DE60209163T2

DE60209163T2 - Linearbewegungsführunglager und Kugelgewindespindel

Info

Publication number: DE60209163T2
Application number: DE60209163T
Authority: DE
Inventors: Hiroki c/o NSK Ltd. Maebashi-shi Yamaguchi
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2006-11-16
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: EP1260722A3; EP1260722B1; JP2002339967A; US6779419B2; US20020178852A1; EP1260722A2; DE60209163D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung zur Verwendung beispielsweise in einem Maschinenwerkzeug. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Linearbewegungsführungslagereinrichtung, in der Käfigteile jeweils zwischen benachbarten Rollelementen angeordnet sind, die zirkulierend in Längsrichtung einer Führungsschiene rollen.
Weiterhin betrifft vorliegende Erfindung eine Kugelgewindespindel, in der die Käfigteile jeweils zwischen benachbarten Rollelementen angeordnet sind, die zirkulierend entlang einer Elementrollnut rollen, die spiralförmig geformt ist und durch eine Gewindenut einer Kugelgewindewelle und eine Gewindenut einer Umlaufmutter bestimmt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft Käfigteile, die jeweils zwischen benachbarten Kugel angeordnet sind, um eine gute Betätigung der Kugelgewindespindel zu sichern. In dieser Beschreibung betrifft der Ausdruck „die Dicke eines Käfigteils" oder die „Dicke" eines Käfigteils nicht die Dicke des gesamten Käfigteils, sondern die Dicke des Käfigteils zur Trennung der Oberfläche einer Kugel von der Oberfläche einer zu dieser benachbarten Kugel. Um genauer zu sein, meint „Dicke" bei dem Käfigteil, die Dicke eines Käfigteils in einer Position bezüglich einer weiteren Position, die durch eine Mitten benachbarter Rollelemente verbindenden Linie bestimmt ist, wenn die beiden Rollelemente kollinear angeordnet sind.
Ein Linearbewegungsführungslager 10 nach 9 ist als Vorrichtung zur linearen Führung eines ein Werkstück tragenden Tisches beispielsweise beim Maschinenwerkzeug bekannt. Das Linearbewegungsführungslager 10 weist eine Führungsschiene 11 mit rechteckigem Querschnitt auf. Rollnuten 12 für die Rollelemente sind auf beiden Seitenflächen der Führungsschiene 11 gebildet und erstrecken sich von einem zum anderen Ende der Führungsschiene 11. Eine Vielzahl von sphärischen Rollelementen 13 (siehe 10) sind in Eingriff mit jeder der Rollnuten 12. Wenn die Rollelemente 13 entlang der Rollelementnuten 12 rollen, wird ein Schlitten 14 relativ in Längsrichtung der Führungsschiene 11 bewegt.
Der Schlitten 14 weist einen Schlittenkörper 15 zum Umgreifen der Führungsschiene 11 auf, wobei Endkappen 16 am Vorder- und Hinterende des Schlittenkörpers 15 vorgesehen sind. Rollnuten 17 für die Rollelemente (siehe 10) sind im Querschnitt bogenförmig und sind an inneren Seitenwänden einer jeden Hülse 15a des Schlittenkörpers 15 des Schlittens 14 entsprechend gebildet. Die sphärischen Rollelemente 13 rollen in und entlang einer Rollelementdurchführung, die zwischen den Rollnuten 17 und den Rollnuten 12 gebildet ist.
Eine Durchlassöffnung für die Rollelemente 18 ist in jeder der Hülsen 15a des Schlittenkörpers 15 angeordnet und erstreckt sich parallel zu den Rollnuten 17. Die Rollnuten 17 und die Durchlassöffnung 18 bilden einen Endloszirkulationsweg 20 für die Rollelemente 13 zusammen mit den in den Endkappen 16 gebildeten Rollelementrückführpassagen 19.
In dem Linearbewegungsführungslager tritt leicht eine Abnutzung der Rollelemente auf, wenn diese unter Last aneinander reiben bei Bewegung des Schlittens 14, wobei gleichzeitig auch oft Geräusche erzeugt werden. Um dies zu vermeiden, sind Käfigteile 21 zwischen benachbarten Rollelementen 13 angeordnet, wodurch eine direkter Kontakt zwischen den Rollelementen vermieden wird. In dem Linearbewegungsführungslager nach 11 sind die zwischen den Rollelementen einer Rollelementreihe 22 gebildeten Abstände von gleichen Abmessungen, wobei die Reihen durch sphärische Rollelemente 13 und Käfigteile 21 gebildet sind. Folglich tritt ein periodisches Durchtrittsvibrieren der Rollelemente zu festen Perioden bei der Bewegung des Schlittens 14 auf. Dieses periodische Durchtrittsvibrieren führt zu einer Vibration des Lagers. Dadurch ist es schwierig, die Geräuschcharakteristik und die Bewegungsgenauigkeit weiter zu verbessern. Dies gilt entsprechend für eine Kugelgewindespindel, bei der Käfigteile jeweils zwischen benachbarten Rollelementen angeordnet sind.
