DE4135167C2 - Kugelumlaufspindel-Führungseinheit und Fördertisch mit Verwendung desselben - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Kugelumlauf­ spindel-Führungseinheit bei Anwendung in einem linear be­ weglichen Teil, beispielsweise einer Werkzeugmaschine und eines Roboters, und sie bezieht sich auch auf einen För­ dertisch unter Einsatz einer solchen Einheit.

Eine Fördereinrichtung unter Einsatz einer Kugelumlauf­ spindel hat Auslegungsformen, die beispielsweise in Fig. 24 gezeigt sind (siehe JP-A-62-200016). In dieser Figur ist ein bewegliches Teil 100 mittels eines Paars von Führungs­ schienen 101 gelagert und in eine Längsrichtung hiervon beweglich. Eine Kugelumlaufspindelwelle 102 ist in Gewin­ deeingriff in dem beweglichen Teil 100, um das bewegliche Teil 100 bei der Drehung der Welle 102 hin- und hergehend zu bewegen. Das bewegliche Teil 100 ist an gegenüberlie­ genden Seiten mittels Führungsschienen 101 unter Zwischen­ lage von Kugeln 103 gelagert. Durch die direkte Ein­ schraubbewegung der Kugelumlaufspindelwelle 102 in das be­ wegliche Teil 100 wird eine kompakte Auslegung der Vor­ richtung erreicht. Bei einer üblichen Auslegungsform, bei welcher eine Kugelumlaufspindel zum Antreiben eines Ti­ sches auf allgemeine Weise eingesetzt wird, kann eine Vor­ spannung auf die Kugelumlaufspindelwelle aufgebracht wer­ den, um Genauigkeitsabweichungen verursacht durch eine Wärmedehnung auszugleichen. Bei der in Fig. 24 gezeigten Vorrichtung bewirkt die auf die Kugelumlaufspindel 102 aufgebrachte Vorspannung ein Biegemoment, welches auf die Führungsschienen 101 einwirkt, wodurch ein Verziehen der Führungsschienen 101 bewirkt werden kann und somit ein Bett und/oder ein Tisch, an welchem die Führungsschienen 101 angebracht sind, sich biegen können, wodurch man eine Herabsetzung einer Vorschubgenauigkeit des beweglichen Teiles erhält.

Da das bewegliche Teil 100, mit dem die Kugelumlaufspin­ delwelle 102 über eine Gewindeverbindung verbunden ist, von den Führungsschienen 101 getragen wird, dient das be­ wegliche Teil 100 dazu, eine Beschleunigung der Kugelum­ laufspindelwelle 102 zu verhindern. Wenn jedoch die Vor­ spannung aufgebracht ist, wird die Kugelumlaufspindelwelle 102 ebenfalls durch eine Reaktionskraft gebogen, welche durch die gebogenen Führungsschienen 101 einwirkt, und so­ mit kann man bei der Kugelumlaufspindelwelle 102 nicht eine vorbestimmte Geradlinigkeit einhalten, so daß sich Verzerrungen ergeben.

Um diese durch die Vorspannung verursachten Schwierigkei­ ten zu vermeiden, können die Abmessungen der Führungs­ schienen 101 vergrößert werden, um eine höhere Steifigkeit bei dem Stand der Technik zu erzielen. Hierdurch nehmen jedoch die Gesamtabmessungen der Vorrichtung und das Ge­ wicht der Vorrichtung sowie die Kosten hierfür zu.

Bei der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist ein Tisch, der mittels den linearen Lagern zur Ausführung ei­ ner hin- und hergehenden Bewegung gelagert ist, am beweg­ lichen Teil 100 vorgesehen, und die hin- und hergehende Bewegung des beweglichen Teils 100 wird durch die Drehbe­ wegung der Kugelumlaufspindelwelle 102 bewirkt und dann von dem beweglichen Teil auf den Tisch übertragen. Bei dieser Vorrichtung ist ein Nachteil darin zu sehen, daß zeitraubende Arbeiten zur Einstellung der Parallelität zwischen den Führungsflächen der linearen Lager, an denen der Tisch festgelegt ist, und der Kugelumlaufspindelwelle 102 erforderlich sind. Genauer gesagt sollte die Einstel­ lung der Parallelität zwischen den Führungsflächen der li­ nearen Lager und der Kugelumlaufspindelwelle 102 unter Verwendung eines Zeigers vorgenommen werden, welcher auf die äußere Umfangsfläche der Kugelumlaufspindel 102 aufge­ bracht wird, wodurch die Einstellung erschwert wird. Fer­ ner ist es bei dem in Fig. 24 gezeigten Stand der Technik zusätzlich zu der Einstellung der Parallelität zwischen den Führungsschienen 101 und der Kugelumlaufspindelwelle 102 erforderlich, die Parallelität zwischen der Kugelum­ laufspindelwelle 102 und den Führungsflächen an einer Tischseite einzustellen, wodurch die Arbeiten äußerst schwierig werden.

Die DE-A-36 27 169 zeigt eine lineare Wälzkörperführung mit einem Gleitteil und einer Schiene, längs derer sich das U-förmige Gleitteil gleitend bewegt..

Die Erfindung zielt daher darauf ab, eine Kugelumlaufspin­ del-Führungseinheit bereitzustellen, bei welcher die vor­ stehend genannten Schwierigkeiten überwunden werden und bei der eine Vorspannung aufgebracht werden kann, ohne daß eine Geradlinigkeit der Kugelumlaufspindelwelle beein­ trächtigt wird.

