist, nach innen expandiert. Das Einsatzhärten verursacht den sogenannten Balligkeits-Effekt in der Kugelbüchse 1. Beim üblichen Herstellen von Kugelbüchsen wird ein Rohrkörper zum Ausbilden eines Flansches an seiner Außenfläche abgedreht, worauf der Rohrkörper einsatzgehärtet wird, um eine Kugelbüchse mit verbesserter Genauigkeit zu erhalten. Erfindungsgemäß kann ein noch relativ weicher Rohrkörper, dar noch nicht einsatzgehärtet worden ist, zum Ausbilden eines Befestigungsflansches 2a so abgedreht werden, daß der Bearbeitungswirkungsgrad beim Abdrehen er-

heblich verbessert werden kann. Gemäß der ersten Ausführungsform wird ein innerer Abschnitt des Kittelteils der Kugelbüchse 1 nach einwärts expandiert, und zwar aufgrund des Einsatzhärtens nach dem Ausbilden des Befestigungsflansches 2a, damit die Kugeln 3a, 3b leicht rollen, d.h., der

sogenannte Balligkeits-Effekt wird hervorgerufen. Daher können schwierige Verfahrensschritte, die bei den bekannten Verfahren nach dem Einsatzhärten ausgeführt werden, beispielsweise das Schleifen und das Ausrunden der Laufbahnen 4a für die belasteten Kugeln 3a, weggelassen werden. Daher

ist das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für die Kugelbüchse 1 gegenüber bekannten Verfahren unvergleichlich

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überlegen. Dadurch können die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Längsführung in erheblichem Maße reduziert werden.

Bei der ersten Ausführungsform ist der Befestigungsflansch 2a an dem Mittelteil der Außenfläche der Kugelbüchse 1 angeordnet. Daher ist die Dicke des Mittelteils, an dem die höchste Belastung bei der Drehmomentübertragung auf die Kugelbüchse 1 einwirkt, besonders groß. Daher ist die Stabilität des Mittelteils der Kugelbüchse 1 besonders hoch, und eine Deformation der Kugelbüchse 1 kann bei einer Drehmomentübertragung praktisch vollständig verhindert werden.

In der Beschreibung der ersten Ausführungsform wird davon gesprochen, daß der Befestigungsflansch 2a (etwa) am Mittelteil der Kugelbüchse 1 angeordnet ist. Dies bedeutet, daß der Befestigungsflansch 2a an einer Stelle an der Außenseite der Kugelbüchse 1 angeformt sein kann, die sich nahe dem Mittelabschnitt der Kugelbüchse befindet; dies bedeutet, daß der Befestigungsflansch 2a nicht unbedingt exakt in der Mitte an der Außenseite der Kugelbüchse 1 angeordnet sein muß.

Die Figuren 7 bis 9 zeigen eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Längsführung zur Ausführung kombinierter Bewegungen. In diesem Fall besteht die Längsführung aus einem Keillager B und einer Keilwelle S, die auf mehreren Kugeln 3a, 3b im Keillager B abgestützt ist, wobei jedoch die Längsführung gegenüber der der Figuren 1 bis 3 unterschiedlich ausgebildet ist. Die Längsführung gemäß den Figuren 7 bis 9 weist eine umlaufende Kraftübertragungseinrichtung 2b auf, die einstückig im wesentlichen am Mittelteil der Außenseite der Kugelbüchse 1 angeformt ist. Ferner ist ein Paar Befestigungslager I wie bei der Längsführung gemäß Figur 4 vorgesehen, wobei die beiden Befestigungslager ι jeweils an den beiden Endabschnitten der Außenfläche der Kugelbüchse 1 angeordnet sind und als Winkelkontaktlager

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ausgebildet sind, um das Keillager B am Gehäuse H drehbar zu befestigen. Bei dieser Ausführungsform besteht die Kraftübertragungseinrichtung 2b aus einem Stirnradgetriebe.

Gemäß Figur 9 ist bei der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Längsführung für kombinierte Bewegungen das Keillager B in eine Befestigungsbohrung 20 des Gehäuses H über die Befestigungslager I eingepaßt und dort mittels Schrauben 19 fixiert, in_dem eine Vorspannung auf die Befestigungslager I ausgeübt wird. Ein Zahnrad, beispielsweise ein Freilaufzahnrad 21 zum übertragen der Kraft zu der Kraftübertragungseinrichtung 2b an der Außenfläche der Kugelbüchse 1, kämmt mit der Kraftübertragungseinrichtung 2b, damit die Keilwelle S, die in das Keillager B eingepaßt

!5 ist, in Axialrichtung linear bewegt wird. Gleichzeitig wird das Keillager B durch die Krafteinwirkung vom Freilaufzahnrad 21 gedreht. Die Keilwelle S kann daher gleichzeitig lineare Bewegungen und Drehbewegungen ausführen.

