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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kugelverbindungskörper für einen
Kugelmechanismus und insbesondere einen Kugelverbindungskörper für einen
Kugelspindelmechanismus oder eine Linearführung.
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Eine
herkömmliche
Linearführung
sowie ein herkömmlicher
Kugelspindelmechanismus verwenden einen Wälzkörper wie z.B. eine Kugel oder
eine Rolle als Kraftübertragungsmittel,
wobei die Kugel weitaus am häufigsten
verwendet wird. Während
der Rollbewegung der Kugeln können
die Kugeln sich berühren
und aneinander reiben, was Geräusche
erzeugt und die Funktionsweise auch sonst beeinträchtigt.
Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, simuliert der Stand der Technik
die Funktionsweise von Kugellagern, bei dem ein band- oder riemenförmiger Kugelverbindungskörper aus
Kunststoff oder Gummi zwei benachbarte Kugeln voneinander trennt,
so dass sie sich nicht gegenseitig berühren können. Bei Verwendung einer
derartigen Lösung
in einer Linearführung
oder einem Kugelspindelmechanismus lässt sich jedoch der Kugelverbindungskörper aufgrund seiner
bandförmigen
Konstruktion nicht in beliebigen Richtungen biegen, so dass der
Kugelmechanismus nur in einer zweidimensionalen Ebene bewegbar ist und
einem dreidimensionalen Bewegungspfad nicht folgen kann, was die
Verwendungsmöglichkeiten derartigen
Linearführungen
und Kugelspindelmechanismen stark einschränkt (s. beispielsweise
US 5,429,439 A ,
5,562,346 A und 5,758,975 A) Außerdem
kann bei ei- nigen Konstruktionen der herkömmliche bandförmige Kugelverbindungskörper durch
die geringe Elastizität
des Kugelverbindungskörpers
gebogen werden, s. beispielsweise
US 5,993,064 A .
Es ist jedoch schwierig, den Kugelverbindungskörper zu biegen, während der
Rückführradius
offensichtlich vergrößert wird,
wodurch der Platzbedarf der Rückführbahn vergrößert wird,
so dass der herkömmliche bandförmige Kugelverbindungskörper die
Erfordernisse der Praxis nicht ganz zufriedenstellend erfüllt.
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Ein
Kugelverbindungskörper
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist aus
EP 0 890 755 A2 bekannt.
Bei dem dort offenbarten Kugelverbindungskörper haben die Verbindungsglieder
jeweils einen rechten rechteckigen Querschnitt, dessen Länge ungefähr vier
bis fünfmal
so groß ist
wie ihre Breite. Die Folge ist, dass die Führungsglieder und die Verbindungsglieder
in derselben Richtung sehr leicht abbiegbar sind, während eine
Abbiegbarkeit um eine hierzu senkrechte Achse kaum möglich ist.
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Aus
US 1,241,669 ist ein Kugelverbindungskörper bekannt,
bei dem die Verbindungsglieder als echte Gelenke ausgebildet sind.
Die Gelenke werden von an den Führungsglieder
angeformten scheibenförmigen
Gelenklaschen gebildet, die um Nieten schwenkbar sind, so dass die
Verbindungsglieder in Richtung der Verbindung der beidseits einer
Kugel angeordneten Führungsglieder
auslenkbar sind. Bei einer anderen Ausführungsform dieser Druckschrift sind
die Führungsglieder
quer zu der Verbindung der beidseits der Kugel angeordneten Führungsglieder auslenkbar.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kugelverbindungskörper für einen
Kugelmechanismus nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so weiterzubilden,
dass die Abbiegbarkeit des Kugelverbindungskörpers verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Gesamtbreite des Verbindungsgliedes in Richtung der Verbindungslinie
der beiden Führungsglieder kleiner
als die Gesamthöhe
des Verbindungsgliedes in Richtung senkrecht zu der Verbindungslinie
der beiden Führungsglieder
ist, so dass das Verbindungsglied um eine auf der ersten Biegeachse
senkrecht stehende zweite Biegeachse leichter abbiegbar ist als
um die erste Biegeachse.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den
Unteransprüchen
hervor.
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Anhand
der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher
erläutert.