Ferner zielt die Erfindung darauf ab, eine Kugelumlauf­ spindel-Führungseinheit und einen Fördertisch unter Ein­ satz derselben bereitzustellen, wobei ein Tisch von einem linearen Lager getragen wird, welches an der Kugelumlauf­ spindel-Führungseinheit vorgesehen ist, um einen Förder­ tisch zu bilden, und wobei die Parallelität zwischen einer Führungsfläche eines linearen Lagers und einer Kugelum­ laufspindelwelle sich auf einfache Weise einstellen läßt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Da bei der Kugelumlaufspindel-Führungseinheit mit dem erfindungsgemäßen Aufbau die Führungsschiene von einem U- Stahlmaterial mit einer Ausnehmung gebildet wird, liegt der Flächenschwerpunkt der Schiene in der Nähe der Ausneh­ mung, und die Kugelumlaufspindelwelle, welche mit dem be­ weglichen Teil zusammenarbeitet, liegt ebenfalls in der Nähe der Ausnehmung, so daß der Flächenschwerpunkt der Führungsschiene in der Nähe der Achse der Kugelumlaufspin­ delwelle liegt. Wenn daher die Vorspanneinrichtung eine Zugbelastung auf die Kugelumlaufspindelwelle aufbringt, wirkt eine Reaktionskraft als eine Druckbelastung an einer Stelle in der Nähe des Flächenschwerpunkts der Führungs­ schiene, so daß ein auf die Führungsschiene wirkendes Bie­ gemoment klein ist. Daher läßt sich die Geradlinigkeit der Führungsschiene aufrecht erhalten, und die Vorschubgenau­ igkeit des beweglichen Teils läßt sich erhöhen.

insbesondere wenn die Achse der Kugelumlaufspindelwelle im wesentlichen mit dem Flächenschwerpunkt der Führungs­ schiene übereinstimmt, bewirkt die auf die Kugelumlauf­ spindelwelle aufgebrachte Vorspannung kein Biegemoment in der Führungsschiene, und somit läßt sich die Geradlinig­ keit der Führungsschiene perfekt einhalten.

Da das U-Stahlmaterial selbst, welches die Führungsschiene bildet, eine hohe Steifigkeit gegenüber einer Biegung in Folge ihrer Gestalt hat, ist es nicht erforderlich, eine Dicke der Führungsschiene zur Erhöhung der Steifigkeit zu vergrößern, wie dies bisher beim Stand der Technik vorge­ nommen wurde, so daß die Abmessungen und das Gewicht der Führungsschiene herabgesetzt werden können.

Selbst wenn die Kugelumlaufspindelwelle beschleunigt wird, wirkt eine Reaktion durch die Beschleunigung der Kugelum­ laufspindelwelle nicht auf den Tisch, welcher dem bewegli­ chen Teil zugeordnet ist, da das bewegliche Teil von der Führungsschiene getragen wird, welche die hohe Steifigkeit hat. Daher läßt sich eine genaue Bewegung des Tisches si­ cherstellen.

Ein Fördertisch kann eine solche Auslegung haben, daß das bewegliche Teil der Kugelumlaufspindel-Führungseinheit an einem Tisch angebracht ist, welcher mittels eines linearen Lagers gelagert ist und der sich auf einem Bett hin- und hergehend bewegen kann, wobei die Führungsschiene am Bett fest vorgesehen ist, und der Tisch in Richtung nach vorne und nach hinten um eine Größe entsprechend einer Drehgröße der Kugelumlaufspindelwelle bewegt werden. Bei dieser Aus­ legungsform kann die Führungsschiene vorzugsweise an ihren unteren und seitlichen Flächen mit Bezugsflächen versehen sein, welche zur Einstellung der Parallelität zwischen der Führungsschiene und der Achse der Kugelumlaufspindelwelle dienen.

Gemäß der voranstehend beschriebenen Auslegungsform läßt sich die Parallelität zwischen der Führungsschiene und der Achse der Kugelumlaufspindelwelle im voraus unter Verwen­ dung der Bezugsfläche einstellen, die auf der Seitenfläche der Führungsschiene ausgebildet ist. Daher läßt sich die Parallelität zwischen der Achse der Kugelumlaufspindel­ welle und der Führungsfläche des linearen Lagers lediglich dadurch einhalten, daß die Parallelität zwischen der Be­ zugsfläche, die an der Führungsschiene vorgesehen ist, und der Führungsfläche des linearen Lagers eingestellt wird, wodurch sich die Montage und der Zusammenbau des Tisches vereinfachen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevor­ zugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beige­ fügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht eines Hauptteils eines ersten Lagerteils einer Kugelumlauf­ spindelwelle in einem freien Zustand vor dem Aufbringen einer Zugbelastung auf dieselbe mittels einer Vorbelastungseinrichtung,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht eines Hauptteils eines Endes einer in Fig. 1 gezeigten Welle, auf welche eine Zugbelastung aufge­ bracht wird,

Fig. 3 eine Seitenansicht zur Verdeutlichung einer Gesamtauslegungsform einer Fördereinrich­ tung, wobei Teile ausgeschnitten dargestellt sind,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die in Fig. 3 gezeigte Einrichtung,

Fig. 5 eine Seitenansicht der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung, bei welcher gewisse Teile weg­ gebrochen sind,

Fig. 6 eine Vorderansicht eines Hauptteils,

Fig. 7 eine Draufsicht auf den in Fig. 6 gezeigten Teil,

Fig. 8 eine Längsschnittansicht eines Teils eines Tisches in Fig. 3,

Fig. 9 eine Seitenansicht einer Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 10 eine Schnittansicht einer Führungsschiene einer Einrichtung nach Fig. 3,

Fig. 11 bis 13 einen Tischkörper einer Einrichtung nach Fig. 3,

Fig. 11 eine Vorderansicht derselben,

Fig. 12 eine Seitenansicht hiervon,

Fig. 13 eine Unteransicht hiervon,

Fig. 14 bis 18 eine Endplatte,

Fig. 14 eine Vorderansicht,

Fig. 15 eine Rückansicht,

Fig. 16 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie XI-XI in Fig. 15,

Fig. 17 eine Draufsicht auf ein Rückführungsstück,

Fig. 18 eine Seitenansicht eines Rückführungsstücks,

Fig. 19 eine Vorderansicht eines Halters,

Fig. 20 eine Schnittansicht längs der Linie XV-XV in Fig. 19,

Fig. 21 und 22 schematische Schnittansichten zur Verdeutli­ chung einer Ausgestaltungsform einer Füh­ rungsschiene gemäß einer weiteren bevorzug­ ten Ausführungsform nach der Erfindung,

