DK175145B1 - Linearföringssystem - Google Patents

Description

1 DK 175145 B1

LINEARFØRINGSSYSTEM

Opfindelsen ligger på linearføringemes område og angår et længdeføringssystem med rullelegemer og en dertil afstemt rullelegemeføring ifølge indledningen til krav J 5 1, samt et tilhørende rullelegeme og en tilhørende rullelegemeføring ifølge indledningen til krav 3 og 9.

Rullelegemer (for eksempel rullebaner) og deres tilhørende føringer, på hvilke de løber, tjener til friktionsfattig udførelse af bevægelsesforløb, især lineære 10 bevægelsesforløb, til hvilke der er opstået en hel slægt af såkaldte linear- henholdsvis længdeføringssystemer. Mangfoldige længdeføringssystemer med ruller, kugler og andre rulningslegemer er kendte. Der tilstræbes altid en så friktionsfattig relativbevægelse som muligt mellem to legemer, for eksempel en føring eller bane og et derpå bevægeligt element, rullelegemet. Sådanne længdeføringer indretter 15 sig i dag efter byggedelene i det klassiske kugleleje, som findes i mangfoldige udførelsesformer. Fælles for alle er kendetegnet med de i en række anbragte kugler, som fastholdt i en kugleløbebane eller i en holder er placeret i en linie henholdsvis en række. Et eksempel viser US-2.952.145, ved hvilken længdeføring to rækker af kugler er anbragt således i forhold til hinanden, at de ruller af på hin-20 anden. Målet er at formindske glidefriktionen, hvad der ved denne konstruktion dog kun indtræder, når kraftforløbet fra belastningen forløber nøjagtigt gennem to u kugler. Dette belastningstilfælde er dog kritisk og kan ikke opretholdes under driften, da de to på kugler lejrede, i forhold til hinanden forskydelige dele, drejes i forhold til hinanden, og allerede den mindste drejning fører ud af indretningens 25 optimale drift. Dermed gives der slet intet reelt driftstilfælde, da, som sagt, denne konstruktion ikke kan optage nogen "skrå" kraftangreb uden stærk stigning af glidefriktionen. Dermed er trods løsningens symmetri det optimale kraftangreb begrænset til et enkelt sted per kuglepar.

2 DK 175145 B1

Disse rullelegemer med den altid tilhørende løbebane er på grund af den påkrævede præcision ved fremstillingen i reglen dyre, og til de fleste anvendelser skal der anvendes til disse tilpassede, specielle typer eller udførelser. Men det betyder dog, at de som regel kun er anvendelige indenfor deres område og ikke er 5 meget alsidigt anvendelige.

Således forholder det sig også med længdeføringssystemet ifølge norsk patent nr.

56419, som arbejder med adskilte kuglepar. Længdeføringssystemet tillader en bevægelse med et minimum af friktion, sålænge det udsættes for en belastning i 10 en ganske bestemt retning. I den følgende beskrivelse vil dette system blive beskrevet nærmere i forbindelse med fig. 5B.

Der findes rulningsføringssystemer, som består af en føringsskinne og to tilhørende føringsslæder, som ved hjælp af en forbindelse er forbundet med 15 hinanden til en føringsvogn (rullelegeme). Ved fremgangsmåden med føringsvognen på skinnen ruller kuglerne (via en tilbageløbsrende) rundt i lukkede kuglebaner. Sådanne kugleomløbselementer egner sig især til store slagstrækninger og kan drives i enhver stilling. Helt problemløse er sådanne kugleomløbsbaner dog ikke, ved rulningslegemetilbageføringer skal 20 rulningslegemeindløbsstød forhindres, hvad der betyder en tilsvarende teknisk indsats. For eksempel skal kuglerne med et konstant tryk trykkes mod skinnens føringskontaktflader. Dette sker også for at opnå en stick-slip- fri (ryk-glide-fri) forskydelighed. Så robuste og afprøvede disse løsninger end er, de er dog omstændelige og dyre.

25

Til mindste friktion findes der føringsskinner med enrækkede, flade kugleholdere, rulningslegememe står i topunktkontakt med løbebanerne. Disse linearføringer tilpasser sig optimalt til belastningsretningen og er ufølsomme overfor vinkelfejl i 3 DK 175145 B1 tværretningen. De er ikke egnede til gennemkørsel af kurver. Der anvendes fortrinsvis nåleruller, cylinderruller og så videre, med hvilke løse lejringer i fladholderføringer også er mulige.

5 Generelt betragtet finder kugleløbestave til kugleføringer anvendelse ved højere hastigheder og højere belastninger. Rulleløbestave er egnede til nøjagtige omstillingsbevægelser. Kugleføringer er robuste, rulleføringer, især krydsrulleføringer, er nøjagtige (spillerumsfri).

10 Det er opfindelsens opgave at tilvejebringe et længdeføringssystem med rullelegemer og rullelegemeføring med en lav samlet friktionsmodstand, således at rulningsmodstandens andel er overvejende i alle sædvanlige belastningstilfælde, og rullelegemets friktionsmodstand til stadighed er holdt minimal. Endvidere skal længdeføringssystemet som helhed tillade en højst mulig materialeandel af 15 formstoffer, uden at de egenskaber, der kræves ved linearføringer, bliver forringede. Deraf skal resultere et længdeføringssystem, som har en slip-stick-fri forskydelighed, ubegrænset lange forskydningsveje, og dette ved en beskeden fremstillingsindsats og under anvendelse af omkostnings- og bearbejdningsfordelagtige materialer (såsom formstoffer), og som endvidere tillader en 20 alsidigere anvendelse end de kendte længdeføringssystemer.

