DE4215692A1 - Hin- und hergehender tisch und zugehoerige fuehrungsvorrichtung zur gleichmaessigen lagerung einer last in vier richtungen - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Führungsvorrichtung für die gleichmäßige Lagerung bzw. Abstützung einer Last in vier Richtungen, welche beispielsweise an Gleitflächen eines Tisch­ schlittens oder einem Bearbeitungscenter in einer Werkzeug­ maschine eingesetzt wird, oder bei jenem Teil einer Förder­ vorrichtung eingesetzt wird, welche einen schweren Gegenstand trägt und eine hin- und hergehende Bewegung ausführt, sowie bei einem hin- und hergehenden Tisch eingesetzt wird, welcher eine derartige Führungsvorrichtung umfaßt.

Eine bekannte Führungsvorrichtung zur gleichmäßigen Lagerung einer Last in vier Richtungen ist in JP-C-38 812/1982 angege­ ben. In Fig. 11 der beiliegenden Zeichnungen ist insgesamt mit 40 eine derartige Führungsvorrichtung gezeigt und weist eine Führungsbahn 42 auf, welche zwei Kugelwälzflächen 44 hat, die jeweils in einem Paar von gegenüberliegenden Sei­ ten ausgebildet sind, ferner einen Lagerkörper 46 aufweist, welcher eine konkave Ausnehmung 50 zur passenden Aufnahme der Führungsbahn 42 besitzt und an seiner Innenfläche ins­ gesamt mit vier Kugelwälzflächen 48 versehen ist, welche jeweils einer der Kugelwälzflächen 44 der Führungsbahn 42 zugewandt sind, und eine Mehrzahl von Kugeln 52 aufweist, welche zwischen den Kugelwälzflächen 44 der Führungsbahn 42 und den zugeordneten Kugelwälzflächen 48 des Lagerkörpers 46 gehalten sind.

Jede Kugelwälzfläche 44 und 48 wird von einer Ausnehmung ge­ bildet, welche in Form eines einzigen Bogens im Querschnitt ausgelegt ist und einen Krümmungsradius hat, welcher im we­ sentlichen gleich dem Radius der Kugeln 52 bemessen ist. Die Kugeln 52 und die Kugelwälzflächen 44 und 48 bilden Lastwirk­ linien 42, welche jeweils einen Winkel von 45° zur Horizonta­ len haben.

Fig. 12 zeigt eine weitere bekannte Führungsvorrichtung für die gleichmäßige Lagerung einer Last in vier Richtungen, welche in JP-U-24 258/1988 angegeben ist. Die Führungsvor­ richtung weist eine Führungsbahn 62 auf, welche Kugelwälzflä­ chen 64 hat, ferner einen Lagerkörper 66, welcher Kugelwälz­ flächen 68 hat, und Kugeln 72 auf, welche dazwischen gehalten sind. Jede Kugelwälzfläche 64 der Führungsbahn 62 wird von einer Ausnehmung gebildet, welche in Form eines gotischen Bo­ gens im Querschnitt ausgestaltet ist und zwei gekrümmte Flä­ chen 64a und 64b umfaßt, welche miteinander verbunden sind. In ähnlicher Weise wird jede Kugelwälzfläche 68 des Lagerkör­ pers 66 von einer Ausnehmung gebildet, die in Form eines go­ tischen Bogens im Querschnitt ausgestaltet ist und zwei ge­ krümmte Flächen 68a und 68b umfaßt, welche miteinander ver­ bunden sind. Die Kugeln 72 und die Kugelwälzflächen 64 und 68 bilden Lastwirklinien, welche jeweils einen Winkel von 56° zur Horizontalen einschließen, wie dies bei der Vorrich­ tung in Fig. 11 der Fall ist.

Da jedoch die Lastwirklinien unter einem Winkel von 45° zur Horizontalen liegen, ist die in Fig. 11 gezeigte Vorrichtung zu wenig steif gegenüber einer Momentanlast, welche bei ei­ nem einachsigen Einsatz in geeigneter Weise auftreten kann, obgleich diese Führungsvorrichtung die Fähigkeit hat, jeg­ liche auf dieselbe in vertikaler oder horizontaler Richtung wirkende Last gleichmäßig zu lagern bzw. aufzunehmen. Darüber hinaus kann es leicht vorkommen, daß eine auf die Führungs­ vorrichtung in vertikaler oder horizontaler Richtung wirken­ de Last zu einer Veränderung der Kontaktpunkte zwischen den Kugeln und den Kugelwälzflächen führen kann, und hierdurch kann es vorkommen, daß der Lagerkörper in Richtung der Last und von der genauen Position relativ zur Führungsbahn sich verlagern kann.

Die in Fig. 12 gezeigte Führungsvorrichtung hat in ähnlicher Weise diesen Nachteil, welcher auf die Lastwirklinien zu­ rückzuführen ist, welche unter einem Winkel von 45° zur Ho­ rizontalen liegen. Eine in vertikaler oder horizontaler Rich­ tung wirkende Last kann in ähnlicher Weise leicht dazu füh­ ren, daß der Lagerkörper von der genauen Position relativ zur Führungsbahn wegverlagert wird.

Wenn eine Führungsvorrichtung mit dieser betreffenden Bauart eingesetzt wird, ist ihre Führungsbahn an einem Bett festge­ legt, und der Lagerkörper ist ein Tisch. Die Führungsvorrich­ tung wird eingesetzt, um die hin- und hergehende Bewegung des Tisches längs des Bettes auf einer Geraden zu führen. Keine genaue hin- und hergehende Bewegung des Tisches läßt sich je­ doch bei einer der bekannten Führungsvorrichtungen erreichen, da die einwirkende Last zu einer Verlagerung des Lagerkörpers führen kann, wie dies vorstehend angegeben ist. Eine Werk­ zeugmaschine, welche einen solchen Tisch mit einer derarti­ gen Führungsvorrichtung umfaßt, kann daher leicht einen nennenswerten Maßfehler bei der Bearbeitung eines Werkstückes verursachen.

