NL1013116C2 - Rechtgeleiding. - Google Patents

Description

Titel: Rechtgeleiding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een rechtgeleiding, voorzien van een lagerelement en een met behulp van kogels ten opzichte hiervan in een gedefinieerde richting, volgens de Z-as, heen en weer verschuifbare 5 slede.

De Y-as wordt gedefinieerd als de as in de richting van het lagerelement naar de slede, terwijl de X-as loodrecht staat op een vlak door de Z-as en de Y-as.

Wanneer in een dergelijke rechtgeleiding de kogels 10 zijn opgenomen in een kooi dan is er wrijving aanwezig tussen de kooi en elke kogel en zal, in het geval dat de Z-as samenvalt met de vertikale richting en de slede vele malen ten opzichte van het lagerelement heen en weer wordt bewogen, de kooi met kogels een voorkeur hebben om tussen 15 het lagerelement en de slede omlaag te kruipen. Om dit effect te beperken zal een eindaanslag aanwezig zijn waardoor een verder omlaag kruipen wordt beperkt. Dit gaat echter gepaard met een zekere slip en dus een plotselinge toename van de wrijving in de beweging van de slede ten 20 opzichte van het lagerelement, waardoor de positioneringsnauwkeurigheid wordt bedreigd.

Het doel van de uitvinding is dit nadeel in althans overwegende mate te voorkomen en een rechtgeleiding te verschaffen waarin de optredende wrijving verder wordt 25 beperkt, waardoor de positioneringsnauwkeurigheid wordt bedreigd.

Overeenkomstig de uitvinding heeft daartoe de rechtgeleiding, zoals deze in de aanhef is omschreven, het kenmerk, dat, dat voor elke kogel een bewegingsruimte 30 tussen het lagerelement en de slede aanwezig is, in welke ruimte een krachtveld aanwezig is, waardoor voor de kogel een voorkeurspositie in deze ruimte bestaat en waarbij, zodra de kogel uit deze voorkeurspositie raakt, door het krachtveld een kracht op de kogel wordt uitgeoefend die in 35 hoofdzaak naar de voorkeurspositie is gericht.

1 ,:i Ί * ' * ί • v 2

Een dergelijk krachtveld kan worden verkregen door de vorm van de ruimte, in welk geval de rechtgeleiding overeenkomstig de uitvinding het kenmerk heeft, dat voor elke kogel een bewegingsruimte tussen het lagerelement en 5 de slede aanwezig is, welke ruimte een vorm heeft waarbij voor de kogel een voorkeurspositie in deze ruimte bestaat en waarbij, zodra de kogel uit deze voorkeurspositie raakt, door de wanden van het lagerelement en/of de slede een kracht op de kogel wordt uitgeoefend die in hoofdzaak naar 10 de voorkeurspositie is gericht. Een kooi voor de kogels is hierbij dan ook overbodig.

Het genoemde krachtveld kan echter, in plaats van door de vorm van de genoemde ruimte, ook worden verkregen door een variërende stijfheid van deze ruimte, of 15 bijvoorbeeld door een magnetisch krachtveld. Het krachtveld dient echter in alle gevallen de zwaartekracht en andere versnellingskrachten te overheersen. Door bijvoorbeeld op de buitenzijde van de verschuifbare slede een aantal magneten aan te brengen en wel zodanig dat de grootste 20 magnetische f luxdichthei'd wordt verkregen ter plaatse van de voorkeurspositie van de kogels, dan worden, ondanks dat de ruimte tussen de verschuifbare slede en het lagerelement kan zijn gevormd door parallelle wanden, de kogels toch op hun plaats gehouden. Evenzo kunnen de kogels in een 25 dergelijke ruimte op hun plaats worden gehouden wanneer bijvoorbeeld de met de kogels in contact tredende wand van de verschuifbare slede is vervaardigd van een materiaal met een stijfheid die afneemt in de richting van de voorkeurspositie van de kogels.