Es zeigt:
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1 eine
Vorderansicht eines Kugelverbindungskörpers für einen Kugelmechanismus gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf den Kugelverbindungskörper in 1;
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3 eine
Vorderansicht des Kugelverbindungskörpers mit eingesetzten Kugeln;
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4 eine
Querschnittsansicht des Kugelverbindungskörpers längs der Linie A-A' in 3;
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5 eine
schematische Ansicht des Kugelverbindungskörpers im gebogenen Zustand;
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6 eine
schematische Darstellung des Kugelverbindungskörpers in gebogenem Zustand, gedreht
um 90° gegenüber der
Darstellung in 5;
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7 eine
Vorderansicht eines Kugelverbindungskörpers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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8 eine
Draufsicht auf den Kugelverbindungskörper in 7;
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9 eine
Vorderansicht eines Kugelverbindungskörpers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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10 eine
Querschnittsansicht längs
der Linie B-B' in 9;
und
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11 eine
schematische Ansicht eines Kugelverbindungskörpers gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Es
wird zunächst
auf die 1 bis 3 Bezug
genommen, die einen Kugelverbindungskörper für einen Kugelmechanismus gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigen. Der Kugelverbindungskörper setzt sich im wesentlichen
aus Abstandsgliedern, Führungsgliedern
und Verbindungsgliedern zusammen.
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Die
Abstandsglieder 11 und 12 sind beabstandet zueinander
angeordnet, um zwei benachbarte Kugeln voneinander zu trennen, so
dass sie sich nicht berühren
können
und der Kugelverbindungskörper
sich mit den Kugeln bewegen kann. Die Führungsglieder 21 und 22 dienen
dazu, die Abstandsglieder 11 und die rechts davon liegenden
benachbarten Abstandsglieder 12 zu verbinden. Die Führungsglieder 21 und 22 können sich
auf einer bestimmten Bahn bewegen, wodurch die Abstandsglieder 11 und
die benachbarten Abstandsglieder 12 daran gehindert werden,
sich bei einer derartigen Bewegung willkürlich zu drehen, wodurch eine
Erhöhung
des Reibwiderstandes unterbunden wird. Die Verbindungsglieder 31 dienen
dazu, die Abstandsglieder 11 und die links davon liegenden
benachbarten Abstandsglieder 12 zu verbinden. Die Verbindungsglieder 31 haben
ausgezeichnete Biegeeigenschaften in der besagten speziellen Richtung,
so dass sich der Kugelverbindungskörper in beliebigen Richtungen
biegen kann.
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Wie
in 1 dargestellt ist, ist die rechte Seite des Abstandsgliedes 11 mit
einer Haltefläche 111 versehen,
während
die linke Seite des Abstandsgliedes 12 mit einer Haltefläche 121 versehen
ist. Die Halteflächen 111 und 121 bilden
zusammen eine sphärische
Kugelhaltefläche.
Wie in 2 dargestellt, sind die Führungsglieder 21 und 22 zwischen dem
Abstandsglied 11 und dem benachbarten Abstandsglied 12 angeordnet.
Die Führungsglieder 21 und 22 sind
im Wesentlichen linienförmig
ausgebildet, d.h., sie verlaufen längs einer Linie, beispielsweise
einer gekrümmten
Linie, einer geraden Linie, einer gebogenen Linie oder dgl. Wie
in 2 gezeigt, bilden die Halteflächen 111 und 121 einen
kreisförmigen
Raum zum Halten der Kugel, wobei benachbarte Kugeln voneinander
getrennt werden, so dass sie sich nicht gegenseitig berühren und
der Kugelverbindungskörper
sich mit den Kugeln bewegen kann. Das Abstandsglied 13,
das am Ende des Kugelverbindungskörpers angeordnet ist, hat ebenfalls
eine Kugel-Haltefläche 131.
Das Abstandsglied 13 wird normalerweise so gestaltet, dass
es eine größere Dicke hat,
um zu verhindern, dass die am Abstandsglied 13 anliegende
Kugel die Kugel eines anderen Kugelverbindungskörpers berührt.
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Es
wird nun auf 3 Bezug genommen, in der der
Kugelverbindungskörper
in Verbindung mit den eingesetzten Kugeln dargestellt ist. Die Haltefläche 111 und
die auf der rechten Seite benachbarte Haltefläche 121 umgeben den
Außenumfang
der Kugel 4. Die Kugel 4 wird in dem Raum gehalten,
der von den Innenseiten der Führungsglieder 21, 22 und den
Halteflächen 111, 121 gebildet
wird, und kann sich relativ zu den Innenseiten der Führungsglieder 21, 22 und
den Halteflächen 111, 121 drehen.