Bei der in den Figuren 10 und 11 dargestellten Modifikation der zweiten Ausführungsform der Figuren 7 bis 9 besteht die Kraftübertr^gnngseinrichtung 2b, die einstückig etwa auf dem Mittelteil der Außenfläche der Kugelbüchse 1 ausgebildet ist, aus einem Schneckenzahnrad. Ferner sind Kugellaufbahnen 4a für belastete Kugeln 3a auf einer Innenfläche der Kugelbüchse 1 bogenförmig ausgebildet, und zwar mit einem Radius, der im wesentlichen gleich dem der Kugeln 3a ist. Eine Keilwelle S ist ebenfalls mit Kugellaufbahnen 13 versehen, die ebenso wie die Kugellaufbahnen 4a bogenförmig ausgebildet sind. Die belasteten Kugeln 3a können daher zwischen diesen Kugellaufbahnen 4a und 13 laufen, wenn auf diese eine Kraft einwirkt.

Gemäß dieser Modifikation mit dem Schneckenzahnrad 2b kann die Drehbewegung des Keillagers B, d.h. die Drehbewegung der Keilwelle S, angehalten werden, um das Keillager B und die Keilwelle S gegebenenfalls zu verriegeln, in_.dem die mit

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dem Schneckenzahnrad 2b kämmende Schnecke 22 angehalten wird.

Bei der zweiten Ausführungsform besteht die Kraftübertragungseinrichtung 2b aus einem Stirnrad- oder aus einem

Schneckengetriebe. Im Rahmen der Erfindung kann die Kraftübertragungseinrichtung 2b auch aus irgendeinem anderen Bauteil zur übertragung eines Drehmoments bestehen, beispielsweise aus einer Riemen- oder Seilscheibe. 10

Bei der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Längsführung ist die Kraftübertragungseinrichtung 2b einstückig an dem Mittelteil der Außenfläche der Kugelbüchse 1 einstückig angeformt, in der das Keillager B ausgebildet ist. Dabei erstreckt sich die Kraftübertragungseinrichtung 2b in Umfangsrichtung der Kugelbüchse 1. Ferner sind die Befestigungslager I an den beiden Endabschnitten der Außenfläche der Kugelbüchse 1 vorgesehen und am Gehäuse H befestigt, um die Kugelbüchse 1 drehbar zu lagern. Daher kann die Längsführung direkt am Gehäuse H über die Befestigungslager I befestigt werden. Ferner muß die Kraftübertragungseinrichtung, die an der Kugelbüchse 1 angeordnet ist, nicht getrennt ausgebildet sein, und ein zusätzliches Rohrelement zum Befestigen einer getrennt ausgebildeten Kraftübertragungseinrichtung an der Kugelbüchse ist nicht erforderlich. Dadurch kann die Anzahl der Bauteile der Längsführung erheblich reduziert werden. Daher wird auch die Gefahr einer Akkumulation von Herstellungsfehlern der Bauteile zu einer großen Gesamttoleranz vermieden. Die erfindungsgemäße Längs-

führung kann daher insgesamt mit hoher Genauigkeit kompakt ausgeführt werden. Die Konstruktion der Längsführung ist daher ebenfalls sehr einfach.

Da ferner die Kraftübertragungseinrichtung 2b der zweiten

Ausführungsform im wesentlichen auf dem Mittelteil der Außenfläche der Kugelbüchse 1 ausgebildet ist, die das

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Keillager B bildet, so daß sich die Kraftübertragungseinrichtung 2b in Umfangsrichtung der Kugelbüchse 1 erstreckt, kann die Herstellung der Kugelbüchse 1 in vollständig der gleichen Weise wie bei der ersten Ausführungsform erfolgen.

Insbesondere kann ein Rohrkörper zum Ausbilden der Kraftübertragungseinrichtung 2b vor dem Einsatzhärten abgedreht werden. Wenn der Rohrkörper einsatzgehärtet ist, wird der innere Abschnitt des Mittelteils der Kugelbüchse 1 nach innen expandiert und somit der sogenannte Balligkeits-Effekt hervorgerufen werden. Dies ermöglicht eine wesentliche Erhöhung der Effiziens bei der Herstellung der Kugelbüchse 1, so daß die Herstellungskosten der Kugelbüchse verringert werden.