Denne opgave løses ved den i den kendetegnende del af krav 1, hhv. krav 3, hhv. krav 9 definerede opfindelse.

25 Et længdeføringssystem består, som sagt, af et rullelegeme og dets rullelegemeføring. Rullelegemet består igen af i forhold til hinanden bevægede dele, ligesom ved systemet bil og vej, ved hvilket bilen (nu bortset fra motoren) 4 DK 175145 B1 består af et siddehus og af rullende hjul. Problemet ligger altså også i at klare relativbevægelserne indenfor rullelegemet.

Ligesom siddehusets vægt ved bilen støtter sig på akslerne med de derpå 5 anbragte hjul, skal for eksempel et rullelegemes kugieholder støtte sig på rulningslegemerne for at føre kraftindvirkningen over på føringsbanen.

Opfindelsen baserer sig nu på den ide, at hvis det kunne lykkes at udforme afstøtningen for den som eksempel nævnte kugleholder på kuglerne således, at 10 der opstår en så ringe gi idefriktion som mulig, så ville den væsentlige andel af den samlede friktionsmodstand være indskrænket til rullefriktionen, en art af friktion, der som bekendt hører til de modstandsfattigste. Det er også teknisk enklere at beherske en rullefriktion end en glidefriktion.

15 Den friktionsfattige indkobling af kræfter (for eksempel en trykkraft) via to legemer, der bevæger sig i forhold til hinanden, sker gunstigst, når relativbevægelsen mellem legemerne er nær nul eller helt nul. Ved rullende legemer er dette et problem. Således er omkredshastigheden ved en rullende kugle kun nær nul eller meget lille ved drejepolen, det er det sted, hvor rulningsaksen træder ud, og i dens 20 umiddelbare omgivelser; dog kan denne rulningsakse ved en kugle, der kan anses som isotropt legeme, foreligge hvor som helst eller rettere på uendeligt mange steder. Altså skal det problem også løses at beherske rulningslegemerne således, at deres rulningsakser ligger defineret i rummet, og netop på en sådan måde, at den som eksempel nævnte kugleholder kan afstøtte sig i omdrejningspolens 25 snævrere region, det er den drejningsinvariante zone på en rullende kugle, og i forskellige belastningstilfælde faktisk også støtter sig der.

5 DK 175145 B1

Opfindelsen løser dette problem således, at til styret afrulning af i en føring rullende rulningslegemer, især rulningslegemer med høj symmetri (kugler), når en belastningskraft belaster rulningslegememe under afrulningen, vælges til mindst to rulningslegemer, til føringen såvel som til midlerne til indkobling af 5 belastningskraften på rulningslegememe en indretning, så at hvert rulningslegeme på den ene side berører føringen og på den anden side gensidigt berører hinanden, hvorved midlet til indkobling af belastningskraften berører et rulningslegeme således, at kraftvirkningen gennem rulningslegemet træffer forbindelseslinien mellem de to berøringspunkter mellem føring og rulningslegeme 10 og mellem rulningslegeme og rulningslegeme lodret, og krydser den i midten, hvorved den halverede forbindelseslinie er identisk med rulningsradien.

Rulningslegemeradieme skal derved vælges mindre end den største halve diameter på rulningslegemet.

15

Ved tre rulningslegemer står føringen såvel som midlerne til indkobling af belastningskraften således anbragt i forhold til hinanden, at hvert rulningslegeme berører føringen og på et punkt gensidigt berører hinanden, hvorved midlet til indkobling af belastningskraften berører et rulningslegeme således, at 20 kraftindvirkningen gennem rulningslegemet træffer en forbindelseslinie mellem de to berøringspunkter mellem føring og rulningslegeme og mellem rulningslegeme og rulningslegeme lodret og krydser den i midten, hvorved den halverede forbindelseslinie er identisk med rulningsradien.

25 Ved en speciel anbringelse af rulningslegemer i en holder og ved afrulning samtidig også en forbindelse til en føringskanal med kugleløbestave, på hvilke rulningslegememe kan afrulles, skabes et længdeføringssystem med de nævnte fordele. Selvom den geometrisk symmetriske kugleform udviser den mindst stil 6 DK 175145 B1 lingsdefinerede opførsel, benytter den foretrukne udførelsesform kugler som rulningslegemer. Det vil i diskussionen af udførelsesformen vise sig, at ved anvendelse af den foreslåede tekniske løsning slides et kugleformet rulningslegeme stokastisk ensartet.

5

Af her omhandlende håndbøger fremgår, at friktionstallet μ for ren rulningsfriktion stål (hårdt) på stål (hårdt) andrager 0,001 og for glidefriktion stål på stål 0,1-0,15.

Den omtrent ens opdelte blandingsfriktion af begge mellem de samme hårde materialer andrager mellem 0,01-0,015, det vil sige, den ligger temmelig nøjagtigt 10 derimellem. Konstruktionsmæssigt forsøger man at opnå en så vidt muligt ren rulningsfriktion, hvad der naturligvis fører til tilsvarende tvungne løsninger. En høj andel af rulningsfriktion er givet i et rulningsleje eller nåleleje, med forbehold er dette også tilfældet i et kugleleje, ligeledes i linearføringer, ved hvilke kun et cylinderformet rulningslegeme overfører kraften mellem de to i forhold til hinanden 15 sig bevægende partnere. Men derved skal der tages hensyn til, at rulningsfriktionen alt efter forholdene kan overstige en for eksempel systemimmanent glidefriktion.