30 Wanneer de kogels een verplaatsing maken in de bewegingsrichting van de slede ten opzichte van het lagerelement, dus in de Z-richting, dan geraken ze uit hun voorkeurspositie. Doordat de slede relatief elastisch is in een richting loodrecht op de bewegingsrichting, wordt het 35 enerzijds mogelijk dat zij uit hun voorkeurspositie kunnen 3 raken en anderzijds dat zij gedwongen worden in deze voorkeurspositie terug te keren.

In het bijzonder is een bewegingsruimte vanuit de voorkeurspositie van een kogel in deze ruimte versmald 5 uitgevoerd zowel naar beide zijden in de richting van de Z-as als naar beide zijden in een richting volgens de X-as, loodrecht op een vlak door de Z-as en de Y-as in een richting tussen het lagerelement en de slede.

Een bewegingsruimte wordt gevormd door een volgens 10 de Z-as lopende groef in het lagerelement en/of in de slede, alsmede door een volgens de X-as lopende groef in het lagerelement en/of in de slede.

Bij voorkeur wordt een bewegingsruimte gevormd door een volgens de Z-as lopende V-vormig gegroefde zijwand van 15 het lagerelement en een V-vormige zijwand van de slede, alsmede door een volgens de X-as lopende V-vormige groef in de zijwand van het lagerelement. Daarbij kan de tophoek van de volgens de Z-as lopende V-vormige groef in de zijwand van het lagerelement en de tophoek van de groef in de 20 zijwand van de slede een waarde hebben die is gelegen tussen de 110° en 170° en die bij voorkeur ongeveer 140° bedraagt en kan de tophoek van de volgens de X-as lopende V-vormige groef in de zijwand van het lagerelement een waarde hebben die is gelegen tussen de 170° en 178° en die 25 bij voorkeur ongeveer 174° bedraagt.

Alhoewel het aantal kogels in de rechtgeleiding vrij kan worden gekozen, verdient het de voorkeur wanneer aan weerszijde tussen het lagerelement en de slede twee kogels aanwezig zijn. Problemen met overbepaaldheid en een daaruit 30 mogelijk voortvloeiende hogere wrijving worden daardoor vermeden.

Alhoewel voor de meeste toepassingen overbodig en zelfs ongewenst, kan in het bijzonder voor testdoeleinden een instelbaar voorspanelement aanwezig zijn voor de kracht 35 die de kogels tussen het lagerelement en de slede ondervinden. Een dergelijk voorspanelement kan worden 4 gevormd door twee op relatief korte afstand van elkaar in de Z-richting op de slede aangebrachte voorspanplaten, waarvan de bovenuiteinde naar elkaar toe en van elkaar af beweegbaar zijn met behulp van een instelelement.

5 In éèn praktische uitvoering is het lagerelement verbonden met het huis van een lineaire motor en is de verschuifbare slede verbonden met het verplaatsbare deel van de lineaire motor.

De uitvinding heeft niet alleen betrekking op een 10 rechtgeleiding, maar ook op een inrichting voor het opnemen en/of weergeven van informatie, voorzien van een kop voor het lezen en/of schrijven van informatie van, respectievelijk op een medium, een frame en een rechtgeleiding om de kop ten opzichte van het frame langs 15 een rechte lijn te geleiden, waarbij de rechtgeleiding is uitgevoerd op een wijze, zoals hiervoor is omschreven, en waarbij het lagerelement is verbonden met het frame en de verschuifbare slede is verbonden met de kop. In een specifieke toepassing, waarbij het medium wordt gevormd 20 door een magnetische band en de kop door een magneetkop, is de inrichting verder voorzien van middelen voor het bewegen van de magnetische band langs de magneetkop en een servoschakeling voor het omzetten van door de magneet van de magneetband gelezen spoorgolfsignalen in stuursignalen 25 voor de lineaire motor.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening. Hierin toont:

Fig. 1 een rechtgeleiding overeenkomstig de 30 uitvinding;

Fig. 2 een doorsnede van de rechtgeleiding in fig. 1 in het XY-vlak ter plaatse van twee tegenover elkaar gelegen kogels;