Unter den vorstehend geschilderten Umständen zielt die Er­ findung hauptsächlich darauf ab, eine Führungsvorrichtung zur gleichmäßigen Lastaufnahme in vier Richtungen bereitzu­ stellen, welche eine ausreichend verbesserte Steifigkeit ge­ gen jegliche Momentanlast hat und für einen einachsigen Ein­ satz geeignet ist, und die eine drastisch verbesserte Ge­ nauigkeit hinsichtlich der Relativpositionen eines Lagerkör­ pers und einer Führungsbahn in Richtung einer beliebigen ein­ wirkenden Last hat.

Ferner bezweckt die Erfindung, einen hin- und hergehenden Tisch bereitzustellen, welcher eine genaue hin- und hergehende Bewegung ausführen kann.

Nach der Erfindung wird dies mittels einer gleichmäßigen Füh­ rungsvorrichtung für eine Last in vier Richtungen erreicht, welche eine Führungsbahn aufweist, die eine Mehrzahl von Ku­ gelwälzflächen hat, welche auf der äußeren Fläche ausgebildet sind, einen Lagerkörper aufweist, welcher eine konkave Ausneh­ mung zur passenden Aufnahme der Führungsbahn besitzt, und an seiner Innenfläche mit einer Mehrzahl von Kugelwälzflächen versehen ist, die jeweils einer der Kugelwälzflächen an der Führungsbahn zugewandt sind, und eine Mehrzahl von Kugeln auf­ weist, die zwischen den Kugelwälzflächen und der Führungsbahn und den zugeordneten Kugelwälzflächen am Lagerkörper gehalten sind, wobei die jeweilige Kugelwälzfläche wenigstens auf der Führungsbahn oder dem Lagerkörper von einer Ausnehmung gebil­ det wird, welche in Form eines gothischen Bogens im Querschnitt gestaltet ist und zwei gekrümmte Flächen umfaßt, die mitein­ ander verbunden sind, wobei diese gekrümmten Flächen derart angeordnet sind, daß eine vertikale und eine horizontale Last, die auf die Führungsvorrichtung einwirkt, auf die ge­ krümmten Flächen jeweils längs Linien einwirken kann, wel­ che in jene Richtungen verlaufen, die im wesentlichen gleich den Richtungen der jeweiligen Lasten sind, die auf der Füh­ rungsvorrichtung abgestützt werden.

Die weitere Zielsetzung nach der Erfindung wird durch einen hin- und hergehenden Tisch verwirklicht, welcher ein Bett aufweist, eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen, li­ nearen Führungsvorrichtungen aufweist, welche auf dem Bett vorgesehen sind, und einen Tisch aufweist, welcher derart be­ schaffen und ausgelegt ist, daß er durch die linearen Füh­ rungsvorrichtungen zur Ausführung einer hin- und hergehenden Bewegung auf einer geraden Linie des Bettes geführt ist, wobei jede der linearen Führungsvorrichtungen eine Führungs­ bahn aufweist, welche fest mit dem Bett verbunden ist, und eine Mehrzahl von Kugelwälzflächen hat, welche auf der äu­ ßeren Fläche ausgebildet sind, einen Lagerkörper aufweist, welcher fest mit dem Tisch verbunden ist, und welcher eine konkave Ausnehmung zur passenden Aufnahme der Führungsbahn hat und an seiner inneren Fläche mit einer Mehrzahl von Ku­ gelwälzflächen versehen ist, welche jeweils einer der Kugel­ wälzflächen auf der Führungsbahn zugewandt sind, und eine Mehrzahl von Kugeln aufweist, welche zwischen den Kugel­ wälzflächen auf der Führungsbahn und den zugeordneten Kugel­ wälzflächen an dem Lagerkörper gehalten sind, wobei eine der linearen Führungsvorrichtungen eine Führungsvorrichtung der vorstehend genannten Art zur Lagerung einer Last in vier Rich­ tungen ist und die restlichen Führungsvorrichtungen radiale Lastführungen zur Lagerung von lediglich einer vertikalen Last sind.

Es ist wesentlich, daß jede der Kugelwälzflächen wenigstens der Führungsbahn oder des Lagerkörpers bei der Führungsvor­ richtung zur Lagerung in vier Richtungen nach der Erfin­ dung von einer Ausnehmung gebildet wird, welche in Form ei­ nes gothischen Bogens im Querschnitt gestaltet ist. Die Ku­ gelwälzflächen auf der Führungsbahn können von Ausnehmun­ gen gebildet werden, welche in Form eines gothischen Bogens im Querschnitt gestaltet sind, während die Kugelwälzflächen am Lagerkörper von außen gebildet werden können, die in Form eines einzigen Bogens im Querschnitt ausgebildet sind, oder die Auslegung auch umgekehrt getroffen werden kann. Alterna­ tiv können alle Kugelwälzflächen an der Führungsbahn und dem Lagerkörper von Ausnehmungen gebildet werden, welche im Quer­ schnitt eine gothische Gestalt haben (diese werden nachste­ hend zur Vereinfachung lediglich bezeichnet mit "Ausnehmungen mit gothischem Bogen").

Jede von einer Ausnehmung mit gothischem Bogen gebildete Ku­ gelwälzfläche umfaßt zwei gekrümmte Flächen, welche mitein­ ander verbunden sind und welche derart angeordnet sind, daß eine Last im wesentlichen vertikal oder horizontal auf die jeweiligen gekrümmten Flächen wirken kann. Diese Auslegung ermöglicht, daß die jeweilige gekrümmte Fläche eine große ver­ tikale oder horizontale Last abstützen kann, da die Richtun­ gen der Linien, längs denen die vertikalen und horizontalen Lasten auf die Führungsvorrichtung wirken, auf die gekrümmten Flächen wirken und im wesentlichen gleich wie die Richtungen der auf die Führungsvorrichtung wirkenden Lasten gerichtet sind. Somit kann die Führungsvorrichtung nach der Erfindung eine große Momentanlast aufnehmen, und sie ist ausreichend starr gegenüber jeglicher Momentanlast bei einem einachsigen Einsatz.