Et ifølge opfindelsen udformet længdeføringssystem gør specielt brug af fordelene 20 ved en kugle som rulningslegeme, hvorved de andre, mindre ønskede.egenskaber tøjles adækvat. Ved længdeføringssystemet ifølge opfindelsen er en forspænding, ikke, som ved sædvanlige længdeføringssystemer, nødvendig, derfor skal der heller ikke indstilles et lejespillerum. Uindskrænket lange forskydningsveje kan realiseres, og kræfter fra alle tværretninger og momenter om alle akser opfanges 25 således, at grundkarakteristikken hele tiden bibeholdes. Ingen profilslebne løbebaner er nødvendige, ligeledes behøver man ingen rulle- eller kugleomløb, som findes overalt, hvor der kræves store slaglængder.

7 DK 175145 B1

Kugler, som ruller i en holder, støtter sig under bevægelsen af mod holderen. Sker denne afstøtning mod en del af kuglen med (høj) omkredshastighed, så resulterer det i en glidefriktion, som vel bidrager væsentligt til den samlede modstand. Derfor er det fordelagtigt at lade den på kugleanordningen virkende kugleafstøtning kun 5 være virksom der, hvor kugleomkredshastigheden er ringe eller nær nul, det vil sige på de to steder, hvor rulningsaksen træder ud. Dette er hastighedsinvariante punkter eller drejepoler, som svarende til kuglens afrulning kan ligge et eller andet sted på dens overflade.

10 Et udførelseseksempel på opfindelsen, der benytter kugler som rulningslegemer, forklares nu i detaljer ved hjælp af de efterfølgende anførte figurer.

fig. 1A viser et rullelegeme ifølge opfindelsen set forfra ført ind i en føringskanal, 15 fig. 1B viser rulningslegemeholderen med to kugletrioer i perspektiv og i snit gennem en kugletrio, som vist i fig. 1A,

fig. 1C viser rulningslegemeholderen i tværsnit lagt i området ved trioens I

20 kuglemidte, fig. 1D viser en foretrukken udførelsesform af et løbebaneprofil i en føringskanal uden rulningslegemeløbestave i perspektiv, 8 DK 175145 B1 fig. 2A viser et antal rullelegemer ifølge fig. 1A på række med hinanden set fra siden. Føringskanalen er overdækket, det vil sige, kun den ene halvdel er synlig. På denne måde lader der sig sammenstille en "kæde" af rullelegemer, som på deres side igen er et rullelegeme, 5 fig. 2B viser et rullelegeme, der er dannet af to sub-rullelegemer med hver en kugletrio og et forbindelsesstykke, fig. 2C viser en yderligere variant af et antal rullelegemer sat på række, 10 fig. 3A viser en fra kuglen abstraheret fremstilling af rullelegemets kinematik, fig. 3B viser skematisk den "afbalancerende" virkning på kugletrioen i 15 rulleretning fra rullefriktionen mellem to på hinanden og samtidig på hver en løbebane rullende kugler, fig. 3C viser skematisk det foretrukne mønster for afrulningspunkteme mellem kuglerne i en trio og i forhold til løbebanen, 20 fig. 4 viser opdelingen af kræfterne i rullelegemet ved en belastning fra oven gennem indretningens centrum (trykbelastning), 9 DK 175145 B1 fig. 5A viser opdelingen af kræfterne i rullelegemet ved en belastning fra neden gennem centrum (trækbelastning), fig. 5B viser en lignende udførelsesform med to rulningslegemer til en 5 bestemt driftsform, nemlig en ren trækbelastning, fig. 6 viser opdelingen af kræfterne i rullelegemet ved en belastning fra siden gennem centrum (sidebelastning), 10 fig. 7 viser opdelingen af kræfterne i rullelegemet ved en torderende belastning forbi centrum (drejebelastning), og fig. 8 viser en udførelsesform med lukket, slangeformet rullelegemeføring, i hvilken rullelegememe er sammenføjet i form af en kæde.

15

Som fig. 1A viser, er et rullelegeme 1 ifølge opfindelsen udformet således som grundelement, at det i enhver bevægelsesstilling støtter sig i sig selv, altså på sine tre kugler. Denne grundanordning består af tre kugler 3, hvis centre, forløbende over hver to kugleradier, beskriver en ligesidet trekant. Kuglerne ruller sig af på 20 hinanden, det vil sige, en kugle ruller på den anden, hvad der, uden at være henvist til en kugleomløbsstrækning, muliggør et ubegrænset slag. Hver kugle har fire mulige berøringspunkter til afrulning. Hver kugle kan ligge an på to punkter på en skinnes kugleløbebaner 6 i løbekanalen 4 og på to punkter på hver en partnerkugle, så at det i sluteffekten for tre kugler resulterer i 9 (i stedet for 12) 25 mulige berøringspunkter. I de efterfølgende eksempler vises, at i forskellige belastningstilfælde benyttes 3-6 af disse berøringspunkter samtidig til afstøtning 10 DK 175145 B1 og afrulning. På skinnernes kugleløbebaner 6 i løbekanalen 4 har anlægspunk terne lige så lang afstand fra hinanden som anlægspunkterne til de to partnerkugler. Kuglerne er sammenfattet henholdsvis anbragt løse, altså uden forspænding i en holder (fig. 1B). Denne holder er fortrinsvis integreret i 5 rullelegeme-legemet. Alt efter belastningstilfælde, af hvilke nogle diskuteres senere, kommer kuglerne til berøring med holdervæggene ved støtteflader 5, dog altid ved et hastighedsinvariant punkt, så at den fra afstøtningen resulterende glidefriktion er minimal.