In der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei. 9-100839 ( US 5,927,858 (27. Juli 1999) wird eine Linearbewegungsführungslagereinrichtung beschrieben, bei der Einkerbungen in der Laufbahnoberfläche ausgeschlossen werden sollen, auf der die Rollelemente 13 rollen oder Vibrationen und Geräusche reduziert werden sollen, die sich auf Grund der Tatsache ergeben, dass die Rollelemente 13 auf dem Endloszirkulationsweg gleichzeitig den Lastpfad erreichen.
Bei der Linearbewegungsführungslagereinrichtung sind die entsprechenden Käfigteile, die jeweils zwischen benachbarten Rollelemente in der Rollelementreihe angeordnet sind, alle unterschiedlich, wobei diese Teile mit unterschiedlichen Dicken hergestellt werden müssen. Dies führt zu einer Erhöhung der Kosten bei der Herstellung der Käfigteile und bei deren Zusammenbau zwischen benachbarten Rollelementen.
Bei einer Kugelgewindespindel sind Kugeln als Rollelemente in der Gewindespindel zum Tragen einer Last angeordnet. Diese Kugeln rollen in einem Kreislauf und durch das Rollen der Kugeln ergibt sich eine gute Bewegungsumwandlung von Drehbewegung in Linearbewegung, während die Lastkapazität und Festigkeit beibehalten wird. Da das Rollen der Kugeln zufällig stattfindet, können manchmal benachbarte Kugeln gegenseitig Kompressionskräfte aufeinander ausüben und ein Schlupfzustand tritt oft auf. Als Ergebnis zeigen die Kugeln einen großen Widerstand, der das Rollen der anderen Kugeln erschwert, so dass eine Drehmomentvariation auftritt, die zu Tätigkeitsschwierigkeiten führt.
Es ist eine Kugelgewindespindel bekannt, bei der ein solches Problem dadurch gelöst wird, dass Käfigteile jeweils zwischen benachbarten Kugeln angeordnet sind. Ein das Rollen der anderen Kugel erschwerender Widerstand wird durch das Fehlen des gegenseitigen Kugelkontakts vermieden.
Bei dieser Kugelgewindespindel sind die Kugeln im Wesentlichen in gleichmäßigen räumlichen Intervallen durch die Verwendung der Käfigteile angeordnet, wobei allerdings die folgenden neuen Nachteile auftreten.

1) Nach 12, wenn die Oberfläche 62 der Spindel, auf der die Kugeln 61 angeordnet sind, oder die Nutfläche der Mutter, welche Fläche in Kontakt mit den Kugeln 61 gebracht wird, geschliffen wird, wird sehr kleine Verfahrenswelligkeit 63 durch die Oszillation des Schleifrades unvermeidlich an der Kontaktfläche auftreten. Dieses Phänomen ergibt sich bei Bearbeitung von Objekten ebenso wie bei der Kugelspindel. D.h., selbst wenn ein Objekt sehr präzise bearbeitet wird und die Genauigkeit des bearbeitenden Objekts visuell (makroskopisch) hoch ist, tritt eine sehr feine Verfahrenswelligkeit auf, wenn eine mikroskopische Beobachtung erfolgt. Bei diesem Zustand werden Käfigteile 64 mit gleichmäßiger Dicke in der Kugelgewindespindel angeordnet. Als Ergebnis gibt es einen Fall, bei dem eine Entfernung 66 zwischen benachbarten Kugeln der gleichmäßig angeordneten Kugeln in der Länge mit der Teilung der Verfahrenswelligkeit zusammenfällt oder nahezu zusammenfällt. Findet ein solches Zusammenfallen statt, ist die Anzahl der Kontaktstellen 68, an denen Kugeln in Kontakt mit oberen Teilen der Verfahrenswelligkeit geraten, gleicht der Anzahl der Kugel als größter Anzahl. Auch wenn der Abstand mit den Bodenteilen der kleinen Verfahrenswelligkeit zusammenfällt, ist die Anzahl der Kontaktpositionen gleich der Anzahl der Kugeln als größte Anzahl. Der Einfluss der Variation der Reibung agiert durch die Anzahl der Kugeln. Dies führt möglicherweise zu einer Arbeitsungleichmäßigkeit auf Grund der Reibungsvariation, wobei auch eine anormale Tonerzeugung und ein Anwachsen von Geräusch auftreten kann, was sich durch das Zusammentreffen der Kugeln 61 mit der Verfahrenswelligkeit 63 ergibt.
2) Bei der Kugelspindel, die die Käfigteile 64 verwendet, nur eine Art von Käfigteilen verwendet wird und die Maschinengenauigkeit nicht unterschiedlich ist, um Nachteil 1) zu vermeiden, dass sich aus der Koinzidenz von Kugel (element)- zu Kugel (element) Abstand zwischen den Kugeln mit der entsprechenden Teilung der sehr feinen Verfahrenswelligkeit 63 ergibt, sind Überlegungen zum Aufbau und zur Bearbeitungsstufe erforderlich, so dass die Teilung der sehr feinen Verfahrenswelligkeit 63 nicht mit dem Kugel-zu-Kugelabstand zusammenfällt. Mit anderen Worten, ist eine Überlegung bezüglich der mikroskopischen Bedingung der Oberfläche, die durch das Bearbeiten erzeugt wird, ein wichtiger Bestandteil bei Entwurf und Bearbeitung. Dies ist sehr schwierig und erfordert aufwändige Arbeit.