Die Auslegung der gekrümmten Flächen gemäß der voranstehenden Beschreibung ermöglicht auch, daß jegliche Positionsänderung auf ein Minimum eingestellt oder verhindert wird, die an­ sonsten bei einer auf die Führungsvorrichtung wirkenden Last zu Punktkontakten zwischen den Kugeln und den gekrümm­ ten Flächen führen könnte, da die Tangentenlinien, die durch die Kontaktpunkte gehen, im wesentlichen senkrecht zur Rich­ tung der Last sind. Hierdurch erhält man eine drastisch ver­ besserte Genauigkeit hinsichtlich der vertikalen oder hori­ zontalen Positionierung des Lagerkörpers relativ zur Führungs­ bahn.

Der hin- und hergehende Tisch nach der Erfindung umfaßt eine Führungsvorrichtung nach der Erfindung für Lasten in vier Richtungen als eine der linearen Führungsvorrichtungen, wel­ che die Bewegung des Tisches auf einer Geraden führen. Daher ist es möglich, jegliche Verlagerung des Tisches in Richtung einer vertikalen oder horizontalen Last, die hierauf ein­ wirkt, auf ein Minimum einzustellen oder zu verhindern, und hierdurch läßt sich die Bearbeitungsgenauigkeit beispielsweise in einer Werkzeugmaschine drastisch verbessern, bei welcher der Tisch nach der Erfindung eingesetzt wird.

Die restlichen linearen Führungen sind Radiallastführungs­ vorrichtungen oder Führungseinrichtungen. Die Radiallastfüh­ rungsvorrichtung ist eine lineare Führung, welche nur eine vertikale Last aufnimmt und kaum eine horizontale Last ab­ stützt. Jede der Kugelwälzflächen auf dem Lagerkörper und der Führungsbahn kann von einer Ausnehmung gebildet werden, die in Form eines einzigen Bogens im Querschnitt ausgestaltet ist (nachstehend wird dies der Einfachheit halber bezeichnet mit "Ausnehmung mit einem einzigen Bogen"), und sie umfaßt eine einzige gekrümmte Fläche, wenn die Richtung einer Linie, längs welcher eine Last auf die gekrümmte Fläche einwirkt, gleich der Richtung einer vertikalen Lastaufnahme an der Füh­ rungsvorrichtung ist.

Aus den nachstehend näher angegebenen Gründen wird daher nur für eine der linearen Führungen eine Lastführungsvorrich­ tung für vier Richtungen eingesetzt, während die restlichen als radiale Lastführungen oder -führungsvorrichtungen aus­ gelegt sind.

Wenn in einem System, welches eine Mehrzahl von parallelen linearen Führungen zur Führung der hin- und hergehenden Be­ wegung eines Tisches relativ zu einem Bett umfaßt, sind die Führungen nicht parallel oder wenn irgendeine Wärmedehnungs­ differenz zwischen dem Tisch und dem Bett auftritt, kann es leicht vorkommen, daß sich die Lagerkörper relativ zu den Führungsbahnen horizontal verlagern und hierdurch eine starke Zunahme hinsichtlich des Wälzwiderstandes der Kugeln auf­ tritt. Wenn alle linearen Führungsvorrichtungen Führungsvor­ richtungen nach der Erfindung zur Lagerung in vier Richtun­ gen sind, ist keine gleichmäßige hin- und hergehende Bewegung des Tisches zu erwarten, da die Führungsvorrichtungen nach der Erfindung gegenüber einer vertikalen oder horizontalen Last äußerst starr sind.

Nach der Erfindung ist daher nur die lineare Führungsvorrich­ tung, welche als eine Basis für die Position des Tisches dient, eine Führungsvorrichtung für eine Last in vier Richtungen, um die genaue Positionierung des Tisches sicherzustellen, und die restlichen linearen Führungsvorrichtungen (oder Führungs­ einrichtungen) sind radiale Lastführungsvorrichtungen, welche jegliche horizontale Verlagerung des Lagerkörpers relativ zur Führungsbahn ausgleichen können. Der hin- und hergehende Tisch nach der Erfindung kann daher eine genaue und gleichmäßige hin- und hergehende Bewegung ausführen.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er­ geben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeich­ nung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer Führungsvorrichtung nach der Erfindung zur gleichmäßigen Lagerung einer Last in vier Richtungen,

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts A von Fig. 1,

Fig. 3 eine Schnittansicht einer modifizierten Aus­ führungsform der in Fig. 1 gezeigten Führungs­ vorrichtung,

Fig. 4 eine Schnittansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Führungsvorrichtung zur gleichmäßigen Lagerung einer Last in vier Rich­ tungen nach der Erfindung,

Fig. 5 eine vergrößerte Ansicht des Ausschnitts B in Fig. 4,

Fig. 6 eine Schnittansicht eines hin- und hergehenden Tisches, welcher nach der Erfindung ausgelegt ist,

Fig. 7 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Führungsvorrichtung für eine radiale Last, welche bei dem hin- und hergehenden Tisch nach der Er­ findung eingesetzt wird,

Fig. 8 eine vergrößerte Ausschnittsansicht des Teils C in Fig. 7,

Fig. 9 eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungs­ form einer Führungsvorrichtung zur Lagerung ei­ ner radialen Last, welche bei dem hin- und her­ gehenden Tisch nach der Erfindung eingesetzt ist,

Fig. 10 eine vergrößerte Ausschnittsansicht des Teils D in Fig. 9,

Fig. 11 eine Schnittansicht einer an sich bekannten Führungsvorrichtung zur gleichmäßigen Lagerung einer Last in vier Richtungen, und

Fig. 12 eine Schnittansicht einer weiteren Ansicht einer bekannten Führungsvorrichtung zur gleichmäßigen Lagerung einer Last in vier Richtungen.