Fig. 3 een doorsnede van de rechtgeleiding in fig. 1 35 in het YZ-vlak door het midden van de kogels in hun voorkeurspositie; 5

Fig. 4 een diagram aan de hand waarvan de werking van de rechtgeleiding wordt toegelicht;

Fig. 5 een rechtgeleiding, voorzien van een voorspanelement, 5 Fig. 6 een framedeel met een lineaire motor en een met het huis daarvan verbonden lagerelement;

Fig. 7 het framedeel met de lineaire motor en het met het huis daarvan verbonden lagerelement als weergegeven in fig. 6, waarbij de kogels in de door hen ingenomen 10 posities zijn weergegegeven;

Fig. 8 het framedeel met de lineaire motor en het met het huis daarvan verbonden lagerelement als weergegeven in fig. 7, waarbij een verschuifbare slede over het lagerelement en de kogels is aangebracht; en 15 Fig. 9 het framedeel met de lineaire motor en het met het huis daarvan verbonden lagerelement met de verschuifbare slede als weergegeven in fig. 7, waarbij een met de verschuifbare slede verbonden beugelconstructie aanwezig is om de verschuifbare slede te verbinden met het 20 verplaatsbare deel van de lineaire motor.

In de figuren zijn overeenkomstige delen met dezelfde verwijzingscijfers aangegeven.

De in de fig. 1-3 weergegeven rechtgeleiding 25 overeenkomstig de uitvinding omvat een lagerelement 1 en een met behulp van kogels 2 ten opzichte hiervan in de Z-richting heen en weer beweegbare slede 3. In het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld zijn aan weerszijden van het het lagerelement twee kogels aanwezig; deze kogels zijn 30 daarbij ingeklemd tussen de zijvlakken 4 van het lagerelement en de zijvlakken 5 van de slede. Uiteraard kunnen aan weerszijden drie of meer kogels aanwezig zijn; echter, kunnen in het geval van meer dan drie kogels dan onnauwkeurigheden en een grotere wrijving optreden, in het 35 bijzonder door overbepaaldheid van het systeem.

6

In de weergegeven uitvoeringsvorm zijn zowel de zijvlakken van het lagerelement als die van de slede ν'-vormig. Uiteraard is het ook mogelijk rechte zijvlakken toe te passen en daarin een groef aan te brengen; deze groef 5 kan in principe elke gewenste vorm hebben, doch is bij voorkeur V-vormig. Bovendien kan volstaan worden met een groef in hetzij de zijvlakken van het lagerelement, hetzij de zijvlakken van de slede of aan de ene langszijde in een zijvlak van het lagerelement en aan de andere langszijde in 10 een zijvlak van de slede.

Zoals uit fig. 3 blijkt, is ook in de bewegingsrichting van de slede 3 ten opzichte van het lagerelement 1 voor elke kogel groef aanwezig in het lagerelement en/of de slede. In het weergegeven 15 uitvoeringsvoorbeeld zijn deze groeven 6 en 7 zowel in het lagerelement 1 als in de slede 3 aangebracht. Deze groeven zijn echter zeer ondiep. De groeven zijn hier V-vormig weergegeven, maar kunnen elke gewenste vorm, bijvoorbeeld een gekromde vorm hebben. Door de zijvlakken 4 en 5 en de 20 groeven 6 en 7 wordt voor elke kogel 2 een bewegingsruimte 8 verkregen, waarbij een voorkeurspositie is aan te wijzen waarbij de de kogel zich midden in deze ruimte bevindt. De omvang van deze verplaatsingsmogelijkheid zal mede bepaald worden door de materiaalkeuze. In het bijzonder is dan ook 25 de slede vervaardigd van een relatief gemakkelijk buigbaar en tordeerbaar plaatmateriaal.