3) Auch bei der Steuerung und im Entwurf wird die Anzahl der Kugel 61 und die Anzahl (bezeichnet als Füllfaktor) der Käfigteile 64 bis zu einer Länge (bezeichnet als Kreislauflänge) eines Raumes, in dem die Kugeln 61 angeordnet sind, wobei im Fall der Verwendung einer Art von Käfigteilen 64 die Kugel 61 in gleichmäßigen Intervallen 66 nach 13 angeordnet sind. Als Ergebnis wird manchmal ein Raum 65 mit einer Größe ungeeignet zur Aufnahme einer weiteren Kugel 1 freigelassen. Ist ein solcher Raum vorhanden, besteht die Möglichkeit, dass ein Käfigteil (dargestellt durch Wellenlinie 67 in der Figur) bei Rollen der Kugel 61 fällt.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Linearbewegungseinrichtung, wie ein Linearbewegungsführungslager und eine Kugelgewindespindel bereitzustellen, bei der Vibrationen und Geräusche reduziert sind, die dem periodischen Durchtrittsvibrieren der Rollelemente zugeschrieben werden können, ohne dass die Herstellungskosten ansteigen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß eines ersten Aspektes vorliegender Erfindung ein Linearbewegungsführungslager bereitgestellt, welches aufweist: eine Führungsschiene mit Rollnuten, die sich in Axialrichtung des Linearführungsbewegungslagers erstrecken und an dessen Außenfläche gebildet sind; ein mit der Führungsschiene so in Eingriff stehender Schlitten, dass dieser in Axialrichtung der Führungsschiene bewegbar ist; einer Vielzahl von zwischen dem Schlitten und den Rollnuten der Führungsschiene angeordneten Rollelementen, und einer Vielzahl von Käfigteilen, die jeweils zwischen benachbarten Rollelementen angeordnet sind, wobei die Käfigteile eine Vielzahl von Käfigteilarten mit unterschiedlichen Dicken umfassen und die Anzahl der Arten von Käfigteilen geringer als die Anzahl der Rollelemente in den Rollelementreihen ist.
Weiterhin stellt die Erfindung gemäß eines zweiten Aspektes eine Kugelgewindespindel bereit, welche aufweist: eine Schraubspindel mit einer ersten Schraubennut, die spiralförmig in einer äußeren Umfangsfläche gebildet ist; einer Mutter mit einer zweiten Schraubennut, die in einer inneren Fläche gebildet ist und an die Schraubspindel angepasst ist, wobei die zweite Schraubennut der ersten Schraubennut der Schraubspindel entspricht; eine Vielzahl von Rollelementen, die in einem zwischen der ersten und zweiten Schraubennut gebildeten Raum rollend aufgenommen sind; einem an der Mutter befestigten Zirkulationsbauteil, welches einen Zirkulationsdurchlass bildet, durch den die Rollelemente entlang des Raumes definiert zwischen erster und zweiter Schraubennut endlos zirkulieren, und eine Vielzahl von Käfigteilen, die jeweils zwischen benachbarten Rollelementen angeordnet sind, wobei die Käfigteile eine Vielzahl von Arten von Käfigteilen mit unterschiedlichen Dicken umfassen und die Anzahl der Arten von Käfigteilen geringer als die Anzahl der Rollelemente in den Rollelementreihen ist.
Bei einer solchen mechanischen Anordnung besteht nicht die Notwendigkeit der Herstellung einer Vielzahl von unterschiedlichen Arten von Käfigteilen mit unterschiedlichen Dicken. Die Linearbewegungseinrichtung kann Vibrationen und Geräusche reduzieren, die der periodischen Durchlassvibration der Rollelemente zugeschrieben werden, ohne dass die Kosten ansteigen.
In diesem Fall, wenn die Herstellung der Käfigteile und das Zusammenbauen der Käfigteile zwischen die Rollelemente möglich ist, umfassen die Käfigteile bevorzugt zwei bis fünf Arten von Käfigteilen. Wenn die Anzahl der Käfigteile ausgewählt wird, erfolgt ein Ausbalancieren der Käfigteilherstellung mit dem Einbau der Käfigteile. Wenn die Rollelementreihen unter Verwendung unterschiedlicher Arten von Käfigteilen mit unterschiedlichen Dicken gebildet werden, ist es günstig, wenn jede Art von Käfigteilen mit unterschiedlicher Dicke nach Farben sortiert ist und jedes Käfigteil eine Identifizierungsmarke für die Art von Käfigteil aufweist. Dieses Merkmal weist die folgenden Vorteile auf. Es wird vermieden, dass Käfigteile jeweils zwischen benachbarte Rollelemente irrtümlich eingesetzt werden. Die Unterscheidung und Handhabung der Käfigteile ist einfach.
Ein signifikanter Unterschied besteht zwischen den Element-zu-Element-Abständen bei unterschiedlichen Arten von Käfigteilen. Hinsichtlich Haltbarkeit der Käfigteile, Abmessung des Krümmungsradius der Zirkulationslaufbahn und der Minimierung der Lastaufnahmefähigkeit, beträgt der signifikante Unterschied zwischen den Element-zu-Elementteilung vorzugsweise 1 % bis 10% des Durchmessers des Rollelements.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Käfigteile jeweils eine elastische Struktur aufweisen oder aus einem elastischen Material hergestellt sind.