10 Fig. 1B viser rulningslegemeholderen med (to gange) tre rulningslegemekamre 7, her er det optagelsesboringer, til to kugletrioer i perspektiv og i snit gennem kanalerne, i hvilke en kugletrio kan anbringes, som vist i fig. 1A. Den viste legemeform er så stærkt reduceret, at den praktisk taget kun er en kugleholder og en broformet ansats med en fastgørelsesåbning 8 til fastgørelse ved et andet 15 rullelegeme. I denne form er rullelegemet et sub-rullelegeme; som det senere beskrives, kan et antal rullelegemer sammenfattes til et overordnet rullelegeme.

Fig. 1C viser rulningslegemeholderen i snit, netop et snit gennem området ved kuglemidten i en deri anbragt kugle-trio. Synlige er her detaljer såsom 20 indsnævringer 10 af boringerne 7 på ydersiden, hvilke holder kuglerne 3 fanget i deres boringer. Alt efter anvendt materiale, for eksempel ved POM (polioximethylen), et formstof af gruppen polyacetater, som udmærker sig ved høj overfladehårdhed og gode slidegenskaber, tillader materialets elasticitet, at med en sådan indsnævring lader kuglerne sig trykke gennem den noget mindre 25 indgangsdiameter og fjedre ind i optagelsesboringen. Ligeledes synlige er holderens anlægspunkter 5, med hvilke den støtter sig af på de afrullende kuglers 3 drejepoler. Rullelegemet selv løber med sine rulningslegemer langs skinner, som i form af kugleløbestave 6 er anbragt i føringsskinnens 2 føringskanal 4.

n DK 175145 B1

Fig. 1D viser en foretrukket udførelsesform af et løbebaneprofil til en føringskanal i en føringsskinne i perspektivisk fremstilling. Dertil passer rulningslegemeholderen i fig. 1B. Der ses tre skråt i forhold til hinanden stående lejer for skinner med noter 6' til optagelse af hver to kugleløbestave 6, på hvilke rullelegemets 1 kugler 3 kan 5 rulle af. Skinnerne, som lægges ind i lejerne, er fortrinsvis udstyret med flade løbeflader, så at kuglerne, som berører skinneoverfladen på et punkt, kan køre "deres bane” på denne flade, svarende til det momentane belastningsangreb. Med flade skinner kan tolerancen mellem kuglerne, huset og skinnerne selv være større. Anvender man skinner med buet iøbeflade, så skal tolerancerne være min-10 dre.

Fig. 2A viser, set fra siden, en lineær anbringelse af enkelte rullelegemer 1, 1', Γ og så videre, som hver indeholder to kugletrioer. Sådanne arrangementer kan sammensættes og/eller forbindes vilkårligt med hinanden. Med for eksempel en e-15 lastisk forbindelse mellem rullelegemeelementeme kan disse også sammenføjes til en rullende kæde. Ved sådanne kæderullelegemer, som kun har en trio, kan der realiseres føringer med forholdsvis små kurveradier, så at rullelegemer ifølge opfindelsen også med fordel kan anvendes ved kædetransport, ved hvilken transporten skal foregå i alle rumretninger. I stedet for løbestavene kan også 20 føringskanalens overflade anvendes direkte til kuglernes afrulning, især hvis rtian til føringskanalen anvender et metalprofil.

Fig. 2B viser i en anden variant, hvorledes rullelegemer kan anvendes som sub-elementer. To rullelegemer 1 og 1' med hver en kugletrio er med en forbindelse 11 25 forbundet stift med hinanden, og danner således et rullelegeme til en kurveagtig længdeføring. Med 8 og 8’ er betegnet de fastgørelsesmidler, som, om ønsket, også kan være udformet som en drejelejring, tappe i boring. Med dette eksempel skal antydningsvis vises, hvor overordentlig alsidigt det diskuterede rullelegeme kan anvendes.

12 DK 175145 B1

En yderligere mulighed for den alsidige anvendelighed viser sammensætningen på række af rullelegemer i fig. 2C. Hvert rullelegeme 1, 1\ Γ har på sin rulningslegemeholder en styrestang 12 med en nedadrettet tap 8’, og ovenpå 5 rulningslegemeholderen er en tapbøsning 8 anbragt således, at en styrestangs tap kan føres ind i tapbøsningen på en følgende rulningslegemeholder, så der dannes en kæde.

Fig. 3A viser en fra kuglen abstraheret fremstilling til diskussion af de kinematiske 10 forhold for et sådant rullelegeme. Tre ind- eller afgangsgrupper AA, BB, CC består af hver en aksel a, b og c, på hvilke aksler der hver er anbragt to tandhjul. Disse tandhjul står i angrebspunkterne α, β, γ i indgreb med hinanden eller med omgivelserne. Punkterne β, β, β er tandhjulenes overgangspunkter fra en gruppe til en anden, og punkterne α, α; α, γ; γ, γ er overgangspunkter fra rullelegemet 15 udadtil til baneføringens skinner. I dette eksempel er AA en indgangsgruppe, og BB, CC skal være udgangsgrupper. Dermed er a den drevne aksel. For bedre anskuelighed er drejeretningen udover ved drejepile også vist med lodret på papiret stående vektorer (punkt i ring rettet opad, og kryds i ring rettet nedad). Dermed er drejeretningen ved punkterne β, β, β ind i papirplanet, og ved periferien 20 ved punkterne α, γ ud af papirplanet, så at rullelegemet som helhed ruller ind i papirplanet, eller anderledes udtrykt, ville for eksempel i en på papirplanet stående lodret føring på grund af sin egenvægt rulle (falde) nedad.