Da die Kraftübertragungseinrichtung 2b einstückig etwa am Mittelteil der Außenfläche der Kugelbüchse 1 angeformt ist, wird der der höchsten Belastung bei der Drehmomentübertragung ausgesetzte Mittelteil des Mantels der Kugelbüchse 1 sehr dick, so daß die Stabilität der Kugelbüchse 1 erheblich verbessert wird. Daher wird eine Deformation der Kugelbüchse 1 bei der Drehmomentübertragung praktisch vollständig vermieden. Da ferner das Befestigungslager I aus einem Winkelkontaktlager besteht, ist an diesem ein innerer Laufring nicht erforderlich. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau

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der Längsführung insgesamt.

Bei der zweiten Ausführungsform kann die Kraftübertragungseinrichtung 2b auch nahe dem Mittelteil der Außenfläche der Kugelbüchse 1 wie bei der ersten Ausführungsform positio-

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niert sein.

Die Figuren 12 und 13 zeigen eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Längsführung mit kombinierter Dreh- und Längsbewegung. Diese Längsführung weist ein Keillager B

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und eine Keilwelle S auf _f die durch mehrere Kugeln 3a, 3b im Keillager B wie bei der ersten oder zweiten Ausführungs-

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form gelagert wird. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich jedoch von der ersten oder zweiten Ausführungsform darin, daß als Umfangselement an der Kugelbüchse 1 des Keillagers B ein Stützlager 2c, bestehend aus einem Paar Winkelkontaktlagern 23a, 23b, sowie ein Abstandshalter 24 vorgesehen sind.

Jedes Winkelkontaktlager 23a, 23b besteht aus einem äußeren Laufring 25, mehreren in Kugellaufbahnen 26 vorgesehenen Ku-

¹^ geln und einem Kugelkäfug 28 auf, der ein unerwünschtes Versetzen der Kugeln verhindert; die Kugellaufbahnen 26 sind in der Innenseite des äußeren Laufrings 25 ausgebildet und erstrecken sich in dessen Umfangsrichtung. Die in dem Kugelkäfig 28 gehaltenen Kugeln 27 laufen frei in den Laufbahnen

26 des äußeren Laufrings 25. Ein Winkelkontaktlager (Schrägkugellager) 23a weist an der äußeren Umfangsfläche des äußeren Laufrings 25 einen mit Bohrungen 30 versehenen Flansch 29 auf, durch die nicht dargestellte Befestigungsvorrichtungen, wie Bolzen, eingeführt sind.

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Das vorstehend erläuterte Keil_.lager B ist ebenso aufgebaut, wie das Keillager gemäß den Figuren 5 und 11. Das Keillager B der dritten Ausführungsform ist mit einem Paar Kugellaufbahnen 31 mit im wesentlichen bogenförmigem Quer-

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schnitt in Teilen der Außenfläche der Kugelbüchse 1 ausgebildet, und zwar befinden sich die Kugellaufbahnen 31 nahe dem Mittelteil der Kugelbüchse und erstrecken sich in deren Umfangsrichtung. Jede der Kugeln 27 in den beiden Schrägkugellagern 23a und 23b kann auf einer Lagerfläche 32 laufen, die

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in jeder der Kugellaufbahnen 31 ausgebildet ist und einen Krümmungsradius im wesentlichen gleich dem der Kugeln 27 aufweist.

Bei dieser Ausführungsform sind die Lagerflächen 32 in be-

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nachbarten Winkelabschnitten der Kugellaufbahnen 31 ausgebildet. Wenn die Schrägkugellager 23a, 23b auf der Kugel-

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büchse 1 des Keillagers B angeordnet sind, so treffen sich die Wirkungsrichtungen einer Belastung von den Kugeln 27 zu den Lagerflächen 32 im gleichen Punkt. Wenn ferner die Schrägkugellager 23a, 23b auf der Kugelbüchse 1 des Keillagers B angeordnet sind, so ergibt sich zwischen Endflächen der gleichen Lager 23a, 23b ein Zwischenraum mit vorgegebener Größe. Dort ist der ringförmige Abstandshalter 24 eingesetzt, dessen Dicke d.. etwas geringer ist als die Größe des Zwischenraums.