Es ist bevorzugt, dass für ein Verfahren zur Kontrolle eines Abstands von Mitte-zu-Mitte zwischen benachbarten Kugeln oder die Anzahl der Kugeln durch unterschiedlichen Dicken der Käfigteile erfolgt, die jeweils zwischen benachbarten Kugeln angeordnet sind.

1) In Bezugnahme auf 12 und 13 ergibt sich selbst in dem Fall, indem die Teilung der Verfahrenswelligkeit 63 mit dem Abstand zwischen benachbarten Kugeln 61 (Kugel-zu-Kugel-Abstand) zusammenfällt, dass dieser Kugel-zu-Kugel-Abstand leicht durch Veränderung der Anordnung der Käfigteile 64 mit unterschiedlichen Dicken (wenigstens zwei Arten von Käfigteilen) geändert werden kann. Als Ergebnis fällt die Teilung der Verfahrenswelligkeit 63 nicht mit den Kugel-zu-Kugel-Abstand zusammen. Demgemäß ist die Kugelgewindespindel der vorliegenden Erfindung frei von einer Synergie basierend auf der Anzahl der Kugeln, die sich aus dem Nicht-Zusammenfallen der Teilung der Verfahrenswelligkeit 63 mit dem Kugel-zu-Kugel-Abstand ergibt, und erfolgreich wird die Tätigkeitsbeeinträchtigung und das Geräuschproblem gelöst im Vergleich zu einem solchen Fall, indem der Kugel-zu-Kugel-Abstand nicht geändert werden kann.
2) Die Freiheit bei der Auswahl der Käfigteile 64 ist groß. Entsprechend ergibt sich nach Beachtung des Kugel-zu-Kugel-Abstands bei einem entsprechenden Entwurf eine Notwendigkeit zur Beachtung der Verfahrenswelligkeit 63 und der Kugelteilung bei Entwurf oder Bearbeitung. Entwurf oder Bearbeitung wird vereinfacht, was zu einer Arbeitseinsparung führt.
3) Die Freiheit bei der Auswahl Dicken der Käfigteile 64 ist groß. Entsprechend wird der Füllfaktor der Kugel einfach durch Ändern der Käfigteile 64 gesteuert. Dadurch besteht die Möglichkeit, beim anfänglichen Entwurf die Arbeiten ohne Beachten der Zirkulationslänge und des Füllfaktors fortzusetzen. Zusätzlich zu den vorangehend beschriebenen Effekten können noch die folgenden Effekte erzeugt werden
4) Da die Freiheit bei der Auswahl der Käfigteile groß ist, ergibt sich als Sekundäreffekt die Möglichkeit für einen Konstrukteur das Käfigteil auszuwählen mit einer solchen Dicke, die eine Koinzidenz mit der Teilung der Verfahrenswelligkeit vermeidet, wobei dies zusätzlich zu dem Merkmal vorliegender Erfindung möglich ist, dass die anzuordnenden Käfigteile ungleichmäßig in ihrer Dicke sind.

Es zeigen:
1 ein Diagramm zur Darstellung von Rollelementreihen, gebildet durch vier Arten von Käfigteilen mit entsprechenden Element-zu-Element-Dicken jeweils zwischen benachbarten Rollelementen;
2 einen Graphen zur Darstellung eines Geräuschpegels bei einem Linearbewegungsführungslagers, dessen Rollelementreihen aus vier Arten von Käfigteilen gebildet sind und eines Linearbewegungsführungslagers, dessen Rollelementreihen aus einer Art von Rollelementen gebildet sind;
3 einen Schnitt zur Darstellung eines Hauptabschnitts der Kugelgewindespindel gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 eine perspektivische Ansicht, teilweise gebrochen, zur Darstellung der Kugelgewindespindel;
5 ein Diagramm zur modellmäßigen Darstellung eines Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung mit einer Gewindespindel, bei der Käfigteile mit unterschiedlichen Dicken teilweise verwendet werden;
6 ein Diagramm zur modellmäßigen Darstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels mit einer Kugelgewindespindel, bei der Käfigteile mit unterschiedlichen Dicken alternierend angeordnet sind;
7A und 7B eine modellmäßige Darstellung der Oberfläche einer Kugelgewindespindel zur Bestimmung der Käfigteile in dem Ausführungsbeispiel, wobei 7A ein Ausführungsbeispiel und 7B ein ähnliches Ausführungsbeispiel zeigt;
8A und 8B eine modellartige Darstellung des Zusammenhangs zwischen Käfigteil und Kugeln, wobei 8A entsprechend Käfigteile und 8B einen Fall mit elastischer Eigenschaft beim Käfigteil zeigt;
9 eine perspektivische Ansicht eines Gesamtaufbaus eines Linearbewegungsführungslagers;
10 ein Diagramm zur Erläuterung entsprechender Käfigteile;
11 ein Diagramm zur Darstellung einer Rollelementreihe mit entsprechenden Käfigteilen;
12 ein Diagramm zur modellmäßigen Darstellung des Zusammenhangs zwischen einer Verfahrenswelligkeit, Kugeln, Käfigteilen in einer entsprechenden Kugelgewindespindeln und zur Darstellung eines Zustands, in dem die Verfahrendwelligkeit mit dem Kugel-zu-Kugel-Abstand zusammenfällt, und
13 ein Diagramm zur modellmäßigen Darstellung eines Zusammenhangs zwischen einer Verfahrenswelligkeit, Kugeln und Käfigteilen in einer entsprechenden Kugelgewindespindel zur Darstellung eines Zustands, in dem der Kugel-zu-Kugel-Abstand unpassend ist.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele folgender Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, wobei die entsprechenden Bezugszeichen äquivalent zu solchen in den 9 bis 13 sind.