Wenn die Kugel 4 in dem Kugelmechanismus rollt, kann sich
der Kugelverbindungskörper
mit der Kugel 4 mitbewegen.
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Das
Verbindungsglied 31 dient dazu, das Abstandsglied 11 und
das auf der linken Seite benachbarte Abstandsglied 12 zu
verbinden. Die Länge
L des Verbindungsgliedes 31 ist gleich dem Abstand zwischen
dem Abstandsglied 11 und dem auf der linken Seite benachbarten
Abstandsglied 12. Wie in 1 gezeigt,
lässt sich anhand
des örtlichen
Querschnitts angrenzend an dem Verbindungsglied 31 sehen,
dass das massive Verbindungsglied 31 zwei konkave (hohle)
Abstandsglieder 11 und 12 verbindet. Wie am besten
in 4 zu sehen ist, ist das Abstandsglied 12 im
Wesentlichen kreisförmig,
wobei sein Durchmesser geringfügig
kleiner als der der Kugel 4 ist. Die Führungsglieder 21 und 22 befinden sich
auf den beiden Seiten des Abstandsgliedes 12. Die Querschnittshöhe H des
Verbindungsgliedes 31 ist größer als seine Breite W. Auf
diese Weise lässt sich
das Verbindungsglied 31 leicht längs der Links-Rechts-Richtung
in 4 biegen; es hat eine ausgezeichnete Festigkeit
und lässt
sich nicht leicht brechen. Wie in 4 gezeigt,
liegt der Querschnitt des Verbindungsgliedes 31 innerhalb
des Umfangs der Kugel 4, so dass das Verbindungsglied 31 nicht mit
der Bewegungsbahn der Kugel 4 kollidiert. Die Breite W
kann kleiner ausgelegt werden, so dass sich das Verbindungsglied 31 leicht
biegen lässt,
während die
Höhe H
größer ausgelegt
werden kann, so dass das Verbindungsglied 31 eine höhere Festigkeit
hat. Die Höhe
H ist hierbei offensichtlich größer als
die Breite W. Wie in 4 gezeigt, ist ein Teil der
Führungsglieder 21, 22 größer als
der Durchmesser der Kugel 4. Die Dicke des Abschnittes
der Führungsglieder 21, 22,
der größer als
der Durchmesser als die Kugel 4 ist, ist kleiner als der
Freiraum zwischen zwei sich relativ zueinander bewegenden Teilen
des Kugelmechanismus (z.B. des Gleitkörpers und der Schiene der Linearführung oder
der Mutter und der Spindel des Kugelspindelmechanismus). Wenn der Kugelverbindungskörper in
dem Kugelmechanismus verwendet wird, kann der Abschnitt der Führungsglieder 21, 22,
der größer als
der Durchmesser der Kugel 4 ist, in den oben erwähnten Freiraum
eingesetzt werden, wodurch die Bewegungsrichtung des Kugelverbindungskörpers begrenzt
wird, so dass sich der Kugelverbindungskörper nicht willkürlich drehen
kann, wodurch ein erhöhter
Reibwiderstand zwischen den Halteflächen 111, 121 und
der Kugel 4 vermieden wird.
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Wie
in 5 gezeigt, wird der Kugelverbindungskörper längs der
Auf- und Abwärtsrichtung
der 4 gebogen. Die Dicke der Führungsglieder 21 und 22 ist
vergleichsweise kleiner, so dass sie sich sehr leicht biegen lassen.
Wie in 6 gezeigt, wird der Kugelverbindungskörper in
der Links-Rechts-Richtung der 4 gebogen.
Die Breite W des Verbindungsgliedes 31 ist vergleichsweise kleiner,
so dass es sich sehr leicht biegen lässt. Wie aus der obigen Beschreibung
hervorgeht, kann somit der Kugelverbindungskörper in der Auf- und Abwärtsrichtung
der 4 wie auch in der Links-Rechts-Richtung der 4 aufgrund
der speziellen Gestaltung des Verbindungsgliedes 31 gebogen
werden. Auf diese Weise lässt
sich der Kugelverbindungskörper
in mehreren Richtungen biegen. Die Konstruktion des Kugelmechanismus
erlaubt daher einen vielfältigeren
Gebrauch, so dass die Umlaufbahn der Wälzkörper des Kugelmechanismus nicht auf
eine zweidimensionale Ebene beschränkt ist.