Um daher die Längsführung gemäß der dritten Ausführungsform an einem Gehäuse H zu befestigen, ist ein Schrägkugellager 23b im Stützlager 2c in eine Befestigungsaussparung 33 im Gehäuse H eingepaßt, um die Längsführung mittels Befestigungselementen über den Flansch 29 am äußeren Laufring 25 des anderen Schrägkugellagers 23a zu befestigen. Dazu wirkt eine Feststellkraft auf die Lagerflächen 32, die Kugeln 27 und die Kugellaufbahnen 26 in der Innenfläche des äußeren Laufrings 25, so daß ein Zwischenraum aufgrund der Differenz zwischen den Dicken d.. und der Größe des Zwischenraums zwischen den Schrägkugellagern 23a und 23b vermieden wird, d.h. die Schrägkugellager 23a, 23b werden vorgespannt.

Bei der in Figur 14 dargestellten Modifikation der dritten Ausführungsform gemäß den Figuren 12 und 13 der erfindungsgemäßen Längsführung ist eine breitere Kugellaufbahn 31 etwa im Mittelteil der Außenfläche einer Kugelbüchse 1 des Keillagers B ausgebildet; ferner befinden sich Lagerflächen 32 an einem rechten und an einem linken Winkelabschnitt des Keillagers B. Diese Lagerflächen 32 weisen in solche Richtungen, daß bei Anordnung von Schrägkugellagern 23a, 23b an der Kugelbüchse 1 des Keillagers B die Wirkungsrichtungen der Belastung von den Kugeln 27 zu den Lagerflächen 32 auseinanderlaufen (entgegengesetzt sind). Ein Abstandselement 24, dessen Dicke d- etwas größer ist als die Abmessung eines Zwischenraums zwischen den Schrägkugellagern

23a und 23b, befindet sich in diesem Zwischenraum, um die Schrägkugellager 23a, 23b vorzuspannen.

Bei dieser Modifikation kann eine Vorspannung auf die Schrägkugellager 23a, 23b mit Hilfe des Abstandselements 24 selbst dann einwirken, wenn in dem Gehäuse H keine Aussparung vorgesehen ist, mit der eine Endfläche eines Schrägkugellagers 2c in Kontakt gebracht werden könnte.

Die Figuren 15 bis 17 zeigen zwei weitere Modifikationen der dritten Ausführungsform. Die Modifikation gemäß den Figuren 15 und 16 ist ähnlich wie die Ausführungsform gemäß den Figuren 12 und 13 ausgebildet, jedoch ist ein Zahnrad an dem Teil der Außenfläche der Kugelbüchse 1 angeformt, der sich an der Außenseite des Schrägkugellagers 23a mit einem Flansch 29 befindet, und zwar in der Weise, daß die Zähne des Zahnrades 34 in Umfangsrichtung des gleichen Schrägkugellagers 23a angeordnet sind. Dieses Zahnrad 34 kämmt mit einem direkt mit einem Motor 35 verbundenen Zahnrad 36, das zur übertragung des Drehmoments auf das keillager B dient, oder mit einem freilaufenden Zahnrad, das mit dem mit dem Motorprerbundenen Zahnrad zum Übertragen des Drehmoments kämmt.

Die in der Figur 17 dargestellte Modifikation ist ähnlich der Modifikation gemäß Figur 14, jedoch ist ein Zahnrad 34 an einem Endabschnitt auf der Außenfläche der Kugelbüchse 1, wie bei der Modifikation gemäß den Figuren 15 und 16 ausgebildet. Bei jeder Längsführung der vorstehenden Modifika-

tionen sind drei Reihenpaare von belasteten Kugeln 3a auf der Innenseite der Kugelbüchse 1 derart angeordnet, daß jede Reihe belasteter Kugeln 3a sich in Axialrichtung der Kugelbüchse 1 erstreckt. Die Keilwelle S bei jeder dieser Modifikationen ist mit axial sich erstreckenden Vorsprüngen

versehen, die in Aussparungen passen, die jeweils durch jedes Paar Reihen belasteter Kugeln 3a gebildet werden. Die

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Keilwelle S kann in Axialrichtung verschoben werden und überträgt ein Drehmoment in Drehrichtung, da sie mit ihren Vorsprüngen 9 an den drei Reihenpaaren von belasteten Kugeln 3a abgestützt ist.
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Gemäß den Figuren 15 bis 17 kann das Keillager B direkt in Drehbewegung versetzt werden mit Hilfe des an einem Endabschnitt der Außenfläche der Kugelbüchse 1 angeformten Zahnrades 34. Daher müssen an der Längsführung keine besonderen Bauelemente vorgesehen werden, um eine Drehbewegung auf das Keillager B oder die Keilwelle S zu übertragen, die sich in dem Keillager B befindet; außerdem kann die Keilwelle S in ihre Axialrichtung verschoben werden. Dies ermöglicht einen kompakten Aufbau der Längsführung und eine leichte Befestigung am Gehäuse H.