Ein erstes Ausführungsbeispiel des Linearbewegungsführungslagers gemäß vorliegender Erfindung ist in 1 dargestellt. In dieser Figur kennzeichnen Bezugszeichen 21A, 21B, 21C und 21D Käfigteile, die jeweils zwischen benachbarten Rollelementen 13 angeordnet sind. Die Käfigteile 21A bis 21D sind so konstruiert, dass deren Dicken T_A, T_B, T_C und T_D jeweils so bemessen sind zwischen benachbarten Rollelementen, dass sie sich in folgender Weise unterscheiden: T_A > T_B > T_C > T_D. Daher sind die Teilungen zwischen den Rollelementen einer Rollelementreihe 23 bestehend aus Käfigteil 21A bis 21D und den Rollelementen 13 in folgender Weise bestimmt durch A > B > C > D, wobei A der Abstand zwischen zwei sphärischen Rollelementen 13 einschließlich des Käfigteils 21A ist, B der Abstand zwischen zwei sphärischen Rollelementen 13 einschließlich des Käfigteils 21B, C der Abstand zwischen zwei sphärischen Rollelementen 13 einschließlich des Käfigteils 21C und D der Abstand zwischen zwei sphärischen Rollelementen 13 einschließlich des Käfigteils 21D ist.
Die Käfigteile 21A bis 21D sind so hergestellt, dass deren unterschiedlichen Dicken T_A, T_B, T_C, und T_D die folgenden Beziehungen erfüllen: A – B = 0,035 × Da B – C = 0,025 × Da C – D = 0,015 × Dawobei A der Abstand zwischen zwei sphärischen Rollelementen 13 einschließlich Käfigteil 21A; B der Abstand zwischen zwei sphärischen Rollelementen 13 einschließlich Käfigteil 21B; C der Abstand zwischen zwei sphärischen Rollelementen 13 einschließlich Käfigteil 21C; D der Abstand zwischen zwei sphärischen Rollelementen 13 einschließlich Käfigteil 21D und Da Durchmesser der sphärischen Rollelemente 13 ist.
Weiterhin sind die Käfigteile 21A bis 21D je nach Art des Käfigteils gefärbt, wobei beispielsweise Käfigteil 21A rot, Käfigteil 21B blau, Käfigteil 21C gelb und Käfigteil 21D weiß gefärbt ist.
Geräuschpegel eines Linearbewegungsführungslagers, dessen Rollelementreihe aus vier Arten von Käfigteil 21A bis 21D besteht und eines Linearbewegungsführungslagers, dessen Rollelementreihe aus einer Art von Käfigteilen besteht, wurden entsprechend gemessen und das Ergebnis der Messung ist in 2 dargestellt. In dieser Figur kennzeichnet
Geräuschpegel, für den Fall, bei dem die Rollelementreihe aus vier Arten von Käfigteil 21A bis 21D besteht und kennzeichnet ∎ Geräuschpegel für den Fall, in dem die Rollelementreihe aus einer Art von Käfigteilen besteht. In der Figur ist auf der Abszisse die Geschwindigkeit (m/s) des Schlittens und auf der Ordinate der Geräuschpegel (dB) dargestellt.
Nach 2 ist in dem Fall, in dem die Rollelementreihe aus vier Arten von Käfigteilen 21A bis 21D besteht, der Geräuschpegel geringer als in dem Fall, in dem die Rollelementreihe aus einer Art von Käfigteilen besteht. Der Grund dafür ist folgender. Bei der Verwendung von vier Arten von Käfigteilen 21A bis 21D mit unterschiedlichen Dicken T_A, T_B, T_C und T_D ist der Element-zu-Element-Abstand der Rollelementreihe 22 ungleichmäßig. Als Ergebnis wird die periodische Durchtrittsvibration der Rollelemente auf Grund der Rollbewegung der Rollelemente 13 reduziert.
Folglich kann Vibration und Geräusch, die dem periodischen Durchlassvibrieren der Rollelemente zugeschrieben werden, reduziert werden, ohne alle Element-zu-Element- Abstände der Rollelementreihe unterschiedlich zu machen. Folglich gibt es keinen Grund zur Verwendung vieler Arten von Käfigteilen mit unterschiedlichen Element-zu-Element-Dicken. Entsprechend wird das periodische Durchlassvibrieren auf Grund der Rollbewegung der sphärischen Rollelemente reduziert.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Käfigteile 21A bis 21D, die jeweils zwischen benachbarten Rollelementen angeordnet sind, nach unterschiedlichen Farben entsprechend zur Art der Käfigteile sortiert. Eine Unterscheidung der Käfigteile nach unterschiedlichen Dicken kann so in einfacher Weise erfolgen. Dadurch wird ein irrtümliches Einbauen von Käfigteilen jeweils zwischen benachbarten Rollelementen vermieden. Die Handhabung der Käfigteile ist einfach.