Zoals nog nader zal worden toegelicht, vindt de rechtgeleiding onder meer toepassing in situaties waarbij de bewegingsrichting van de slede ten opzichte van het 30 lagerelement vertikaal is. De negative Z-richting bijvoorbeeld komt dan overeen met de de gravitatierichting. Voor één kogel 5 is deze situatie weergegeven in het diagram in fig. 4. Het buigbare en tordeerbare karakter van de slede 3 is daarbij aangegeven door een veer 9 tussen de 35 slede 3 en de "vaste buitenwereld" 10. Bij een kleine verplaatsing -dz levert de zwaartekracht een arbeid ter 7 grootte van dAg = mgdz, waarbij m de massa van de kogel 5 en g de versnelling van de zwaartekracht voorstelt. Deze arbeid wordt opgeslagen in de veer omdat deze wordt ingedrukt over cxdz, waarbij, omdat de groeven 6, 7 zeer 5 ondiep zijn, α « 1. De kracht die de veer op de kogel uitoefent is Fv + Hcadz, waarbij Fv de kracht is die op de kogel werd uitgeoefend voor de verplaatsing dz en Hccxdz de kextra kracht die op de kogel wordt uitgeoefend als gevolg van de verplaatsing dz. De in de veer opgeslagen arbeid is 10 dU = (Fv + ^adz)adz. Omdat du = dAg geldt dat mg = aFv + Hccfdz. Doordat de laatste term uit deze uitdrukking vrijwel nul is, hetgeen betekent dat de stijfheid van de veer onbelangrijk is, geldt dat aFv = mg. Om de kogel terug te terug te krijgen in het punt 0 (Z=0), dat wil zeggen de 15 voorkeurspositie, dient cxFv > mg. De terugstelkracht in de Z-richting is FV2 = aFv. Bij een voorspankracht in de veer (in het uitvoeringsvoorbeeld in de slede) van bijvoorbeeld 5N en een waarde van a van 10'3 is Fv2 gelijk aan 5.10'3N, welke waarde bij kogels van 0,03 gr ruimschoots aan de 20 gestelde eis voldoet en zelfs zodanig dat een grote mate aan terugstellende kracht over is om het hoofd te bieden aan de overige versnellingskrachten. De hier genoemde getalswaarden voor m en o( zijn in het bijzonder bruikbaar voor een toepassing waarbij een magneetkop is aangebracht 25 op de slede en waarbij over de magneetkop een magneetband wordt geleid met een groot aantal sporen voor data en voor spoorvolgsignalen. Het is daarbij van belang dat de magneetkop nauwkeurig wordt gepositioneerd ten opzichte van de band. In de praktijk is daarvoor een servosturing 30 aanwezig die de slede ten opzichte van het lagerelement kan verplaatsen en in een bepaalde positie opgelijnd kan houden ten opzichte van de desbetreffende sporen op de band. In het algemeen zal de tophoek van de volgens de Z-as lopende V-vormige groef in de zijwand 4 van het lagerelement 1 en 35 de tophoek van de groef in de zijwand 5 van de slede 3 een 10 i . . ; .

8 waarde hebben die is gelegen tussen de 110° en 170° en bij voorkeur ongeveer 140° bedragen en zal de tophoek van de volgens de X-as lopende V-vormige groef 6 in de zijwand van het lagerelement 1 en de V-vormige groef 7 in de zijwand 5 van de slede 3 een waarde hebben die is gelegen tussen de 170° en 178° en bij voorkeur ongeveer 174° bedragen.

In fig. 5 is voor testdoeleinden op de slede een voorspanelement 11 aangebracht. Dit voorspanelement wordt gevormd door twee op relatief korte afstand van elkaar in 10 de Z-richting op de slede 3 aangebrachte voorspanplaten 12 en 13, waarvan de bovenuiteinden naar elkaar toe en van elkaar af beweegbaar zijn met behulp van een instelelement 14 in de vorm van een bout. Voor bepaalde toepassingen kan het gewenst zijn de voorspankracht Fv te kunnen instellen.