Fig. 23 eine schematische Schnittansicht zur Ver­ deutlichung eines Fördertisches, welcher mit einer Kugelumlaufspindel-Führungseinheit nach der Erfindung versehen ist, und

Fig. 24 eine Schnittansicht einer Kugelumlaufspinde­ leinheit gemäß einer üblichen Auslegungs­ form.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Aus­ führungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In den Fig. 1 bis 22 wird eine Kugelumlauf­ spindel-Führungseinheit gemäß einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform nach der Erfindung gezeigt. Mit 1 ist allgemein eine Kugelumlaufspindel-Führungseinheit bezeichnet, welche im wesentlichen von einer Führungsschiene 2, einem beweg­ lichen Teil 3, welches beweglich mit Hilfe der Schiene 2 gelagert ist, einer Kugelumlaufspindelwelle 7, welche in Gewindeeingriff in dem beweglichen Teil 3 ist, einem Paar von Lagerteilen 410 und 420 zur Lagerung der Kugelumlauf­ spindelwelle 7, einem Motor 18 zum Antreiben der Kugelum­ laufspindelwelle 7 und einer Vorspanneinrichtung 50 gebil­ det wird, welche eine Zugvorspannung auf die Kugelumlauf­ spindelwelle 7 aufbringt.

Die Führungsschiene 2 wird von einem U-Stahlmaterial mit einem U-förmigen Querschnitt gebildet, welcher eine kon­ kave Ausnehmung 21 hat und eine Bodenwand 23, welche einen Grund einer Ausnehmung 21 bildet, und Seitenwände 22 um­ faßt, die senkrecht von den gegenüberliegenden Seiten der Bodenwand 23 wegverlaufen.

Das bewegliche Teil 3 ist zwischen den inneren Seitenflä­ chen 22a der Ausnehmung 21 in der Führungsschiene 2, d. h. zwischen den beiden Seitenwänden 22, gehalten und gela­ gert. Das bewegliche Teil 3 ist nahezu über die gesamte Höhe in die Ausnehmung 21 eingesetzt und hat eine obere Fläche, welche geringfügig über die oberen Flächen der Seitenwände 22 vorsteht.

Die Seitenflächen der Ausnehmung 21 in der Führungsschiene 2 weisen zu den rechten und linken Flächen des beweglichen Teils 3 jeweils. Jede dieser rechten und linken Seitenflä­ chen ist mit zwei Kugelwälzflächen 4a und 4b oder 5a und 5b versehen, auf welchen Wälzkörper, d. h. Kugeln 6, bei der Ausführung einer Abwälzbewegung geführt sind.

Die Kugelwälzflächen 4a, 4b, 5a und 5b, welche in der Füh­ rungsschiene 2 vorgesehen sind, sind insgesamt mit einer Anzahl von vier vorhanden, und sie liegen an den Ecken der breiten Ausnehmungen 22b, welche in den inneren Seitenflä­ chen 22a der Seitenwände 22 ausgebildet sind.

Das bewegliche Teil 3 wird von einem beweglichen Teilkör­ per 31 und Endplatten 32 gebildet, welche an gegenüberlie­ genden Endflächen des Körpers 31 befestigt sind. Der be­ wegliche Teilkörper 31 ist an den gegenüberliegenden Sei­ ten insgesamt mit vier ausgenommenen Kugelwälzflächen 5a, 5b, 5c und 5d versehen, welche den Kugelwälzflächen 4a, 4b, 4c und 4d der Führungsschiene 2 jeweils zugeordnet sind. Eine große Anzahl von Kugeln 6 ist drehbeweglich zwischen den gegenüberliegenden Kugelwälzflächen 4a und 5a, 4b und 5b, 4c und 5c, 4d und 5d angeordnet.

Gegenüberliegende Enden 71 und 72 der Kugelumlaufspindel­ welle 7 sind drehbeweglich mittels ersten und zweiten La­ gerteilen 410 und 420 gelagert, welche an gegenüberliegen­ den Enden der Führungsschiene 2 angeordnet sind.

Der erste Lagerabschnitt 410 umfaßt eine erste Endplatte 412, welche fest mit einer Endfläche der Führungsschiene 2 mit Hilfe von Schrauben 411 verbunden ist, und ein erstes Kugellager 415, welches einen doppelreihigen Winkelkontakt hat und in eine axiale Öffnung 414 passend eingesetzt ist, welche an einem Mittelteil der ersten Endplatte 412 ausge­ bildet ist. Ein erstes axiales Ende 71 der Kugelumlauf­ spindelwelle 7 ist passend in die axiale Öffnung 414 der ersten Endplatte 412 mittels des ersten Kugellagers 415 eingesetzt.

Der zweite Lagerabschnitt 420 wird von einem Gehäuse 423 gebildet, welches eine zweite Endplatte 422 hat, welche fest mit der anderen Endfläche der Führungsschiene 2 mit Hilfe von Schrauben 421 verbunden ist, und einem zweiten Kugellager 425, welches einen doppelreihigen Winkelkontakt hat und passend in einer axialen Öffnung 424 eingesetzt ist, die an einem Mittelteil der zweiten Endplatte 422 ausgebildet ist. Ein zweites Ende 72 der Kugelumlaufspin­ delwelle 7 ist in einer Axialöffnung 424 der zweiten End­ platte 422 unter Zwischenlage eines zweiten Lagers 425 eingesetzt.

Das zweite axiale Ende 72 ist mit einem Verbindungswellen­ abschnitt 723, einem Gewindeabschnitt 722 und einem Lage­ rabschnitt 721 versehen, welcher axial fluchtgerecht in dieser Anordnung ausgehend von dem Ende des Endabschnitts 72 angeordnet ist. Der Lagerabschnitt 721 ist passend in dem zweiten Kugellager 425 angeordnet, und der Verbin­ dungswellenabschnitt 723 und der Gewindeabschnitt 722 ge­ hen durch die axiale Öffnung 424 und erstrecken sich in Richtung aufeinen Motor 18. Die Verbindungswelle 723 ist mit einer Antriebswelle 181 des Motors 18 über eine Kupp­ lung 19 verbunden.