Im Rahmen der Erfindung können auch an beiden Enden der Außenfläche der Kugelbüchse 1 je ein Zahnrad 34 vorgesehen sein. Das oder die Zahnräder 34 können einstückig an der Kugelbüchse 1 angeformt sein; im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, das oder die Zahnräder 34 getrennt von der Kugelbüchse 1, d.h. nicht einstückig, an dieser zu befestigen. Das Zahnrad 34 muß nicht notwendigerweise ein Stirnrad sein, sondern kann beispielsweise auch in Form eines Schneckenzahnrades ausgebildet sein, das über eine Schnecke angetrieben wird»

Bei der dritten Ausführungsform der Längsführung besteht das an der Kugelbüchse 1 ausgebildete ümfangsglied aus einem Stützlager 2c aus einem Paar Schrägkugellagern 23a und 23b sowie aus einem Abstandshalter 24, und die Kugelbüchse 1 ist mit Kugellaufbahnen mit Lagerflächen 32 versehen. Die Kugeln 27 in jedem der Schrägkugellager 23a und 23b können in direktem Kontakt mit den Lagerflächen 32 abrollen. Daher kann auf einen inneren Laufring für jedes der beiden Schrägkugellager 23a und 23b verzichtet werden.

Dies ermöglicht eine entsprechende Verringerung der Abmessungen der Schrägkugellager 23a und 23b. Da das Paar Schrägkugellager 23a, 23b unitär mit dem Keillager B kombiniert ist, wird die lineare Axialbewegung der Keilwelle S durch das Keillager B abgestützt, während die Drehbewegung des Keillagers B oder der Keilwelle S durch die Schrägkugellager 23a, 23b abgestützt wird. Daher kann die Längsführung als Lager für kugelgelagerte Rotationsbewegungen verwendet werden, und zwar ohne Beeinflussung des Hubs der Keilwelle oder der hin- und hergehenden Bewegung; ferner ist eine Kombination der Drehbewegung und der hin- und hergehenden Bewegung mit einem geeigneten Antrieb möglich.

Bei der dritten Ausführungsform mit einem Abstandshalter 24 zwischen den Schrägkugellagern 23a, 23b können diese Lager so eingestellt werden, daß sich aufgrund der Dicke d oder d des Abstandshalters 24 ein geeigneter Wert für die Vorspannung ergibt. Dadurch kann das Spiel der Schrägkugellager 23a, 23b praktisch auf null reduziert werden. Wenn ferner die Kugellaufbahnen 26 der Schrägkugellager 23a, 23b und die Lagerflächen 32 an der Kugelbüchse 1 abgenutzt sind, und damit ein Spiel auftritt, so muß der Abstandshalter 24 lediglich durch einen anderen Abstandshalter mit geeigneter Dicke ersetzt werden, so daß man wieder eine geeignete Vorspannung auf die Schrägkugellager 23a, 23b ausübt.

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Claims

VOSSIUS VOSSIUS -TAU'CtHNSR/IHEUNEMANN -RAUH

P Α.Τ ΕΓΙΛΤ A f± W Α- ν."Τ E* * · * * ' · '

SIEBERTSTRASSE *· 8ΟΟΟ MÖNCHEN βθ · PHONE: (Ο89) 47 4O7B ^ö

CABLE: BENZOLPATENT MÖNCHEN · TELEX 5-39 4B3 VOPAT D

NAOHQeREIOHTI

*--—- 1 _10# peb. 1983

u.Z.: S 269 (He/kä)
Case NTK-8305

HIROSHI TERAMACHI
Tokio, Japan

"Wälzkörpergelagerte Längsführung für unbegrenzte Schiebewege"

Patentansprüche

Wälzkörpergelagerte Längsführung für unbegrenzte Schieiewege mit

a) einem Keillager bestehend aus
a...) einer Kugelbüchse,

a~) einem Kugelkäfig, der im Innern der Kugelbüchse angeordnet ist, und aus

a₃) mehreren Kugeln, die in dem Kugelkäfig in mehreren endlosen Kugellaufbahnen an der Innenseite der Kugelbüchse derart gehalten werden, daß die Kugeln in den Kugellaufbahnen laufen können, und mit

b) einer Keilwelle, die mittels der Kugeln in dem Keillager gelagert ist, um eine lineare, hin- und hergehende Axialbewegung unabhängig von oder gleichzeitig mit einer drehmomentübertragenden Rotationsbewegung auszuführen, dadurch gekennzeichnet,

c) daß die Kugelbüchse auf ihrer Außenseite im wesentlichen in ihrem Mittelteil mit einem zur Kugelbüchse koaxialen Umfangsglied versehen ist.