Nachstehend erfolgt eine detaillierte Beschreibung einer Füh­ rungsvorrichtung zur gleichmäßigen Lagerung einer Last in vier Richtungen und eines hin- und hergehenden Tisches nach der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

Zuerst wird auf Fig. 1 Bezug genommen, welche eine Ausführungs­ form einer Führungsvorrichtung nach der Erfindung für die gleichmäßige Lagerung einer Last in vier Richtungen zeigt. Die Führungsvorrichtung 10 stimmt hinsichtlich ihrer Ausle­ gung im wesentlichen mit der bekannten Führungsvorrichtung überein, welche in JP-C-38 812/1982 angegeben ist und die vor­ anstehend beschrieben wurde. Sie weist somit eine Führungs­ bahn, einen Lagerkörper 16 und eine Mehrzahl von Kugeln 22 auf, welche ermöglichen, daß der Lagerkörper 16 eine gleich­ mäßige hin- und hergehende Bewegung längs der Führungsbahn 12 ausführt.

Die Führungsbahn 12 hat zwei Kugelwälzflächen 14, die jeweils auf einem Paar von gegenüberliegenden Seiten hiervon ausge­ bildet sind. Jede Kugelwälzfläche 14 wird von einer Ausnehmung mit einem gothischen Bogen gebildet, welche zwei gekrümmte Flächen 14a und 14b umfaßt, welche miteinander verbunden sind, wie dies in Fig. 2 verdeutlicht ist. Jede der gekrümmten Flächen 14a und 14b ist im Querschnitt kreisförmig und hat einen Krümmungsradius, welcher geringfügig größer als der Radius der Kugeln 22 ist.

Der Lagerkörper 16 hat eine konkave Ausnehmung 20, welche am Boden offen ist und welche im allgemeinen komplementär zur Querschnittsgestalt der Führungsbahn 12 ausgelegt ist. Der Führungskörper 16 hat eine innere Fläche, welche von der kon­ kaven Ausnehmung 20 gebildet wird und die insgesamt vier Ku­ gelwälzflächen 18 umfaßt, die jeweils einer der Kugelwälz­ flächen 14 auf der Führungsbahn 12 zugewandt sind. Die Kugel­ wälzflächen 18 haben die gleiche Gestalt wie die Kugelwälz­ flächen 14. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, daß jede Kugelwälzfläche 18 von einer Ausnehmung mit einem gothi­ schen Bogen gebildet wird und zwei gekrümmte Flächen 18a,18b umfaßt, die miteinander verbunden sind, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Der Lagerkörper hat auch Kugeldurchgänge 23, wel­ che einen Umlauf der Kugeln 22 bei einer fehlenden Last von einem Ende einer der Kugelwälzflächen 18 zu dem anderen Ende derselben ermöglicht.

Die Führungsbahn 12 hat auf jeder Seite einen Vorsprung 12a, an welchem zwei der Kugelwälzflächen 14 ausgebildet sind. An­ dererseits hat der Lagerkörper 16 auf den jeweils beiden von der konkaven Ausnehmung 20 gegenüberliegenden Seiten eine Aus­ nehmung 20a, in welcher zwei der Kugelwälzflächen 18 ausge­ bildet sind, und in welche der Vorsprung 12a auf einer Seite der Führungsbahn 12 passend eingesetzt ist.

Eine modifizierte Ausführungsform der Führungsvorrichtung nach Fig. 1 ist in Fig. 3 gezeigt. Diese erhält man dadurch, daß die Auslegung der Vorsprünge und Ausnehmungen nach Fig. 1 umgekehrt getroffen ist. Eine Führungsbahn 13 hat ein Paar von Ausnehmungen 13a, welche jeweils auf gegenüberliegenden Seiten ausgebildet sind, und ein Lagerkörper 17 hat ein Paar von Vorsprüngen 21a, welche jeweils auf gegenüberliegenden Seiten von der konkaven Ausnehmung 21 ausgebildet sind und die jeweils in eine der Ausnehmungen 13a der Führungsbahn 13 passen.

Wiederum bezugnehmend auf Fig. 2 sind die gekrümmte Fläche 14a, welche eine Hälfte der jeweiligen Kugelwälzfläche 14 bil­ det, und die gekrümmte Fläche 18a, welche eine Hälfte der zu­ geordneten Kugelwälzfläche 18 bildet, in vertikaler Richtung zur Führungsvorrichtung 10 einander zugewandt, während die ge­ krümmte Fläche 14b, die die andere Hälfte der Kugelwälzfläche 14 bildet und die gekrümmte Fläche 18b, welche die andere Hälf­ te der Kugelwälzfläche 18 bildet, in horizontaler Richtung der Führungsvorrichtung 10 einander zugewandt sind. Somit sind die Kugeln zwischen den gekrümmten Flächen 14a und 18a in ver­ tikaler Richtung der Führungsvorrichtung 10 und zwischen den gekrümmten Flächen 14b und 18b in horizontaler Richtung der­ selben gehalten.

Wenn daher eine vertikale Last auf die Führungsvorrichtung 10 einwirkt, ergibt sich somit, daß die Richtung einer Lastwirk­ linie L, welche durch die gekrümmten Flächen 14a und 18a geht, gleich der Richtung der Lagerung der Last auf der Führungsvor­ richtung 10 ist. In ähnlicher Weise ist die Richtung einer Lastwirklinie L′, welche durch die gekrümmten Flä­ chen 14b und 18b geht wenn eine horizontale Last auf die Füh­ rungsvorrichtung 10 einwirkt, im wesentlichen gleich der Wirk­ richtung der Last. Die Richtung der jeweiligen Lastwirklinien bedeutet die Richtung, in welcher die Last auf die gekrümm­ ten Flächen wirkt.