Her ser man klart, at de tre hjulpar med angrebspunkterne (α, β, γ) forholder sig 25 som et gear, som rullende af på sig selv er i stand til at rulle langs en bane. Tager man igen den abstraktion tilbage, i hvilken de enkelte tandhjul forestillende af kuglen udskårne skiver, og igen kompletterer dem til kugler, så ser man også her, at de tre kugler ved isotrop kraftangreb rullende af på hinanden er i stand til at mile 13 DK 175145 B1 en bane, uden at glide på hinanden eller på en af de tre skinner med de to kugleløbestave. Kuglerne støtter sig kun gensidigt af på et punkt, i dette punkt opstår der rullefriktion, der ligesom ved rullefriktion på skinnerne virker hæmmende mod afrulningsretningen.

5 I fig. 3B er vist hvorledes rullefriktionen fra to på hinanden afrullende kugler 3, som bevæger sig fremad i en føring, omtrent holder ligevægt. Dette bevirker, at kugletrioen, hvis den ikke systematisk destabiliseres, heller ikke afstøtter sig ukontrolleret på holdervæggene og der ukontrolleret frembringer (glide-) friktion.

10 Dette ville være tilfældet ved en varig afstøtning på en kuglezone med højere omkredshastighed, kortfristede, momentane afstøtninger af denne art, som kan optræde ved en destabilisering, må ikke vare ved. Kugletrioen skal altså være i stand til ved afrulning at stabilisere sig også i løberetningen. En på den viste måde afrullende rullelegemetrio udviser, hvad også forsøg viser, et minimum af 15 glidefriktion.

Fig. 3C viser endvidere, ligeledes skematisk og i tilslutning til fig. 3A, en fortrinsvis anbringelse af kugleløbestavene i forhold til trioens kugler, nemlig på en sådan måde, at afstanden α-α mellem en skinnes løbestave er lig med afstanden β-β 20 mellem berøringspunkterne med de to partnerkugler. Afrulningspunkteme α er på kugleløbestavene 6, som er vist i den nederste del af figuren.

Ved den nævnte anbringelse i trekant er alle tre kuglers rulningsradier altid lige store. Det resulterer i en ens omkredshastighed for alle rullende kugler, hvorved 25 glidefriktionen mellem kuglerne er praktisk taget nul. Endvidere opdeles den udefra virkende kraft altid således på kugleanordningen, at kraftangrebet altid forløber gennem mlningsaksen og dermed fordeles på løbeskinneme i 14 DK 175145 B1

Kuglekanalen på en sådan måde, at kugleholderen ikke skal optage nogle kræfter, der deplacerer trioen. Det er, som allerede sagt, en rullende kugletrio.

Kuglerne, som ikke er i drift, altså uden for føringskanalen, er lejret løst i en holder 5 og kun sikret mod at falde ud. Holderen kan være af metal eller af formstof, hvorved det anvendte materiales hårdhed er betragtelig, fordi den ved en belastning af kuglerne tager del i denne belastning i samme omfang. Den fra holderen i drejepolen indkoblede kraft overføres altid gennem to kugler til løbekanalen, der til hver kugle har en løbeskinne med to anlægspunkter (på kugleløbestavene).

10 Holderen ligger altså an på drejepoler på kuglerne, så at kuglerne ikke er udsat for en større friktion end på grund af størrelsen af kalotflademe, der danner sig, når kuglerne lader sig trykke ind i holdervæggene. Men der, hvor holderen tvangsmæssigt må støtte sig af mod triolegemet, er kugleoverfladehastigheden praktisk taget nul, da holderen støtter sig af på den drejningsinvariante del af 15 kuglen, og glidefriktionen der naturligvis må være nær nul (svarende til den af indsænkningen dannede kalotflade).

Ved hjælp af fig. 4-7 og i tilslutning til fig. 1A og 1C undersøges nu nogle belastningstilfælde for det diskuterede rullelegeme i føringskanalen. Til opdeling af 20 kræfterne anvendes en vektorfremstilling, hvis sumvektor er tegnet som tyk pil, og hvis delvektorer er tegnet som tynde pile. Den som vektor viste kraft rettes i opdelt form mod de punkter i rullelegemet, på hvilke de er virksomme.

Fig 4 viser belastning af et rullelegeme fra oven, det vil sige, det trykkes ind i 25 rullelegemeføringen med løbeskinneme, hvorved seks af de ni mulige berøringspunkter er delagtige. I dette belastningstilfælde trykkes den nederst kugle Q mod de to kugleløbebaner 6 på dens skinne. Samtidig støtter den sig af mod de to andre kugler R og S og forsøger at "drive dem fra hinanden". Dermed 15 DK 175145 B1 presses disse to kugler på deres side mod deres skinners kugleløbebaner, hvorved trioen gør sig fastere mellem skinner og kugler. Derved støtter kuglerne sig alt efter belastningstilfælde af på kun en eller begge løbebaner, (dette er vist med et forstærket tegnet punkt). Kuglens Q rulningsakse W er vandret (på tværs 5 af løberetningen), og rulningsakseme for de to andre kugler R og S hælder imod hinanden i en vinkel på 60’ dertil, ligger altså i det væsentlige på en ligesidet trekant. Holderen, der i ubelastet tilstand ligger relativt løst omkring trioen, støtter sig nu af på trioen i punkterne d i de to øvre drejepoler D for kuglerne R og S (forstærket tegnede punkter). Her kan man meget godt se, at rulningsradieme til 10 berøringspunkterne kugle/kugle og kugle/skinne ved alle tre kugler er lige store.