In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Rollelementreihe durch Einsetzen jeweils von einzelnen Käfigbauteilen zwischen benachbarten Rollelementen gebildet. Alternativ kann eine Reihe von Rollelementen durch verbundene Käfigteile jeweils nacheinander zur Bildung einer Rollelementreihe gebildet werden. In dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Rollelementreihe 22 durch Einbau von vier Arten von Käfigteilen 21A bis 21D zwischen benachbarte sphärische Rollelemente regelmäßig gebildet. Wenn erforderlich können zum gleichen Zweck vier Arten von Käfigteilen 21A bis 21D zwischen benachbarten Rollelementen irregulär eingebaut werden. Auf diese Weise wird das periodische Durchlassvibrieren der Rollelemente auf Grund der Rollbewegung der Rollelemente weiterhin reduziert.
Bei diesem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet die Rollelementreihe 22 vier Arten von Käfigteilen 21A bis 21D jeweils von im Wesentlichen gleicher Anzahl. Die Rollelementreihe 22 kann auch durch Verwendung dieser Arten von Käfigteilen gebildet werden, wobei deren Anzahl unterschiedlich ist, wie beispielsweise zwei Käfigteile 21A, vier Käfigteile 21B, acht Käfigteile 21C und acht Käfigteile 21D. Außerdem können bei dem Ausführungsbeispiel die Käfigteile 21A bis 21D nach Farben sortiert sein. Entsprechend können die Käfigteile 21A bis 21D durch gefärbte Identifizierungsmarken gekennzeichnet sein. Die Identifizierungsmarken können Symbole oder dergleichen sein. Das folgende Verfahren kann zum Zusammenbau der Käfigteile zwischen den Rollelementen verwendet werden. Die Anzahl der Arten von Käfigteilen, die zur Bildung einer Rollelementreihe notwendig ist, wird festgestellt. Dies bedeutet beispielsweise X₁ als Anzahl der Käfigteile 21A, X₂ als Anzahl der Käfigteile 21B, X₃ als Anzahl der Käfigteile 21C und X₄ als Anzahl der Käfigteile 21D. Diese werden dann in einen Behälter gelegt und anschließend zufällig angeordnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird zum Erhalt eines deutlichen Unterschieds zwischen den Teilungen der Rollelemente der Rollelementreihe, die die Käfigteile 21A bis 21D enthalten, die folgende Teilungsbedingungen einstellt: A > B > C > D, A – B = 0,035 × Da, B – C = 0,025 × Da und C – D = 0,015 × Da.
Falls erforderlich, können die Teilungen auch auf Grund folgender Bedingungen festgelegt werden als A – B = B – C = C – D = 0,035 × D_A. Die vorliegende Erfindung wurde unter Bezugnahme auf Linearbewegungsführungslager beschrieben, kann allerdings erfindungsgemäß auch bei einer Schraubenvorrichtung verwendet werden.
Eine Kugelgewindespindel als Form einer solchen Schraubenvorrichtung ist in 4 dargestellt. Die Kugelgewindespindel 41 weist eine Kugelmutter 46 mit einer spiralförmigen Gewindenut 44 auf, die an einer inneren Fläche gebildet ist, und lose an eine Schraubspinde 42 mit einer spiralförmigen Gewindenut 42 in deren äußerer Umfangsfläche angepasst ist, die sich in axialer Richtung erstreckt.
Die spiralförmige Gewindenut 44 der Kugelmutter 46 ist gegenüberliegend zur Gewindenut 42 der Schraubspindel 43 so angeordnet, dass ein spiralförmiger Durchlass zwischen diesen gebildet ist. Eine Vielzahl von Kugeln 45 als Rollelemente sind in diesem spiralförmigen Durchlass rollend angeordnet. Die Kugelmutter 46 bewegt sich linear durch das Rollen der Kugeln 45 bei Drehung der Gewindespindel 43.
Die Kugelmutter 46 bewegt sich linear, während die Kugeln 45 entlang des Zirkulationsdurchlasses rollen, der durch beide Gewindenuten 42 und 44 gebildet ist. Die kontinuierliche Bewegung der Kugelmutter 46 ergibt sich durch das endlose Zirkulieren der Kugeln 45.
Zu diesem Zweck ist ein Teil der äußeren Fläche der Kugelmutter 46 flach und ein Paar von Öffnungen 51, die mit beiden Gewindenuten 42 und 44 in Verbindung sind, sind in dem flachen Teil der Kugelmutter 46 so gebildet, dass sie die Gewindespindel 43 umgeben. Beide Enden einer U-förmigen Kugelröhre 50A als Zirkulationsbauteil sind in die Öffnungen 51 eingepasst, wodurch ein Kugelzirkulationsdurchlass 52 gebildet wird. Zirkulationsbauteil, Endkappe und weitere können zur Bildung des Zirkulationsweges zusätzlich zur Kugelröhre verwendet werden.