Wenn beispielsweise eine nach unten gerichtete Last F auf die Führungsvorrichtung 10 nach Fig. 1 wirkt, wird die Last F von den gekrümmten Flächen 18a auf die Kugeln 22 übertragen, ohne daß man eine Kraftkomponente hierbei erzeugt, da die Rich­ tung der Lastwirklinie L, welche durch die jeweilige gekrümmte Fläche 18a geht, im wesentlichen gleich der Wirkrichtung der Last ist. Die Last F wird dann von den Kugeln 22 auf die gekrümmten Flächen 14a ohne die Erzeugung einer Kraft­ komponente übertragen. Da die Richtungen aller Lastwirk­ linien L, die durch die gekrümmten Flächen 14a und 18a ge­ hen, im wesentlichen gleich der Wirkrichtung der Last sind, kann die Führungsvorrichtung 10 eine große, nach unten wir­ kende Last aufnehmen. In ähnlicher Weise kann sie eine große, in horizontaler Richtung wirkende Last f lagern, da die Rich­ tungen aller Lastwirklinien L′, welche durch die gekrümmten Flächen 14b und 18b gehen, im wesentlichen gleich der Wirk­ richtung der Last f sind.

Die Last F führt zu keiner Verlagerung der Kontaktpunkte zwischen den Kugeln 22 und den gekrümmten Flächen 14a und 18a, da die Lastwirklinien L im wesentlichen gleich der Wirkrich­ tung der Last F ist. Auch bewirkt die Last f keine Verlage­ rung bei den Kontaktpunkten zwischen den Kugeln 22 und den gekrümmten Flächen 14b und 18b, da die Lastwirklinien L′ im wesentlichen gleich der Wirkrichtung der Last f sind. Somit ist die Führungsvorrichtung 10 äußerst starr gegenüber jeg­ licher vertikaler oder horizontaler Last und bildet eine optimale Führungsvorrichtung als eine Basis für die Posi­ tionierung eines hin- und hergehenden Tisches.

Nunmehr sei auf Fig. 4 Bezug genommen, welche eine weitere Führungsvorrichtung 9 zur gleichmäßigen Lagerung einer Last in vier Richtungen zeigt, welche gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ausgelegt ist. Diese Füh­ rungsvorrichtung umfaßt eine Führungsbahn 11, welche hin­ sichtlich der Auslegungsform mit der Führungsbahn 12 über­ einstimmt, die zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert wurde. Daher kann eine nähere Beschreibung der Führungsbahn 11 entfallen. Sie umfaßt auch einen Lagerkörper 15, welcher im wesentlichen mit dem Lagerkörper 16 übereinstimmt, der in Fig. 1 gezeigt ist. Der einzige Unterschied zwischen denselben ist darin zu sehen, daß die jeweilige Kugelwälz­ fläche 19, welche am Lagerkörper 15 ausgebildet ist, von einer Ausnehmung mit einem einzigen Bogen gebildet wird und eine einzige gekrümmte Fläche umfaßt.

Jede Kugelwälzfläche 24, welche auf der Führungsbahn 11 aus­ gebildet ist, umfaßt zwei gekrümmte Flächen 24a und 24b, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist. Die gekrümmte Fläche 24a weist nach oben oder unten, während die gekrümmte Fläche 24b in horizontaler Richtung verläuft. Jede Kugelwälzfläche 19 auf dem Lagerkörper 15 ist derart ausgebildet, daß eine Last­ wirklinie m, welche durch dieselbe geht, einen Winkel von etwa 45° zu den Richtungen einer vertikalen und einer hori­ zontalen Last einschließen kann, welche auf die Führungsvor­ richtung 9 wirkt. Die gekrümmten Flächen 24a und 24b und die Kugelwälzflächen 19 halten dazwischen Kugeln 22 in Wälzein­ griff.

Die Lastwirklinien l zusammen mit einer nach unten wirkenden Last F wirken auf die gekrümmten Flächen 24a in gleicher Richtung wie die Last F ein und in ähnlicher Weise wirken die Lastwirklinien l′ zusammen mit einer horizontalen Last f auf die gekrümmten Flächen 24b ein und stimmen im wesentlichen mit der Last f überein. Die Führungsvorrichtung 9 kann daher sowohl eine große vertikale als auch eine große horizontale Last lagern bzw. aufnehmen.

Die vertikale oder horizontale Last, welche auf die Führungs­ vorrichtung 9 einwirkt, wird von dem Führungskörper 15 zu den Kugeln 22 längs den Lastwirklinien m, welche durch die Kugel­ wälzflächen 19 gehen, übertragen und drückt hierbei die Kugeln 22 gegen die gekrümmten Flächen 24a und 24b, welche die Kugel­ wälzflächen 24 bilden, und zwar längs den Lastwirklinien l und l′. Daher tritt keine Verlagerung an den Kontaktpunkten zwischen den Kugeln 22 und den gekrümmten Flächen 24a und 24b auf, sondern die Führungsvorrichtung 9 hat eine hohe Steifigkeit sowohl gegenüber vertikalen als auch gegenüber horizontalen Lasten.

Es ist jedoch leicht möglich, daß, wenn die vertikale oder die horizontale Last F oder f eine gewisse Größe überschrei­ tet, eine Verlagerung an den Kontaktpunkten zwischen den Ku­ geln 22 und den Kugelwälzflächen 19 bewirkt wird, da die Richtung der Lastwirklinien m nicht mit jener der Last über­ einstimmen. Somit läßt sich feststellen, daß die Führungs­ vorrichtung 9 hinsichtlich der Steifigkeit schwächer als die in Fig. 1 gezeigte Führungsvorrichtung 10 ist.