Ligeledes ser man godt, hvorledes kræfterne er symmetrisk opdelt på disse angrebspunkter. En sådan symmetrisk formation, som denne trio er, er i stand til at opdele alle mulige kraftangreb udefra således, at der altid resulterer et for den samlede friktionsmodstand gunstigt forhold mellem høj rullefriktionsandel og lille 15 glidefriktionsandel. Selvom kuglerne, som allerede nævnt ovenfor, enten støtter sig af på kun en eller begge løbestave, rulningsaksemes stilling og størrelsen på rulningsradieme forbliver altid de samme.

Fig. 5A viser et kraftangreb, der forsøger at trække rullelegemet ud af dets 20 føringskanal, dette forekommer for eksempel ved en ren hængedrift, hvorved tre af de mulige ni berøringspunkter er delagtige. De to kugler R og S støtter sig af på deres kugleløbebaner 6 og aflaster samtidig kuglen Q. Denne er ved dette kraftangreb hverken belastet af rulningslegemeholderen eller af en af partnerkugleme og ruller ubelastet med. Rulningslegemeholderen støtter sig af på 25 de to drejningsinvariante punkter d i de nu overfor liggende drejepoler for de to kugler R og S. De to rulningsakser W står nu i nøjagtig 60’ vinkel i forhold til hinanden, ligesom det var tilfældet i fig. 4. Rulningsradierne er ligeledes lige store, så de to belastede kugler har samme omkredshastighed, og så der også ved dette belastningstilfælde kun kan ventes en meget ringe blandingsfriktion. Den tredie, 30 ubelastede kugle Q ligger i tilfælde af hængedrift (men ikke i driftstilfælde, hvor der 16 DK 175145 B1 trækkes opad) på de to partnerkugler og ruller af på disse, uden at deltage i kraftindvirkningen.

Alene på grund af dette specielle belastningstilfælde, som det er vist i fig. 5A, lader 5 der sig udforme en lignende udførelsesform, med hvilken der kan udformes en hængetransportør, hvorved der her ligeledes er tre af de mulige ni berøringspunkter delagtige. Dette er dog et specialtilfælde til en driftsform, i hvilken der optræder rene trækbelastninger på tværs af føringskanalen.

10 Denne lignende udførelsesform vises i fig. 5B. Udsparingen, der ifølge fig. 5A er beregnet til kuglen Q, falder her væk, ligeledes den til denne kugle beregnede skinne med de to kugleløbestave i rullelegemeføringen. Rulningslegemeholderen indeholder nu i stedet for en rulningslegemetrio en rulningslegemeduplet. Deraf kan for eksempel til en hængetransportør dannes kæder, som kan være 15 sammenføjet enten elastisk bøjeligt eller ledagtigt, ligesom det også anbefales ved rullelegeme-trioer. Kraftopdelingen under belastning svarer til den i fig. 5A diskuterede og skal her ikke omtales indgående.

Fig. 6 viser et belastningstilfælde, ved hvilket føringen 2 presses sideværts mod 20 rullelegemet 1 eller dette til venstre mod føringen, hvorved seks af de ni mulige berøringspunkter er delagtige. Dette belastningstilfælde indtræder for eksempel ved indvirkning af centrifugalkræfter, hvorved rullelegemets tyngdepunkt ganske vist skulle ligge i føringskanalen. Dette belastningstilfælde diskuteres dog mere for metodisk at vise, at også de faktisk forekommende blandingsformer for belastnin-25 ger følger den samme karakteristik som de her idealiseret fremstillede belastningstilfælde. Som hjælp og til bedre forståelse er rulningslegemeholderen udvidet med en vinkel, på hvilken kraften er således rettet, at den virker nøjagtigt på trioens centrum.

17 DK 175145 B1

Kuglernes S kugleløbebaner trykker kuglen mod de to kugler R og Q, der, som vist i de to forrige tilfælde, trykkes mod kugleløbebaneme 6 på deres egne skinner, hvorved trioen kan stabilisere sig. Kraften virker således som om rullelegemet blev 5 presset fra højre mod føringen, så at holderen, hvad der er vist med pilene i den anvendte vektorfremstilling, afstøtter sig på tre punkter d på kuglerne, nemlig på hver en drejepol D på en kugle. Med D er som i de andre figurer betegnet den almindelige drejepol for et rulningslegeme.

10 Fig. 7 viser endelig endnu et belastningstilfælde, ifølge hvilket den på rullelegemet virkende kraft forsøger at forkante (dreje aksialt) dette i dens føringskanal, hvorved seks af de ni mulige berøringspunkter er delagtige. En sådan forkantning har igen en lignende virkning på kuglerne, skinnerne og holderen som et af de tidligere viste kraftangreb på længdeføringssystemet. Så snart en af de tre kugler belastes 15 ved holderens tryk på en af deres drejepoler, meddeler den den på den virkende kraft til de to partnerkugler for at de kan overtage en del af kraften og overføre den til de til dem hørende skinner. Dette fører, som allerede vist, til en forstærkning af den rullende kugletrio, på hvis drejepoler holderen støtter sig af i tre punkter. I dette tilfælde går kraftangrebet fra holderen på trioens kugler på drejepolernes D 20 punkter d rækken rundt, således at det over figuren indtegnede drejningsmoment, som forsøger at dreje rullelegemet i føringskanalen, ved kraftføringen på en måde udformer sig gennem alle rulningsakser.