Der Motor 18 ist fest mit einer dritten Endplatte 426 ver­ bunden, welche am Gehäuse 423 ausgebildet ist, und zwar mittels Schrauben 182. Die Antriebswelle 181 ist koaxial zu der Kugelumlaufspindelwelle 7. Die dritte Endplatte ist der zweiten Endplatte 422 unter Einhaltung eines vorbe­ stimmten axialen Zwischenraumes zugewandt. Der Zwischen­ raum zwischen dem zweiten und dritten Endplatten 422 und 426 wird genutzt, um die Kupplung 19 aufzunehmen. Die Kupplung 19 ist mit Öffnungen 191 und 192 versehen. Die Antriebswelle 181 des Motors 18 und der Verbindungswellen­ abschnitt 723 der Kugelumlaufspindelwelle 7 sind die Öff­ nungen 191 und 192 jeweils eingesetzt und sie sind fest mit der Kupplung mit Hilfe von Schrauben 193 und 194 ver­ bunden. Eine obere Öffnung des Gehäuses 423 des Motors 18 ist mit oberen und unteren Stützabdeckungen 427 und 428 abgedeckt. Eine Verbindungseinrichtung 429 zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit dem Motor 18 ist an der unteren Stützabdeckung 428 angebracht.

Die Positionen der ersten Endplatte 413 des ersten Lage­ rabschnitts 410 und der zweiten Endplatte 422 des zweiten Lagerabschnitts 420 lassen sich in einer Richtung senk­ recht zu der Kugelumlaufspindelwelle 7 einstellen. Die Seitenfläche der Führungsschiene 2 bildet eine Bezugsflä­ che A für die Einstellung der Parallelität zwischen einer Achse der Kugelumlaufspindelwelle 7 und der Führungs­ schiene. Die Positionseinstellung der ersten Endplatte 413 läßt sich unter Verwendung eines kleinen Spiels zwischen den Schrauben 411 und den Schrauböffnungen 411a vornehmen. In ähnlicher Weise erfolgt die Positionseinstellung der zweiten Endplatte 422 unter Verwendung eines geringfügigen Spieles zwischen den Schrauben 421 und den Schrauböffnun­ gen 421a.

Eine Vorspanneinrichtung 50 wird von ersten und zweiten Lagerhaltermuttern 511 und 512 gebildet, welche mit den Kugellagern 415 und 425 in den ersten und zweiten Lagerab­ schnitten 71 und 72 jeweils zusammenarbeiten. Bei der dar­ gestellten bevorzugten Ausführungsform ist die Lagerhal­ termutter 512 des zweiten Lagerabschnittes 420 zu Beginn so angezogen, daß der Motor 18 und weitere Teile angeord­ net sind und abschließend wird die erste Lagerhaltermutter 511 des ersten Lagerabschnittes 410 unabhängig von dem Mo­ tor und weiteren Teilen festgelegt, so daß eine Zugbela­ stung auf die Kugelumlaufspindelwelle 7 aufgebracht wird.

Das zweite Kugellager 425 ist in die Axialöffnung 424 von einem offenen Ende her eingesetzt, welches der Führungs­ schiene 2 zugewandt ist. Ein Teil der axialen Öffnung 424 in der Nähe des Motors 18 hat einen Durchmesser, welcher kleiner als ein Außendurchmesser des zweiten Kugellagers 425 ist, so daß die axiale Öffnung 425 mit einem stufen­ förmig abgesetzten Abschnitt versehen ist, gegen welchen das zweite Lager 425 zur Anlage kommt und der Lagerhalter 522 ist in die axiale Öffnung 424 geschraubt.

Die ersten und zweiten Bundteile 532 und 542 sind passend um den Lagerabschnitt 721 des zweiten Lagerabschnittes 72 angeordnet, wobei das zweite Kugellager 425 dazwischen­ liegt. Das erste Bundteil 531 ist zwischen einer Endfläche des zweiten Kugellagers 425 in der Nähe der Führungs­ schiene 2 und einem stufenförmig abgesetzten Abschnitt 73 angeordnet, welcher in einem Basisende des Lagerabschnit­ tes 721 der Kugelumlaufspindelwelle 7 ausgebildet ist. Das zweite Bundteil 54 ist zwischen der weiteren Endfläche des zweiten Kugellagers 425 und der Lagerhaltermutter 512 an­ geordnet.

Das erste Kugellager 415 ist in die axiale Öffnung 414 ausgehend von einer endseitigen Öffnung eingesetzt, welche der Führungsschiene 2 zugewandt ist. Ein Teil der axialen Öffnung 414, welcher von dem Motor 18 entfernt liegt, hat einen Durchmesser, welcher kleiner als ein Außendurchmes­ ser des ersten Kugellagers 415 ist, so daß die axiale Öff­ nung 425 mit einem stufenförmig abgesetzten Abschnitt 4141 versehen ist, gegen welchen das erste Lager 415 zur Anlage kommt, wenn der Lagerhalter 521 in die axiale Öffnung 414 geschraubt ist.

Die ersten und zweiten Bundteile 531 und 541 sind passend um den Lagerabschnitt 711 des ersten Lagerabschnittes 71 angeordnet, wobei das erste Kugellager 415 dazwischen­ liegt. Das erste Bundteil 531 ist zwischen einer Endfläche des ersten Kugellagers 415 in der Nähe der Führungsschiene 2 und einem stufenförmig abgesetzten Abschnitt 74 angeord­ net, der an einem Basisende des Lagerabschnittes der Kuge­ lumlaufspindelwelle 7 ausgebildet ist. Das zweite Bundteil 541 ist zwischen dem ersten Kugellager 415 und der ersten Lagerhaltermutter 511 angeordnet.

Die Kugelumlaufspindelwelle 7 befindet sich zu Beginn in einem freien Zustand während eines Montagevorganges, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Das erste Kugellager 415 und die stufenförmig abgesetzte Fläche 74 der Kugelumlaufspin­ delwelle 7 liegen derart, daß ein Spalt g entsprechend ei­ ner Größe einer Vorspannung vorhanden ist, und anschlie­ ßend wird die Lagerhaltermutter 511 angezogen, um die Ku­ gelumlaufspindelwelle 7 um eine Größe zu expandieren, wel­ che dem Spalt g entspricht, um eine Zugbelastung bzw. Zug­ kraft F aufzubringen. Daher läßt sich nur durch das Fest­ ziehen der Lagerhaltermutter 511 die Zugbelastung auf eine geeignete Größe einstellen.