Die Kugelgewindespindel 100 nach 3 verwendet Käfigteile 40, die jeweils zwischen benachbarten Kugeln 45 einer Vielzahl von Kugeln angeordnet sind. Die Kugeln 45 sind rollend in einer spiralförmigen Durchführung zwischen den Gewindenuten 44 der Kugelmutter 46 und der Gewindenut 42 der Gewindespindel 43 aufgenommen. Die Käfigteile 40 sind jeweils zylindrisch oder säulenförmig und beide Enden jedes Gewindeteils sind entsprechend zur Form der Kugel 45 konkav geformt.
Andere Ausführungsbeispiele der Gewindeteile gemäß vorliegender Erfindung werden unter Bezugnahme auf 5 bis 8B beschrieben. Nach 5 sind Kugel 61 auf einer Verfahrenswelligkeit 63 einer Oberfläche 62 angeordnet. Die Verfahrenswelligkeit ist in den Figuren übertrieben dargestellt. Die Käfigteile 74 und 75 unterschiedlicher Dicken sind alternierend zwischen benachbarten Kugeln angeordnet. Mit dieser Konstruktion ändern sich die Kugel-zu-Kugel-Abstände 76 und 77 alternierend und wiederholen sich, wie dargestellt. Im Vergleich zum Aufbau nach 12 einer bekannten Art kann, selbst wenn die Teilung der Verfahrenswelligkeit 63 mit dem Kugel-zu-Kugel-Abstand in der bekannten Art zusammenfällt, bei Verwendung von Käfigteilen 74 und 75 unterschiedlicher Dicken und alternierende Anordnung ein Zusammenfallen der Teilung der Verfahrenswelligkeit mit dem Kugel-zu-Kugel-Abstand vermieden werden. Entsprechend wird ein nachteiliger Einfluss der Verfahrenswelligkeit auf Betrieb und Geräusch vermieden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 6 sind, wie bei dem vorangehend geschilderten Beispiel, Käfigteile 74 und 75 angeordnet, wobei allerdings diese sich in Anordnung der Käfigteile 74 und 75 und nicht alternierend unterscheiden. Bei diesem Ausführungsbeispiel können Kugeln so angeordnet sein, dass sie einen Teil aufweisen, wo nur Käfigteile 74 angeordnet sind, wobei der Abstand benachbarter Kugeln ein Abstand 76 ist, und ein Teil, wo nur Käfigteile 75 angeordnet sind, wobei ein Abstand benachbarter Kugeln ein Abstand 77 ist. In diesem Fall kann eine verbleiende Lücke 70 so ausgewählt werden, dass sie eine Größe aufweist, die ein Umkippen der Käfigteile nicht zulässt. Bei einem solchen Aufbau gibt es keinen Grund, den Füllfaktor der Kugeln zu beachten.
Nach 7A und 7B wird die Dicke der Käfigteile bei dem Ausführungsbeispiel in folgender Weise bestimmt. 7B, in der eine bekannte Art dargestellt ist, ist ein Abstand zwischen Mittelpunkten benachbarter Kugeln ein Abstand 86, wenn die Teilung der Verfahrenswelligkeit mit dem Kugel-zu-Kugel-Abstand zusammenfällt. Es wird angenommen, dass zwei Arten von Käfigteilen 74 und 75 mit unterschiedlichen Dicken vorbereitet sind (7A). Der Mitten-zu-Mitten-Abstand zwischen benachbarten Kugeln, wenn die Käfigteile 74 und 75 verwendet werden bei der Kugelreihe, entspricht einem Abstand 76 und einem Abstand 77. Die Abstände 76 und 77 sind so bestimmt, dass zweimal (Abstand 86) = (Abstand 76) + (Abstand 77) unter 2 × (Abstand 86) als Abstand zweimal so lang wie der entsprechende Kugel-zu-Kugel-Abstand 86, (Abstand 76) und (Abstand 77) ist. Weiter ist der Abstand 74 und der Abstand 75 so bestimmt, dass er diesen Abständen entspricht.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung ist ein Ausführungsbeispiel mit entsprechenden Details eines Käfigteils 19, das angeordnet werden soll. Ein entsprechendes Käfigteil 90, siehe 8A weist konkave Oberflächen auf, die jeweils so gebildet sind, dass sie äußeren peripheren Flächen einer Kugel 91 entsprechen. Die Kugel-zu-Kugel-Abstände 91 sind nahezu identisch zueinander. Allerdings wird durch Bildung beispielsweise eines Schlitzes 92 in dem Käfigteil 95 und durch Bereitstellung einer elastischen Eigenschaft des Käfigteils, wie es in dem Ausführungsbeispiel nach 8B dargestellt ist, der Kugel-zu-Kugel-Abstand 86 um eine Größe einer Kompressionsdicke 97 (eine Seite) durch den Druck der Kugeln, der gegenseitig wirkt, variiert. Dieses Merkmal erhöht die Auswahlfreiheit beim Kugel-zu-Kugel-Abstand. Nach 8B ist das Käfigteil aus einem Metallmaterial hergestellt und so konstruiert, dass seine Struktur ein Schlitz 92 aufweist, der dadurch eine Strukturelastizität erzeugt. Als Alternative kann das Käfigteil aus einem elastischen Material hergestellt sein, wie Kunststoff oder ein Hartgummi, wobei die Elastizität dadurch dem Käfigteil gegeben ist.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden zwei Arten von Käfigteilen verwendet. Falls erforderlich, können drei oder mehr Arten von Käfigteilen mit unterschiedlichen Dicken stattdessen verwendet werden.