Fig. 8 viser endnu en udførelsesform af et længdeføringssystem, ved hvilket 25 rullelegemeføringen er lukket rundt om, og omgiver en kæde af rullelegemer røreller slangeformet. Med denne udførelsesform skal der endnu en gang henvises til den overordentlige alsidighed af systemet ifølge opfindelsen og de konstruktionsmuligheder, der kan afledes derfra. Den vises også her først efter at 18 DK 175145 B1 de forskellige belastningstilfælde allerede er omtalt, og der ikke skal gøres forskellige tanker derom.

Her drejer det sig om en ny, som rullelegeme udformet kæde, der løber i en lukket 5 føring, og med hvilken kræfter kan overføres aksialt på en vilkårlig, rumlig bane.

Denne længdeføring kan være stiv eller bøjelig, alt efter valg af, henholdsvis hårdhed af det anvendte materiale.

Således viser fig. 8 antydningsvis, hvorledes et rullelegeme kan være anbragt i en 10 rundt om lukket rullelegemeføring 2. En kugletrio med de tre kugler 3 er anbragt i en rulningslegemeholder 1. Drejepolerne D, ved hvilke rulningsaksen W træder ud, støtter sig af på rulningslegemeholderens 1 flader 5. I noter 6’ i rullelegemeføringen 2 er der som skinner indlagt kugleløbestave 6, på hvilke kuglerne 3 ruller af. Som diskuteret i sammenhæng med fig. 1D, kan man på 15 foretrukket måde også her i stedet for løbestave anvende fir- eller flerkantede lø-bestave for at stille en flad rullebane til rådighed for kuglerne. Denne rullebane behøver absolut ikke at være bred, kun så bred, at den muliggør den "slangebane", som resulterer af den samlede tolerance og de vekslende kraftangreb.

20

Rullelegemeføringen 2 kan for eksempel fremstilles ved strengstøbning eller ekstrudering, og skinnerne derefter trækkes ind, eller endog støbes med ind i samme arbejdsgang. Rulningslegemeholdeme med rulningslegememe er enten forbundet fleksibelt bøjeligt eller ledagtigt, når der kræves gennemgang af kurver, 25 men også en stiv forbindelse mellem en eller flere mllelegemer kan være en af de søgte løsninger. Den her viste skitse vil egne sig mere til en stiv konstruktion end til en fleksibel, i princippet er dog også her systemet ifølge opfindelsen blot videreudviklet metodisk konsekvent for at nå til denne løsning.

19 DK 175145 B1

Et ifølge opfindelsen udformet længdeføringssystem med rullelegemer og rullelegemeføring kan opfylde opgaver, som de kendte, udelukkende af metal fremstillede længdeføringssystemer med kugler eller andre rulningslegemer, opfyl-5 der, når der netop anvendes sådanne materialer. Anvendes metal og formstof, så opstår der længdeføringssystemer, som enten er billige og/eller lette eller udstyret med andre egenskaber end de førnævnte. Forlanges en særlig bevægelighed, så kan de ligeledes realiseres med den foreslåede fremgangsmåde og en af de foreslåede udførelsesformer.

10

Ved de her viste udførelsesformer kommer det mindre an på deres anvendelsesformål end på de mange muligheder, der kan udnyttes med denne teknik. Dertil hører også udførelsesformen i fig. 8.

15 Det er klart, at i den virkelige drift kan en af eller alle disse diskuterede tilfælde af kraftangreb og også deres blandingsformer optræde i hurtig rækkefølge. Men man ser, at ethvert kraftangreb på rullelegemet altid overføres i kuglernes rulningsaksers retning, det vil sige, at delkræfter indkobles i kuglerne over drejepoleme. Den således belastede kugle afruller sig så over de to gange to 20 punkter på skinne og partnerkugle. Friktionsmodstanden sammensætter sig af rullefriktionen fra ni (ikke tolv!) rulningsanlægspunkter og glidefriktionen fra to til tre drejepolpunkter. Da rullefriktionen, som forklaret i sammenhæng med fig. 3B, holder trioen i balance i det indtil nu ikke omtalte "papirplan”, og denne balance kun kortfristet ophæves ved forstyrrelser i rulningsforløbet, for eksempel ved 25 positive/negative accelerationer (stød, rystelser, bremse- og accelerationsforløb), for straks igen at indstille sig, skal der til den "beregnelige" friktionsmodstand også tillægges en "accidentiel" glidefriktionsmodstand, som dog kun lader sig bestemme empirisk og ved forsøg lader sig vurdere som ikke væsentlig.

20 DK 175145 B1

Som fig. 2A, 2B, 2C antydningsvis viser, kan sådanne triorulleiegemer sættes vilkårligt i række efter hinanden. En kugleholder er ikke meget bredere end diameteren på de anvendte kugler, så at et sådant rullelegeme egentlig er forholdsvis lille. Forbinder man et antal af sådanne rullelegemer med en elastisk 5 eller ledagtig forbindelse, så lader der sig fremstille en kæde, der ruller overraskende let i sin føring, og som for eksempel er meget egnet til en kædetransportør. Hvis kæden ved en kædetransportør af den sædvanlige slags skubbes eller trækkes gennem føringskanalen, så opstår der betragtelige glidemodstande, som skal formindskes ved anvendelse af smøremidler. Disse 10 glidemodstande er endeligt også begrænsende for længden af kædetransportøren. Det er klart, at ved en af de foreslåede rullelegemer dannet kæde er anvendelse af smøremidler ikke afgørende, og at ingen i en kanal glidende kæde har tilnærmelsesvis så lille modstand som en i sin kanal rullende kæde.