Da bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ein Flächenschwerpunkt des in etwa U-förmig ausgelegten Quer­ schnitts der Führungsschiene 2 mit einer Achse O der Kuge­ lumlaufspindelwelle 7 übereinstimmt, bewirkt eine Druckbe­ lastung, die man als eine Reaktionskraft der Vorspannung der Kugelumlaufspindelwelle 7 erhält, nicht als eine ab­ weichende Belastung gegenüber der Führungsschiene 2.

Im Hinblick auf die Auslegung des beweglichen Teils 3 ist der bewegliche Teilkörper in seiner Mitte mit einer sie durchsetzende Kugelumlaufspindel 8 versehen, welche mit einer Vorschubspindel, d. h. einer Kugelumlaufspindelwelle 7, zusammenarbeitet. Die Kugelumlaufspindelöffnung 8 liegt auf einer Linie, die im wesentlichen die Mitten der über­ brückenden Teile zwischen den oberen und unteren Kugel­ wälzfläche 5a und 5b verbindet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform hat die Kugelumlaufspindelöffnung einen Durchmesser ähnlich den Überbrückungsteilen zwischen den Kugelwälzflächen 5a, 5b, 5c und 5d.

Zwischen der Kugelumlaufspindelöffnung 8 und den Seiten­ flächen des beweglichen Teilkörpers 31 sind vier Kugelaus­ trittsöffnung 6a, 6b, 6c und 6d für den Austritt der Ku­ geln aus den Belastungsbereichen versehen. Die Kugelöff­ nungen 6a, 6b, 6c und 6d sind den Kugelwälzflächen 5a, 5b, 5c und 5d zugeordnet, und zwei derselben sind in einem Ab­ stand von den anderen beiden Öffnung angeordnet, wobei die Kugelumlaufspindelöffnung 8 dazwischenliegt. Die Kugelum­ laufspindelöffnungen 6a, 6b, 6c und 6d liegen auf horizon­ talen Linien, die durch die Kugelwälzflächen 5a, 5b, 5c und 5d jeweils gehen. Eine Vorbelastung wird auf jede Ku­ gel 6 aufgebracht. Diele Vorbelastung erhält man dadurch, daß die Kugeln 6 in einem komprimierten Zustand in dem je­ weiligen Zwischenraum passend eingesetzt sind, welche von vier Sätzen von wechselseitig zugewandten Kugelwälzflächen 4a und 5a, 4b und 5b, 4c und 5c und 4d und 5d gebildet werden.

Zwischen den Kugelaustrittsöffnungen 6a, 6b, 6c und 6d und den Seitenflächen des beweglichen Teilkörpers 31 sind Bol­ zenöffnungen 9 zum Anbringen eines zu transportierenden Gegenstandes an dem beweglichen Teilkörper 31 vorgesehen.

Die Kugelumlaufspindelöffnung 8, die durch die Mitte des beweglichen Teilkörpers 31 geht, hat eine Gewindeausneh­ mung in einem Bereich in jener Nähe, welche einer Hälfte eines Bereiches entspricht, an welcher eine Öffnung 33 vorgesehen ist, die den beweglichen Teilkörper 31 durch­ setzt. Ein Rücklaufrohr 10 ist mit der Öffnung 8 verbun­ den, um einen Kugelrücklaufkanal zu bilden. Das Rücklauf­ rohr 10 wird mittels eines Halters 10a gehalten. Die Vor­ belastung wirkt auch auf die Kugeln 6, die zwischen der Kugelumlaufspindel 7 und der Kugelumlaufspindelöffnung 8 liegen, so daß ein Rattern verhindert wird, welches in axialer Richtung der Kugelumlaufspindelwelle auftreten könnte. Um die Vorbelastung aufzubringen, kann eine Diffe­ renz zwischen der Steigung der Gewindeausnehmung in der Kugelumlaufspindelöffnung 8 unter der Steigung des Gewin­ des der Kugelumlaufspindelwelle 7 oder mittels anderen Auslegungsformen erreicht werden.

Die Kugeln 6, die zwischen den Seitenflächen des bewegli­ chen Teilkörpers 31 und den inneren Seitenflächen der Füh­ rungsschiene 2 angeordnet sind, berühren die zugeordneten Kugelwälzflächen 4a und 5a, 4b und 5b, 4c und 5c oder 4d und 5d in Kontaktrichtungen, welche derart bestimmt sind, daß man nach außen divergierend verlaufende Anordnungen erhält, und welche insbesondere derart bestimmt sind, daß imaginäre Linien La, Lb, Lc und Ld, die durch die Kontakt­ punkte zwischen den zugeordneten Kugeln 6 und den zugeord­ neten Kugelwälzflächen 4a und 5a, 4b und 5b, 4c und 5c und 4d und 5d und durch die Kugeln gehen, einen konvergieren­ den Verlauf zu der Mitte der Kugelumlaufspindelwelle 7 be­ züglich einer horizontalen Linie H haben können, die durch die Mitte der Kugelumlaufspindelwelle 7 geht. Die Winkel zwischen den imaginären Linien La, Lb, Lc und Ld und der horizontalen Linie H können sich gegebenenfalls etwa auf 45° belaufen.

Die Endplatte 32 ist ein viereckförmiges Teil, welches eine ähnliche Gestalt wie die Endfläche des beweglichen Teilkörpers 31 hat, und sie ist in ihrer Mitte mit einer Durchgangsöffnung 32a zum Einführen der Kugelumlaufspin­ delwelle 7 versehen. Bolzenöffnungen 32b sind in Querrich­ tung an den gegenüberliegenden Seiten der Einschuböffnung 32a zum Fixieren des beweglichen Teilkörpers 31 angeord­ net.