Nunmehr wird auf Fig. 6 Bezug genommen, welche einen hin- und hergehenden Tisch (Schlitten) 1 gemäß einer Ausführungsform nach der Erfindung zeigt. Der Tisch 1 weist ein Bett 80, ei­ nen Tisch 82 und zwei parallele, lineare Führungsvorrichtun­ gen auf, welche mittels Schrauben 81 fest am Bett 80 ange­ bracht sind und zur Führung bei der hin- und hergehenden Be­ wegung des Tisches 82 auf einer Geraden längs des Bettes 80 eingesetzt werden. Eine der linearen Führungsvorrichtungen ist eine Führungsvorrichtung 10 zur gleichmäßigen Lagerung ei­ ner Last in vier Richtungen, welche die Auslegungsform nach Fig. 1 aufweist und eine Basis für die Positionierung des Tisches 82 bildet. Die andere ist eine radiale Lastführungs­ vorrichtung 30, welche nur eine vertikale Last aufnimmt bzw. lagert, welche auf den Tisch 82 wirkt.

Die Führungsvorrichtung 10 hat eine hohe Steifigkeit gegen­ über jeglichen vertikalen oder horizontalen Lasten und ermög­ licht somit die Aufrechterhaltung einer hohen Positionierge­ nauigkeit, wie dies voranstehend angegeben wurde. Daher wird ermöglicht, daß der hin- und hergehende Tisch 1 selbst beim Einwirken einer großen vertikalen oder horizontalen Last auf den Tisch 82 gelagert wird, ohne daß eine nennenswerte Verlagerung in Richtung der Last auftritt. Im allgemeinen ist es zutreffend, daß, wenn irgendein Unterschied hinsicht­ lich der Wärmedehnung zwischen einem hin- und hergehenden Tisch und einem stationären Bett vorhanden ist, oder wenn zwei lineare Führungen zur Führung des Tisches nicht in zu­ friedenstellender Weise parallel zueinander sind, die Lager­ körper in den linearen Führungen, welche fest mit dem Tisch verbunden sind, in horizontaler Richtung von den Führungs­ bahnen, welche auf dem Bett befestigt sind, verlagert werden, woraus eine starke Zunahme des Bewegungswiderstandes des Ti­ sches durch die Führungen resultiert. Daher kann keine gleich­ mäßige hin- und hergehende Bewegung bei dem Tisch mehr er­ wartet werden.

Die radiale Lastführungsvorrichtung 30 jedoch nimmt kaum ei­ ne horizontale Last auf, sondern gleicht jede horizontale Verlagerung des Lagerkörpers 31 gegenüber der Führungsbahn 32 aus. Die Kombination aus radialer Lastführungsvorrichtung 30 mit der Führungsvorrichtung 10 für Lasten in vier Richtungen ermöglicht, daß der hin- und hergehende Tisch 1 eine gleich­ mäßige hin- und hergehende Bewegung ausführt, ohne daß ein nennenswerter Bewegungswiderstand vorhanden ist. Die Posi­ tionsgenauigkeit des Tisches 82 wird durch die Führungsvor­ richtung 10 aufrechterhalten.

Nunmehr soll auf Fig. 7 Bezug genommen werden, welche in de­ taillierter Weise eine Ausbildungsform einer radialen Last­ führungsvorrichtung zeigt. Die radiale Lastführungsvorrich­ tung 2 stimmt im wesentlichen hinsichtlich des Aufbaus mit der Führungsvorrichtung 10 zur gleichmäßigen Lagerung einer Last in vier Richtungen überein, welche in Fig. 1 gezeigt ist. Jede Kugelwälzfläche 25 auf einer Führungsbahn 3 wird von einer Nut mit einem gothischen Bogen gebildet und um­ faßt zwei gekrümmte Flächen 25a und 25b, welche miteinander verbunden sind. Jede Kugelwälzfläche 26 an einem Lagerkör­ per 4 wird ebenfalls von einer Ausnehmung mit einem gothi­ schen Bogen gebildet und umfaßt zwei gekrümmte Flächen 26a und 26b, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Die Auslegung der gekrümmten Flächen 25a, 25b, 26a und 26b stimmt mit jener der gekrümmten Flächen 14a, 14b, 18a und 18b an der Führungs­ vorrichtung 10 überein, welche in Fig. 2 gezeigt ist.

Die radiale Lastführungsvorrichtung 2 unterscheidet sich von der Führungsvorrichtung 10 dahingehend, daß die gekrümm­ ten Flächen 25b und 26b, welche einander zugewandt sind, ei­ nen Abstand dazwischen haben, welcher größer als jener zwi­ schen den weiteren gekrümmten Flächen 25a und 26a ist, die einander zugewandt ist. Daher berühren die Kugeln 22, welche zwischen den Kugelwälzflächen 25 auf der Führungsbahn 3 und den Kugelwälzflächen 26 auf dem Lagerkörper 4 gelagert sind, die gekrümmten Flächen 25a und 26a, berühren aber die gekrümmten Flächen 25b und 26b nicht. Diese Verhältnisse werden erreicht, da die horizontal im Abstand vorgesehenen gekrümmten Flächen 26a an dem Lagerkörper 4 einen Abstand P₁ dazwischen haben, welcher größer als der Abstand P₂ zwischen den horizontal im Abstand angeordneten, gekrümmten Flächen 25a auf der Führungsbahn 3 ist. Wenn der Abstand P₁ gleich P₂ wäre, würden die Kugeln 22 alle gekrümmten Flächen 25a, 25b, 26a und 26b berühren, und die Führungsvorrichtung 2 würde mit der Führungsvorrichtung 10 übereinstimmen, welche in Fig. 1 gezeigt ist. Die Richtung der Lastwirklinie L, welche durch das jeweilige Paar von gekrümmten Flächen 25a und 26a geht, welche die Kugeln 22 berühren, ist gleich der Richtung, in welcher eine vertikale Last auf die Führungsvor­ richtung 2 einwirkt. Die Führungsvorrichtung 2 kann daher ei­ ne große vertikale Last lagern bzw. aufnehmen, ohne daß man eine nennenswerte Änderung hinsichtlich der Höhe hat, da kei­ ne Verlagerung zu den Kontaktpunkten zwischen den Kugeln 22 und den gekrümmten Flächen 25a und 26a auftritt.