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2. Längsführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Umfangsglied aus einem Befestigungsflansch besteht, der einstückig mit der Kugelbüchse ausgebildet ist und zum Befestigen der Längsführung an einem weiteren Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse, oder zum Befestigen eines weiteren Bauteils an der Kugelbüchse vorgesehen ist.
3. Längsführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Umfangsglied aus einer Kraftubertragungseinrichtung besteht, die einstückig mit der Kugelbüchse ist, um eine Kraft von einem anderen Bauteil oder zu diesem zu übertragen.
4. Längsführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinrichtung ein Stirnzahnrad ist.
5. Längsführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinrichtung ein Schneckenzahnrad aufweist.
6. Längsführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbüchse an den beiden Endabschnitten ihrer Außenfläche mit sich in ümfangsrichtung erstreckenden Kugellaufbahnen und mit einem Paar Befestigungslagern versehen ist, deren Kugeln in den Kugellaufbahnen laufen.
7. Längsführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungslager einen am Gehäuse befestigbaren äußeren Laufring und eine sich in ümfangsrichtung erstreckende Kugellaufbahn an einer Innenfläche aufweisen, und daß mehrere in der Kugellaufbahn vorgesehene Kugeln in einem Kugelkäfig geführt werden.
8. Längsführung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigungslager aus Schrägkugellagern bestehen.
9. Längsführung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das ümfangsglied aus einem aus einem Paar Schrägkugellagern bestehenden Stützlager aufgebaut ist, die jeweils mit mehreren in einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Kugellaufbahn laufenden Kugeln versehen sind, die auf der Außenfläche der Kugelbüchse ausgebildet ist, und

b) daß zum Einstellen einer Vorspannung ein Abstandshalter

zwischen den Schrägkugellagern angeordnet ist, wobei jedes Schrägkugellager an einer Außenfläche eines äußeren Laufrings mit einem Flansch zum Befestigen der Längsführung in einem Gehäuse versehen ist.
10. Längsführung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schrägkugellager besteht aus

a) einem äußeren Laufring mit einer in deren Innenfläche ausgebildeten Kugellaufbahn, die sich in ümfangsrichtung des Laufrings erstreckt,

b) mehreren in der Kugellaufbahn angeordneten Kugeln und aus

c) einem die Kegeln aufnehmenden Kugelkäfig.
11. Längsführung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn- ^⁵ zeichnet,

a) daß die Kugellaufbahnen in der Kugelbüchse derart geformte Lagerflächen aufweisen, daß die Wirkrichtungen der von den Kugeln in den Schrägkugellagern auf die Lagerflächen ausgeübten Kraft sich im gleichen Punkt schneiden,

b) daß die Dicke des Abstandshalters kleiner ist als der Abstand zwischen den Endflächen der Schrägkugellager, und

c) daß eine Vorspannung entsprechend der Differenz zwischen der Dicke des Abstandshalters und dem Abstand zwischen den Endflächen der Schrägkugellager auf letztere einwirkt, wenn die Längsführung mit Hilfe des an einem der Schrägkugellager ausgebildeten Flansches am Gehäuse befestigt ist.

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12. Längsführung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Lagerflächen der Kugellaufbahnen in der Kugelbüchse derart geformt sind, daß die Wirkrichtungen der von den Kugeln in den Schrägkugellagern auf die Lagerflächen einwirkenden Kräfte divergieren,

b) daß der Abstandshalter dicker ist als der Abstand zwischen den Endflächen der Schrägkugellager,

c) daß der Abstandshalter zwischen den Endflächen der Schrägkugellager zum Ausüben einer Vorspannung eingesetzt ist und

d) daß die Größe der Vorspannung der Differenz zwischen der Dicke des Abstandshalters und dem Abstand zwischen den Endflächen der Schrägkugellager entspricht.
13. Längsführung nach einem der Ansprüche 9 bis .12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelbüchse an einem Endabschnitt außen mit einem Zahnrad versehen ist, mit dem ein Antriebszahnrad zum übertragen eines Drehmoments auf das Keillager kämmt.

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