15

Claims (13)

21 DK 175145 B1

1. Længdeføringssystem, som har en rullelegemeføring (2) og i det mindste et deri styret rullelegeme (1), ved hvilket rullelegemet har mindst en integreret 5 rulningslegemeholder, i hvilken der i udsparinger (7) er anbragt rulningslegemer (3), hvilke rulningslegemer berører hinanden, og midler (5) til indkobling af en belastningskraft, og rullelegemeføringen (2) har en føringskanal (4) med skinner til rulning for rulningslegemerne, hvorved rullelegemeføringen (2) for hvert rulningslegeme (3) har en skinne, hvor skinnerne er anbragt således i forhold til 10 hinanden, at to forbindelseslinier for hvert rulningslegemes anlægssted på sin skinne danner en stump vinkel til de to rulningslegemers berøringspunkt, og hvor der i udsparingerne (7) i rulningslegemeholderen til hvert rulningslegeme (3) som middel til indkobling af en belastningskraft findes mindst en afstøtningsflade (5), der er således anbragt, at den lodrette gennem denne afstøtningflade (5) i det 15 væsentlige også står lodret på forbindelseslinien fra rulningslegemets (3) anlægssted på sin skinne til berøringspunktet henholdsvis afrulningspunktet for dette rulningslegeme på et andet rulningslegeme og krydser denne på midten, k e n d e t e g n e t ved, at der i rulningslegemeholderen eller -holderne er indrettet tre rulningslegemer (3) som berører hinanden som en rulningslegemetrio. 20

2. Længdeføringssystem ifølge krav 1,kendetegnet ved, at skinnerne i løbelegemeføringen er således udformet med anlægsflader, at hvert rulningslegeme ligger an med to punkter på skinnen, at der i udsparingerne (7) i rulningslegemeholderen til hvert rulningslegeme (3) findes to overfor hinanden 25 liggende afstøtningsflader (5), og at skinnen og anlægsfladen er udformet således, at den lodrette gennem afstøtningsflademe (5) i det væsentlige også står lodret på to forbindelseslinier fra hver sit anlægssted for rulningslegemet (3) på sin skinne til et berøringspunkt hhv. et afrulningspunkt for rulningslegemet med et andet rulningslegeme.

22 DK 175145 B1

3. Rullelegeme til et længdeføringssystem ifølge et af kravene 1 eller 2, hvor hver rulningslegemeholder har i et plan anbragte udsparinger (7), som går ind i hinanden, og i hvilke der er integreret støtteflader (5), som hælder i en stump 5 vinkel i forhold til hinanden og tjener til hver at optage henholdsvis afstøtte et rulningslegeme, kendetegnet ved, at hver rulningslegemeholder har tre udsparinger (7), og at støtteflademe (5) hælder i en vinkel på 120° i forhold til hinanden.

4. Rullelegeme ifølge krav 3, kendetegnet ved, at rulningslegememe (3) er kugler.

5. Rullelegeme ifølge krav 3 eller 4,kendetegnet ved, at rulningslegemeholderen består af et blødere materiale end rulningslegemerne. 15

6. Rullelegeme ifølge et af kravene 3-5, kendetegnet ved, at de ydre åbninger (10) på udsparingerne (7) til optagelse af rulningslegememe (3) indsnævrer sig i tværsnit under det største tværsnit af rulningslegemet således, at et rulningslegeme (3) kan være fanget i udsparingen (7). 20

7. Rullelegeme ifølge krav 5 og 6, kendetegnet ved, at tværsnitsindsnævringen er således dimensioneret, og materialet til rulningslegemeholderen er således valgt, at rulningslegememe lader sig bringe ind henholdsvis klikke ind i udsparingen udefra ved tryk. 25

23 DK 175145 B1

8. Rullelegeme ifølge et af kravene 3-7, kendetegnet ved, at der i et rullelegeme (1) findes mindst to rulningslegemeholdere med deres tilhørende tre rulningsiegemer.

9. Rullelegemeføring til længdeføringssystemet ifølge krav 1 eller 2, hvor løbeskinneme er anbragt i en stump vinkel i forhold til hinanden, kendeteg-n e t ved, at løbeskinneme er anbragt i forhold til hinanden i en vinkel på i det væsentlige 120°, og at hver skinne i det væsentlige består af to parallelt forløbende rulningslegemeløbestave (6). 10

10. Rullelegemeføring ifølge krav 9, kendetegnet ved, at skinnerne er fremstillet af et hårdere materiale end føringskanalen.

11. Rullelegemeføring ifølge et af kravene 9 eller 10, kendetegnet ved, at 15 rullelegemeføringen (2) er lukket rundt om og i lige store vinkelafstande har skinner med rulningslegemeløbestave (6).

12. Længdeføringssystem ifølge krav 1 eller 2 under anvendelse af rullelegemer (1) ifølge et af kravene 3-8 i føringer (2) ifølge et af kravene 9-11,kendetegn 20. t ved, at et antal rullelegemer anvendes i en rullelegemeføring.

13. Længdeføringssystem ifølge krav 12, kendetegnet ved, at de efter hinanden på række anbragte rullelegemer (1) er forbundet elastisk bøjeligt eller ledagtigt med hinanden. 25