Eine Befestigungsfläche der Endplatte 32 für den bewegli­ chen Teilkörper 31 ist mit vier Rücklaufkanälen 11a, 11b, 11c und 11d zum Rückführen der Kugeln 6 versehen, welche im Belastungsbereich zwischen dem beweglichen Teilkörper 31 und der Führungsschiene 2 angeordnet sind, um dieselben zu den Kugelaustrittsöffnungen 6a, 6b, 6c und 6d zu lei­ ten. Der Rücklaufkanal 11a wird von einer ausgenommenen Aussparung 12 mit einem halbkreisförmigen Querschnitt in der Endplatte 32 gebildet, und ein Rücklaufstück 13, wel­ ches halbkreisförmig ausgebildet ist, ist konzentrisch be­ züglich der Ausnehmung 12 angeordnet. Das Rücklaufstück 13 ist an seinem Außenumfang mit einer bogenförmigen Ausneh­ mung 13a versehen, welche komplementär hinsichtlich ihrer Gestalt zu dem äußeren Umfang der Kugel 6 ausgelegt ist, so daß die bogenförmige Ausnehmung 13a und die ausgenom­ mene Aussparung 32a in der Endplatte 32 die rohrförmigen Rücklaufkanäle 11a, 11b, 11c und 11d mit einer halbkreis­ förmigen Gestalt bilden. Es ist erwünscht, daß eine Krüm­ mung jedes Rücklaufkanales 11a, 11b, 11c und 11d nahezu das Dreifache des Durchmessers der Kugel oder größer be­ trägt.

Kugelhalter 14 zum Halten der Kugeln 6 sind zwischen den Seitenflächen des beweglichen Teilkörpers 31 und den inne­ ren Seitenflächen der Führungsschiene 2 angeordnet. Jeder Kugelhalter 14 ist ein Plattenteil, welches in einer Aus­ nehmung 22b aufgenommen ist, in einer inneren Seitenfläche der jeweiligen Seitenwand 22 der Führungsschiene 2 ausge­ bildet ist. Der Halter 14 wird an einer seiner Fläche ge­ gen die Seitenfläche des beweglichen Teilkörpers 31 ge­ drückt und mit Hilfe von Schrauben 15 festgelegt.

Jeder Halter 14 ist an seinen gegenüberliegenden Seitenrän­ dern mit Ausnehmungen 16 mit bogenförmigem Querschnitt versehen, welche entsprechend der Krümmung der Kugel 6 ge­ krümmt sind, so daß die Kugeln 6 in den oberen und unteren Reihen durch die bogenförmigen Ausnehmungen 16 gehalten sind ohne von dem beweglichen Teilkörper 31 freizukommen.

Die Halter 14 sind in Räumen zwischen den oberen und unte­ ren Kugelwälzflächen angeordnet, welche Brückenteile ha­ ben, die bis zu einem Größenwert größer werden und sie sind in diesen Räumen angeordnet. Somit haben die Halter 14 Breitenabmessungen, welche nahezu gleich den Gesamt­ breitenabmessungen der Überbrückungsteile sind und die bo­ genförmigen Ausnehmungen 16 an den gegenüberliegenden Sei­ tenrändern liegen in der Nähe der Kugeln 6. Die Kugeln 6 in den Belastungsbereichen führen eine Abwälzbewegung ohne eine Berührung dieser bogenförmigen Ausnehmungen 16 aus.

Die Kugelumlaufspindelwelle 7, welche in der Kugelumlauf­ spindelöffnung 8 im beweglichen Teil 3 in Gewindeeingriff ist, ist drehbeweglich an einem Ende mittels eines Lage­ rabschnittes 17 gelagert, welcher an einem Ende der Füh­ rungsschiene 2 vorgesehen ist, und sie ist antriebsverbun­ den am anderen Ende über die Kupplungen 19 mit dem Motor 18, welcher am anderen Ende der Führungsschiene 2 ange­ bracht ist.

In den Fig. 3 bis 5 ist mit der Bezugsziffer 80 eine Befestigungsplatte zum Anbringen eines Sensors (nicht ge­ zeigt) bezeichnet. Die Platte 80 kann fest an einer belie­ bigen Position auf einer Schiene 81 angebracht werden, die auf und längs der äußeren Seitenfläche der Führungsschiene 2 angeordnet ist. Der Sensor ist an der Sensorbefesti­ gungsplatte 80 über ein Befestigungsstück 82 angebracht. Wenn eine Deckplatte 83, die am beweglichen Teil 3 ange­ bracht ist, den Sensor überfährt, wird festgestellt, daß das bewegliche Teil 3 in einer vorbestimmten Position (beispielsweise einer Anfangsposition) ist.

Eine Bezugsziffer 84 bezeichnet einen ringförmigen, ersten Anschlag, welcher passend in der Axialöffnung 413 in dem ersten Lagerabschnitt 71 angeordnet ist, und mit einer Be­ zugsziffer 85 wird ein zweiter Anschlag bezeichnet, wel­ cher im zweiten Lagerabschnitt 72 vorgesehen ist. Diese Anschläge berühren die Endflächen des beweglichen Teils 3 zur Begrenzung eines Bewegungsbereiches des beweglichen Teils 3.

Wenn bei der Kugelumlaufspindel-Führungseinheit mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau der Motor 18 drehangetrie­ ben wird, wird die Kugelumlaufspindelwelle 7 gedreht und die Drehbewegung derselben wird über die Kugelumlaufspin­ delöffnung 8 auf das bewegliche Teil 3 übertragen, so daß das bewegliche Teil 3 längs der Führungsschiene 2 eine hin- und hergehende lineare Bewegung ausführt. Bei dieser Arbeitsweise ist die Zugbelastung F auf der Kugelumlauf­ spindel 7 durch die ersten und zweiten Lagerhaltermuttern 511 und 512 zum Ausgleich der Wärmedehnung der Kugelum­ laufspindelwelle 7 aufgebracht, welche bei einer Hochge­ schwindigkeitsdrehbewegung auftreten kann. Als eine Reak­ tion hierauf wirkt eine Druckbelastung auf die Führungs­ schiene 2 über die ersten und zweiten Endplatte 412 und 422 der ersten und zweiten Lagerabschnitte 410 und 420 ein. Die Führungsschiene 2 jedoch wird von einem U-förmi­ gen U-Stahlmaterial gebildet, welches eine höhere Steifig­ keit gegenüber Biegebelastungen hat, so daß die Seiten­ wände 22 als Versteifungsträger wirken und eine Verfor­ mung, wie ein Durchbiegen, verhindert werden kann. Da der Flächenschwerpunkt der Führungsschiene 2 und die Achse O der Kugelumlaufspindel 7 miteinander zusammenfallen verla­ gert sich die Druckbelastung, welche auf die Führungs­ schiene 2 wirkt, nicht bezüglich der Achse der Kugelum­ laufspindelwelle, so daß ein unnötiges Biegemoment nicht auf die Führungsschiene 2 einwirkt.