Wenn eine horizontale Last auf die Führungsvorrichtung 2 wirkt, gestatten die Zwischenräume zwischen den Kugeln 22 und den gekrümmten Flächen 25b und 26b eine geringfügige horizontale Verlagerung des Lagerkörpers 4 gegenüber der Führungsbahn 3. Diese Verlagerung behindert die gleichmä­ ßige Wirkung der Führungsvorrichtung 2 nicht.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer radialen Lastführungsvorrichtung. Die radiale Lastführungsvorrich­ tung 5 weist eine Führungsbahn 6 auf, welche insgesamt vier Kugelwälzflächen 27 hat, ferner einen Lagerkörper 7 auf, welcher insgesamt vier Kugelwälzflächen 28 hat, welche je­ weils einer der Kugelwälzflächen 27 auf der Führungsbahn 6 zugewandt ist, und eine Mehrzahl von Kugeln 22 auf, welche in Wälzeingriff zwischen den Kugelwälzflächen 27 und 28 ge­ halten sind, wie dies bei der Führungsvorrichtung 2 der Fall ist, welche in Fig. 7 gezeigt ist.

Jede Kugelwälzfläche 27 und 28 wird jedoch von einer Ausneh­ mung mit einem einzigen Boden gebildet und umfaßt eine ein­ zige gekrümmte Fläche, wie dies in Fig. 10 gezeigt ist. Die Richtung der Lastwirklinie L, welche durch das jeweilige Paar von Kugelwälzflächen 27 und 28 geht, stimmt mit der Richtung überein, in welcher eine vertikale Last auf die Führungsvor­ richtung 5 einwirkt. Die Führungsvorrichtung 5 kann daher ei­ ne große vertikale Last lagern bzw. aufnehmen, ohne daß ei­ ne nennenswerte Höhenänderung vorhanden ist.

Die Führungsvorrichtung 5 hat keine Kugelwälzfläche, welche die horizontale Bewegung der Kugeln 22 einschränkt.

Wenn daher eine horizontale Last auf die Führungsvorrich­ tung 5 einwirkt, wird eine Verlagerung der Kontaktpunkte zwischen den Kugeln 22 und den Kugelwälzflächen 27 und 28 bewirkt, und hierdurch eine horizontale Verlagerung des Lagerkörpers 7 gegenüber der Führungsbahn 6. Diese Verlage­ rung behindert die gleichmäßige Bewegung der Führungsvorrich­ tung 5 nicht.

Claims (8)

1. Führungsvorrichtung zur Lagerung einer Last in vier Richtungen, mit einer Führungsbahn (12), welche eine Mehr­ zahl von Kugelwälzflächen (14) hat, die auf ihrer Außenflä­ che ausgebildet sind, einem Lagerkörper (16), welcher eine konkave Ausnehmung (20) hat, in welche die Führungsbahn (12) paßt, wobei der Lagerkörper (16) eine Mehrzahl von Kugel­ wälzflächen (14) hat, welche auf seiner inneren Fläche aus­ gebildet sind und die jeweils einer der Kugelwälzflächen (14) auf der Führungsbahn (12) zugewandt sind, und mit einer Mehrzahl von Kugeln (22), welche zwischen den Kugelwälzflä­ chen (14) auf der Führungsbahn (12) und den Kugelwälzflächen (14, 18) auf dem Lagerkörper (16) gehalten sind, welche den Kugelwälzflächen (14) auf der Führungsbahn (12) zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweili­ gen Kugelwälzflächen (14, 18) auf wenigstens der Führungs­ bahn (12) oder des Lagerkörpers (16) von einer Ausnehmung ge­ bildet werden, welche in Form eines gothischen Bogens im Querschnitt ausgestaltet ist, und zwei gekrümmte Flächen (14a, 14b; 18a, 18b) umfaßt, welche miteinander verbunden sind, und daß die gekrümmten Flächen (14a, 14b; 18a, 18b) derart angeordnet sind, daß eine vertikale oder horizontale Last, welche auf die Führungsvorrichtung (10) einwirkt, auf die eine oder die andere gekrümmte Fläche (14a, 14b; 18a, 18b) im wesentlichen in die Richtung wirken kann, in welche die Last auf die Führungsvorrichtung (10) einwirkt.

2. Führungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die jeweiligen Kugelwälzflächen (14, 18) sowohl auf der Führungsbahn (12) als auch auf dem Lagerkör­ per (16) von dieser Ausnehmung gebildet werden.

3. Führungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kugelwälzflächen (14a, 14b) auf der Führungsbahn (12) von dieser Nut gebildet werden, während die jeweiligen Kugelwälzflächen (19) auf dem Lagerkörper (15) von einer Ausnehmung gebildet werden, die in Form ei­ nes einzigen Bogens im Querschnitt ausgelegt ist und eine einzige gekrümmte Fläche umfaßt, welche derart angeordnet ist, daß die vertikale oder horizontale Last, welche auf die Führungsvorrichtung (9) einwirkt, auf die einzige ge­ krümmte Fläche unter einem Winkel von etwa 45° zu jener Rich­ tung wirken kann, in welcher die Last auf die Führungsvor­ richtung (9) einwirkt (Fig. 4 und 5).