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Bei
dem in den 7 und 8 dargestellten
zweiten Ausführungsbeispiel
ist jedes der Abstandsglieder 51, 52 und 53 so
ausgelegt, dass es eine Hohlringform hat und mit einer entsprechend
gestalteten Haltefläche 511, 521 und 531 versehen
ist. Aufgrund der Hohlringform ist ein besserer Fluss von Schmieröl möglich, wodurch
sich eine bessere Schmierung und eine bessere Wärmeabfuhr bezüglich der
Kugel 4 ergibt. Das Verbindungsglied 31 ist bei
diesem Ausführungsbeispiel
ein massives rechteckiges Teil.
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Die 9 und 10 zeigen
einen Kugelverbindungskörper
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel.
Das Verbindungsglied 31 in 7 „kreuzt" den hohlen Abschnitt
der Mitte der Abstandsglieder 51 und 52, wodurch
ein Strömungshindernis gebildet
wird, das die Strömung
des Schmieröls
beeinflusst. Um den Fluss des Schmieröls zu erleichtern, ist, wie
in 9 gezeigt, das Verbindungsglied 31 durch
zwei Verbindungsstäbe 311 und 312 ersetzt,
die miteinander verbunden sind. Zwischen den beiden Verbindungsstäben 311 und 312 ist
ein Hohlraum vorhanden. Die beiden Verbindungsstäbe 311 und 312 dienen
zum Verbinden der Abstandsglieder 51 und 52. Der
Querschnitt der beiden Verbindungsstäbe 311 und 312 kann
kreisförmig,
rechteckig, quadratisch oder dergleichen sein. Wie in 10 zu
sehen ist, sollte die Höhe
H zwischen dem höchsten Punkt
des Verbindungsstabes 311 und dem untersten Punkt des Verbindungsstabes 312 größer sein
als die Breite W in der horizontalen Richtung der Verbindungsstäbe 311, 312,
so dass sich das Verbindungsglied 31 leicht biegen lässt und
dennoch eine hohe Festigkeit hat, die Bruchgefahr somit minimal
ist.
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Die
Länge L
des Verbindungsgliedes kann reduziert werden, um den Abstand zwischen
zwei benachbarten Kugeln zu verringern, wodurch die Anzahl der Kugeln
erhöht
wird. Wenn jedoch die Länge L
des Verbindungsgliedes verringert wird, können die beiden Abstandglieder
auf den beiden Seiten des Verbindungsgliedes leicht aufeinander
treffen, wenn das Verbindungsglied gebogen wird. Gemäß einem in 11 dargestellten
vierten Ausführungsbeispiel sind
die beiden Abstandsglieder 51 und 52 mit angefasten
Rändern 512 und 522 versehen,
die angrenzend an dem Verbindungsglied 31 angeordnet sind, wodurch
eine Kollision der Abstandsglieder verhindert und der Biegewinkel
des Verbindungsgliedes vergrößert wird.
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Bei
allen beschriebenen Ausführungsbeispielen
hat das Verbindungsglied ausgezeichnete Biegeeigenschaften in einer
Richtung, während
das Führungsglied
ausgezeichnete Biegeeigenschaften in einer anderen Richtung hat,
so dass der Kugelverbindungskörper
in unterschiedlichen Richtungen biegbar ist und dennoch eine hohe
Festigkeit hat, so dass der zugehörige Kugelmechanismus (Linearführung oder
Kugelspindelmechanismus) entsprechende vielseitige Umlaufmöglichkeiten
hat, wodurch das Erfordernis eines kurzen Mechanismus erfüllt wird. Außerdem kann
das Abstandsglied hohl ausgebildet werden, wodurch die Schmier-
und Wärmedissipationseigenschaften
verbessert werden. Außerdem lässt sich
das Abstandsteil mit einem angefasten Rand angrenzend an dem Verbindungsglied
versehen, was den Biegewinkel des Verbindungsgliedes erhöht.