Da entsprechend der vorstehenden Beschreibung das Biegemo­ ment nicht auf die Führungsschiene 2 einwirkt, wird die Kugelumlaufspindelwelle 7 in einem geraden Zustand gehal­ ten. Diese Tatsache sowie die Tatsache, daß die gegenüber­ liegenden Seiten des beweglichen Teils 3 mit Hilfe den Ku­ geln 6 abgestützt und gelagert sind, dienen dazu, daß ein Verwerfen der Kugelumlaufspindelwelle 7 verhindert wird, so daß man eine genaue Steuerung der Förderbewegung er­ hält.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Kontak­ trichtungen der Kugeln 6, die zwischen dem Tisch 3 und der Führungsschiene 2 angeordnet sind, derart geneigt, daß sie einen nach außen divergierenden Verlauf bezüglich der ho­ rizontalen Linie H haben, welche durch die Mitte der Kuge­ lumlaufspindelwelle geht, so daß die vertikalen und hori­ zontalen Belastungen, nämlich auf das bewegliche Teil 3 wirken, effektiv von den Kugeln 6 aufgenommen werden. Wenn insbesondere der Neigungswinkel sich auf etwa 45° beläuft, können die Belastungen in den vier Richtungen, d. h. verti­ kale und horizontale Richtungen, in gleicher Weise aufge­ nommen werden. Ferner kann in wirksamer Weise verhindert werden, daß die auf die Kugeln 6 einwirkende Vorbelastung ein Rattern des beweglichen Teils 3 verursacht.

Da entsprechend der voranstehenden Beschreibung das Rat­ tern des beweglichen Teils 3 verhindert werden kann, ist es unmöglich, Vibrationen zu verhindern, welche während den Fördervorgängen auftreten können, und insbesondere während den Anfahr- und Anhaltevorgängen auftreten können, d. h. Neigungsbewegungen (Schwingungen des beweglichen Teils 3, welche um eine Achse senkrecht zur Zeichenebene in Fig. 3 erregt werden), eine Wälzbewegung (eine Schwin­ gung des beweglichen Teils 3, welches um eine Achse senk­ recht zur Zeichenebene in Fig. 5 erregt wird) und eine Seitenbewegung (eine Schwingung des beweglichen Teils 3, welche um eine Achse senkrecht zu der Zeichenebene von Fig. 4 erregt wird), so daß das bewegliche Teil 3 gleich­ förmig bewegt bzw. gefördert werden kann. Da das Überbrüc­ kungsteil zwischen den oberen und unteren Kugelwälzflächen soweit wie möglich vergrößert wird, hat die Auslegung eine hohe Festigkeit bezüglich eines Belastungsmomentes, wel­ ches derart wirkt, daß das bewegliche Teil 3 um die För­ derachse gedreht wird.

Es ist noch zu erwähnen, daß der Querschnitt der Führungs­ schiene 2 nicht auf eine U-förmige Gestalt gemäß der be­ vorzugten Ausführungsform beschränkt ist, sondern wie es in Fig. 21 gezeigt ist, kann eine mit einem Flansch ver­ sehene U-förmige Gestalt vorgesehen sein, bei der die Sei­ tenwände 22 an ihren Enden mit horizontal vorspringenden Flanschen 24 versehen sind. Ferner kann nach Fig. 22 eine U-förmige Gestalt vorgesehen sein, welche mit Lippen 25 versehen ist, die an den oberen Wänden der Seitenwände 22 ausgebildet sind und welche nach innen verlaufen, um die Öffnung der Ausnehmung 21 zu verkleinern.

Wenn man die U-förmige Gestalt vorsieht, welche die Flan­ sche oder die Lippen hat, läßt sich die Steifigkeit der Führungsschiene 2 weiter erhöhen, so daß die Vorspannung effektiver auf die Kugelumlaufspindelwelle 7 aufgebracht werden kann. Bei der Auslegung mit einer U-förmigen Ge­ stalt, welche Lippen hat, ist das bewegliche Teil 3 in der Führungsschiene 2 aufgenommen, und das bewegliche Teil 3 ist an seiner oberen Fläche mit einem stufenförmig abge­ setzten Vorsprung 33 versehen, welcher zwischen den Lippen 25 vorsteht. Der stufenförmig abgesetzte Vorsprung 33 bil­ det eine Befestigungsfläche 34.

Fig. 23 zeigt einen Fördertisch, welcher mit der Kugelum­ laufspindel-Führungseinheit 1 mit der vorstehend beschrie­ benen bevorzugten Ausführungsform ausgestattet ist. Ein stationäres Bett 1000 lagert einen Tisch 1002 mittels ei­ nes Paars von rechten und linken linearen Lagern 1001, um eine hin- und hergehende Bewegung desselben zu ermögli­ chen. Die linearen Lager 1001 können von unterschiedli­ chen, an sich bekannten Führungseinrichtungen gebildet werden. Jedes lineare Lager wird von einem Schienenbett 1003 und einem Lagerkörper 1005 gebildet, welcher gleitbe­ weglich längs der Längsrichtung des Schienenbetts 1003 über die Wälzteile 1004 geführt ist.