4. Hin- und hergehender Tisch, welcher ein stationäres Bett (80), eine Mehrzahl von im wesentlichen parallelen, linearen Führungsvorrichtungen, die an dem Bett (80) ange­ bracht sind und einen hin- und hergehenden Tisch (1) aufweist, welcher auf einer geraden Linie längs des Bettes (80) durch die linearen Führungsvorrichtungen hin- und hergehend be­ wegbar ist, wobei jede Führungsvorrichtung eine Führungsbahn (12) aufweist, welche fest mit dem Bett (80) verbunden ist, und eine Mehrzahl von Kugelwälzflächen (14) hat, welche auf der äußeren Fläche ausgebildet sind, einen Lagerkörper (16) aufweist, welcher fest mit dem Tisch (82) verbunden ist, und eine Ausnehmung hat, in welche die Führungsbahn (12) paßt, wobei der Lagerkörper (16) eine Mehrzahl von Kugelwälzflächen (18) hat, welche auf der inneren Fläche ausgebildet sind und jeweils einer der Kugelwälzflächen (14) auf der Führungs­ bahn (12) zugewandt sind, und eine Mehrzahl von Kugeln (22) aufweist, welche zwischen den Kugelwälzflächen (14) auf der Führungsbahn (12) und den Kugelwälzflächen (18) auf dem Lagerkörper (16) gehalten sind, welche den Kugelwälzflächen (14) auf der Führungsbahn (12) zugewandt sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine der linearen Füh­ rungsvorrichtungen eine Führungsvorrichtung (10) zur La­ gerung einer Last in vier Richtungen ist, bei der die je­ weiligen Kugelwälzflächen (14a, 14b) wenigstens der Füh­ rungsbahn (12) oder des Lagerkörpers (16) von einer Ausneh­ mung gebildet werden, die in Form eines gothischen Bogens im Querschnitt ausgestaltet ist, und zwei gekrümmte Flächen (14a, 14b; 18a, 18b) umfaßt, welche miteinander verbunden sind, und daß die gekrümmten Flächen (14a, 14b; 18a, 18b) der­ art angeordnet sind, daß eine vertikale oder eine horizontale Last, welche auf die lineare Führungsvorrichtung (10) wirkt, auf die eine oder die andere gekrümmte Fläche (14a, 14b,; 18a, 18b) im wesentlichen in jener Richtung einwirken kann, in der die Last auf diese eine lineare Führungsvorrichtung (10) einwirkt, während die restlichen linearen Führungsvor­ richtungen von einer Führungsvorrichtung (30) für eine ra­ diale Last gebildet werden, welche lediglich eine vertikale Last aufnimmt. (Fig. 6 und 7).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Kugelwälzflächen (14, 18) sowohl auf der Führungsbahn (12) als auch auf dem Lagerkörper (16) bei ei­ ner linearen Führungsvorrichtung (10) von dieser Ausnehmung gebildet werden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Kugelwälzflächen (14, 18) auf der Führungs­ bahn (12) bei dieser einen linearen Führungsvorrichtung (10) von dieser Ausnehmung gebildet werden, während die jeweiligen Kugelwälzflächen auf dem Lagerkörper (16) bei dieser einen linearen Führungsvorrichtung (10) von einer Ausnehmung ge­ bildet wird, die in Form eines einzigen Bogens im Quer­ schnitt ausgelegt ist und eine einzige gekrümmte Fläche aufweist, welche derart angeordnet ist, daß die vertikale oder horizontale Last auf die einzige gekrümmte Fläche unter einem Winkel von etwa 45° zu jener Richtung einwir­ ken kann, in welcher die Last auf diese eine lineare Füh­ rungsvorrichtung (10) einwirkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die jeweiligen Kugelwälzflächen (14, 18) sowohl auf der Führungsbahn (12) als auch auf den Lagerkör­ per (16) bei dieser Führungsvorrichtung (10) für radiale Belastungen von einer Ausnehmung gebildet werden, welche in Form eines gothischen Bogens im Querschnitt ausgelegt ist und zwei gekrümmte Flächen (14a, 14b; 18a, 18b) umfaßt, welche miteinander verbunden sind, und die derart angeordnet sind, daß eine vertikale oder horizontale Last, welche auf die Führungsvorrichtung zur Lagerung einer radialen Last einwirkt, auf die eine oder die andere letztgenannte ge­ krümmte Fläche (14a, 14b; 18a, 18b) im wesentlichen in jene Richtung einwirken kann, in welcher die Last auf die Füh­ rungsvorrichtung (10) zur Lagerung der radialen Last einwirkt, wobei eine der gekrümmten Flächen auf der Führungsbahn (12) und eine der gekrümmten Flächen (18) auf dem Lagerkörper (16) einander zugewandt sind und vertikal im Abstand voneinander angeordnet sind, während die andere der gekrümmten Flächen auf der Führungsbahn (12) und die andere der gekrümmten Flä­ chen auf dem Lagerkörper (16) einander zugewandt sind und horizontal in einem Abstand voneinander derart vorgesehen sind, daß dieser Abstand größer als der Abstand ist, um den die vertikal im Abstand angeordneten gekrümmten Flächen von­ einander beabstandet sind, so daß die Kugeln (22) nur die vertikal im Abstand angeordneten gekrümmten Flächen berühren können. (Fig. 7 und 8).

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die jeweiligen Kugelwälzflächen (27, 28) sowohl auf der Führungsbahn (6) als auch auf dem Lagerkör­ per (7) bei der Führungsvorrichtung (5) zur Lagerung einer radialen Last von einer Ausnehmung gebildet werden, welche im Querschnitt einen einzigen Bogen hat und eine einzige gekrümmte Fläche aufweist, welche derart angeordnet ist, daß eine vertikale Last, welche auf die Führungsvorrichtung (5) zur Lagerung einer radialen Last einwirkt, auf die einzige gekrümmte Fläche im wesentlichen in die Richtung wirken kann, in die die Last auf die Führungsvorrichtung (5) zur Lagerung einer radialen Last einwirkt. (Fig. 9 und 10).