Wie sich aus der vorangehenden Beschreibung ergibt, ist es bei der Linearbewegungsvorrichtung nicht erforderlich, viele Arten von Käfigteilen zu verwenden, wenn diese Teile jeweils zwischen benachbarten Rollelementen angeordnet werden. Daher kann bei der Linearbewegungsvorrichtung das Auftreten von Vibration und Geräuschen vermindert werden, welche dem periodischen Durchlassvibrieren der Rollelemente zugeschrieben werden, wobei dies ohne Anwachsen der Kosten erfolgen kann.
Durch Anordnung unterschiedlicher Käfigteile kann die Anzahl der Teile, bei denen die Teilung der Verfahrenswelligkeit mit dem Kugel-zu-Kugel-Abstand zusammenfällt, reduziert werden. Dadurch wird das Betriebsverhalten verbessert und die Geräuscherzeugung vermieden. Außerdem ist die Freiheit bei der Auswahl der Käfigteile groß und es gibt keinen Grund zur Beachtung der Verfahrenswelligkeit als Vorbedingung für die Konstruktion, da die entsprechende Passrate der Kugeln leicht geändert werden kann. Mit anderen Worten, kann ein Teil, wo die Teilung der Prozesswelligkeit mit den Kugel-zu-Kugel-Abstand zusammenfällt, leicht ohne Änderung des Füllfaktors der Kugeln geändert werden.

Claims

Linearbewegungsführungslagervorrichtung (10) mit: einer Führungsschiene (11) mit Rollnuten (12), welche sich in einer Axialrichtung der Linearbewegungsführungslagervorrichtung erstrecken und auf der Außenfläche gebildet sind; einem Schlitten (14), der mit der Führungsschiene (11) so in Eingriff ist, dass er sich in Axialrichtung der Führungsschiene bewegt; einer Vielzahl von Rollelementen (13, 61, 91), die zwischen dem Schlitten (14) und den Rollnuten (12) der Führungsschiene (11) angeordnet ist, und einer Vielzahl von Rückhalteteilen (21, 40, 74, 90, 95), welche jeweils zwischen benachbarten Rollelementen angeordnet sind, wobei die Rückhalteteile eine Vielzahl von Arten von Rückhalteteilen mit unterschiedlichen Dicken aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Arten der Rückhalteteile geringer als die Anzahl der Rollelemente der Rollelementreihen ist.
Linearbewegungsführungslagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteteile (21, 40, 74, 90, 95) aus zwei bis fünf Arten von Rückhalteteilen gebildet sind.
Linearbewegungsführungslagervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteteile für jede Art von Rückhalteteil mit unterschiedlichen Dicken unterschiedlich gefärbt sind.
Linearbewegungsführuangslagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteteil (21, 40, 74, 90, 95) eine Identifizierungsmarkierung für jeweils die Art des Rückhalteteiles aufweist.
Kugelgewindespindel (100) mit: einer Schraubspindel (43) mit einer ersten Schraubnut (42), die spiralförmig auf einer äußeren Umfangsfläche gebildet ist; einer mit einer zweiten Schraubnut (44) auf einer inneren Umfangsfläche ausgebildeten Mutter (46), die auf die Schraubspindel aufgepasst ist, wobei die zweite Schraubnut (44) der ersten Schraubnut (42) der Schraubspindel (43) entspricht; einer Vielzahl von abrollbar in einem Raum zwischen erster und zweiter Schraubnut (42, 44) aufgenommenen Rollelementen (45); einem Zirkulationsbauteil, welches an der Mutter zur Bildung eines Zirkulationsweges (52) befestigt ist, durch welchen Zirkulationsweg die Rollelemente entlang eines zwischen erster und zweiter Schraubnut (42, 44) in einem bestimmten Raumes endlos zirkulieren, und einer Vielzahl von Rückhalteteilen (40, 74, 90, 95) die jeweils zwischen benachbarten Rollelementen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteteile eine Vielzahl von Arten von Rückhalteteilen mit unterschiedlichen Dicken umfassen und die Anzahl der Arten der Rückhalteteile geringer als die Anzahl der Rollelemente in Rollelementreihen ist.
Kugelgewindespindel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteteile (40, 74, 90, 95) aus zwei bis fünf Arten von Rückhalteteilen gebildet sind.
Kugelgewindespindel nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteteile (40, 74, 90, 95) unterschiedlich für jede Art von Rückhalteteil mit unterschiedlichen Dicken gefärbt sind.
Kugelgewindespindel nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteteil (40, 74, 90, 95) eine Identifizierungsmarkierung für jeweils die Art des Rückhalteteiles aufweist.
Kugelgewindespindel nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteteile (40, 74, 90, 95) jedes eine elastische Struktur aufweisen oder aus einem elastischen Material hergestellt sind.