Die Kugelumlaufspindel-Führungseinheit 1 ist zwischen den beiden linearen Lagern 1001 angeordnet, und die Führungs­ schiene 2 der Kugelumlaufspindel-Führungseinheit 1 ist fest mit dem stationären Bett 1000 verbunden. Das bewegli­ che Teil 3 ist fest mit dem Tisch 1002 verbunden. Die Par­ allelität zwischen der Achse der Kugelumlaufspindelwelle 7 und eine Führungsfläche des linearen Lagers 1001 wird un­ ter Nutzung der Bezugsebene A eingestellt, welche auf der unteren Fläche und den Seitenflächen der Führungsschiene 2 ausgebildet ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Kugelumlaufspindel-Füh­ rungseinheit 1 kann vor dem Montageschritt zum Festlegen der Führungsschiene 2 an dem Bett 1000 die Parallelität zwischen der Achse der Kugelumlaufspindelwelle 7 und der Führungsschiene 2 auf der Basis der Bezugsfläche A einge­ stellt werden. Daher kann die Einstellung der Parallelität zwischen der Achse der Kugelumlaufspindelwelle 7 und der Führungsfläche des linearen Lagers 1001 nur dann abge­ schlossen werden, wenn die Einstellung der Parallelität zwischen dem Schienenbett 1003 des linearen Lagers und der Bezugsfläche A erfolgt ist, welche auf der Führungsschiene 2 ausgebildet ist. Selbst wenn bei dem Fördertisch die Ku­ gelumlaufspindelwelle 7 eine Versetzung hat, wird der Ein­ fluß durch diese Versetzung nicht auf den Tisch 102 über­ tragen, welcher dem beweglichen Teil 3 zugeordnet ist, da das bewegliche Teil 3 durch die Führungsschiene 2 abge­ stützt gelagert ist. Somit kann man eine genaue Bewegung sicherstellen.

Claims (5)

1. Kugelumlaufspindel-Führungseinheit (1) aufweisend:
Eine Führungsschiene (2), welche aus einem U-Stangenmaterial hergestellt ist, welches eine Aus­ nehmung (21) hat,
ein bewegliches Teil (3), welches passend zwischen den Seitenflächen der Ausnehmung (21) unter Zwischen­ lage von Kugeln (6) angeordnet ist und längs einer Längsrichtung der Führungsschiene (2) beweglich ist,
eine Kugelumlaufspindelwelle (7), welche drehbeweg­ lich durch die Führungsschiene (2) gelagert ist und in Gewindeeingriff mit dem beweglichen Teil (3) zur Ausführung einer hin- und hergehenden Bewegung des beweglichen Teils (3) längs der Führungsschiene (2) ist,
Lagerabschnitte (410, 420), die an den gegenüberliegenden Enden der Führungsschiene (2) vorgesehen sind, zum Lagern der Kugelumlaufspindelwelle (7), woei mindestens ein Lagerabschnitt (410, 420) senkrecht zur Kugel­ umlaufspindelwelle (7) zum Einstellen der Parallelität zwischen der Führungsschiene (2) und der Kugelumlaufspindelwelle (7) einstellbar ist, und
eine Vorspanneinrichtung (50) zum Aufbringen einer axialen Zugbelastung (F) auf einen Teil der Kugelum­ laufspindelwelle (7) zwischen den Lagerabschnitten (410, 420).

2. Kugelumlaufspindel-Führungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Achse (O) der Kugel­ umlaufspindelwelle (7) im wesentlichen mit einem Flä­ chenschwerpunkt eines Querschnitts der Führungs­ schiene (2) übereinstimmt.

3. Kugelumlaufspindel-Führungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs­ schiene (2) an ihren unteren Flächen und Seitenflä­ chen mit einer Bezugsebene (A) zur Einstellung der Parallelität zwischen der Führungsschiene (2) und der Kugelumlaufspindelwelle (7) versehen ist.

4. Fördertisch, welcher einen Tisch (1002) umfaßt, der mittels eines linearen Lagers (1001) gelagert ist, welches fest an einem Bett (1000) angebracht ist, um eine hin- und hergehende Bewegung auszuführen, aufweisend:
Eine Antriebseinrichtung zum Bewegen des Tisches (1002) um einen beliebigen Weg in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung, wobei die Antriebseinrichtung eine Führungsschiene (2), die aus einem U-Stangenmaterial mit einer Aus­ nehmung (21) ausgebildet und fest mit dem Bett (1000) verbunden ist, ein bewegliches Teil (3), welches pas­ send zwischen den Seitenflächen der Ausnehmung (21) unter Zwischenlage von Kugeln (6) angeordnet ist und längs einer Längsrichtung der Führungsschiene (2) be­ weglich ist, eine Kugelumlaufspindelwelle (7), die drehbeweglich durch die Führungsschiene (2) gelagert und in Gewindeeingriff in dem beweglichen Teil (3) zur Ausführung einer hin- und hergehenden Bewegung des beweglichen Teils (3) und des Tisches (1002) längs der Führungsschiene (2) ist, Lagerabschnitte (410, 420), die an den gegenüberliegenden Enden der Führungsschiene (2) vorgesehen sind, zum Lagern der Kugelumlaufspindelwelle (7), wobei mindestens ein Lagerabschnitt (410, 420) senkrecht zur Kugelumlauf­ spindelwelle (7) zum Einstellen der Parallelität zwischen der Führungsschiene (2) und der Kugelumlaufspindelwelle (7) einstellbar ist, und eine Vorspann­ einrichtung (50) zum Aufbringen einer axialen Zugbe­ lastung auf einen Abschnitt der Kugelumlaufspindel­ welle (7) zwischen den Lagerabschnitten (410, 420) auf­ weist, wobei die Füh­ rungsschiene (2) an ihren unteren Flächen und Seiten­ flächen mit einer Bezugsebene (A) zur Einstellung der Parallelität zwischen der Führungsschiene (2) und der Kugelumlaufspindelwelle (7) versehen ist.

5. Fördertisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Achse (O) der Kugel­ umlaufspindelwelle (7) im wesentlichen mit einem Flä­ chenschwerpunkt eines Querschnitts der Führungs­ schiene (2) übereinstimmt.