15 Met behulp van de hier beschreven rechtgeleiding wordt een vrijwel wrijvingsloze beweging verkregen, hetgeen in het bijzonder van belang is wanneer op de verschuifbare slede een magneetkop wordt aangebracht voor het lezen en/of schrijven van informatie van, respectievelijk op een 20 magnetische informatiedrager. Op een magneetband bijvoorbeeld, waar zeer grote aantallen sporen, zowel data als spoorvolgsignalen, parallel aan elkaar aanwezig zijn, is een seryosturing noodzakelijk met behulp waarvan de magneetkop over microns gecontroleerd verplaatsbaar dient 25 te zijn. Deze servosturing omvat een vanuit de, van de band gelezen spoorvolgsignalen bestuurde servoschakeling, die de stuursignalen levert voor de electromotor met behulp waarvan de verschuifbare slede lineair verplaatsbaar is in de breedterichting van de band.

30 Fig· 6 toont een framedeel 15 met een lineaire motor 16. Het lagerelement 1 is daarbij vast verbonden met het huis 17 van de motor 16. In de zijvlakken van het lagerelement 1 zijn ruimtes 18 met een voorkeurspositie voor de kogels aanwezig. Fig. 7 is een replica van figuur 6 35 waarbij de kogels 2 in de door hen ingenomen posities in de ruimtes 18 zijn weergegeven.

9

Fig. 8 is een replica van fig. 7, met dien verstande dat hierin de verschuifbare slede 3 over het lagerelement 1 en de kogels 2 aangebracht is aangegeven. Fig. 9 is weer een replica van fig. 8, met dien verstande dat daarin een 5 vast met de slede 3 verbonden beugeIconstructie 19 is aangegeven. Deze beugelconstructie 19 loopt om het motorhuis 17 heen en is, in fig. 9 aan de achterzijde, vast verbonden met het beweegbare deel van de motor 16, zodat door bekrachtiging van de motor 16 de slede 3 wordt 10 verplaatst ten opzichte van het lagerelement 1. Op de slede 3 of op de frontzijde van de beugelconstructie 19 kan een magneetkop worden bevestigd. Door middel van, van een magneetband gelezen spoorvolgsignalen en een bijbehorende servoloop kan de motor 16 worden gestuurd en de magneetkop 15 op de juiste gepositioneerd worden en gepositioneerd worden gehouden ten opzichte van de magneetband.

De uitvinding is niet beperkt tot het hier aan de hand van de figuren beschreven uitvoeringsvoorbeeld, doch omvat allerlei modificaties hierop, uiteraard voor zover 20 deze vallen binnen de beschermingsomvang van de hiernavolgende conclusies.

Claims (12)

1. Rechtgeleiding, voorzien van een lagerelement en een met behulp van kogels ten hiervan in een gedefinieerde richting, volgens de Z-as, heen en weer verschuifbare slede, waarbij voor elke kogel een door de wanden van het lagerelement en/of de slede gevormde bewegingsruimte aanwezig is, met het 5 kenmerk, dat in deze ruimte een kogel een voorkeurspositie heeft die enkel wordt bepaald door de vormgeving van de ruimte, waarbij, zodra de kogel uit deze voorkeurspositie raakt, door de wanden van het lagerelement en/of de slede een kracht op de kogel wordt uitgeoefend die in hoofdzaak naar de voorkeurspositie is gericht.

2. Rechtgeleiding volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de slede relatief elastisch is in een richting loodrecht op de bewegingsrichting.

3. Rechtgeleiding volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat een bewegingsruimte vanuit de voorkeurspositie van een kogel in deze ruimte versmald is uitgevoerd zowel naar beide zijden in de richting van de Z-as als 15 naar beide zijden in een richting volgens de X-as, loodrecht op een vlak door de Z-as en de Y-as in een richting tussen het lagerelement en de slede.

4. Rechtgeleiding volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat een bewegingsruimte wordt gevormd door een volgens de Z-as lopende groef in het lagerelement en/of in de slede, alsmede door een volgens de X-as lopende groef 20 in het lagerelement en/of in de slede.

5. Rechtgeleiding volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat een bewegingsruimte wordt gevormd door een volgens de Z-as lopende V-vormig gegroefde zijwand van het lagerelement en een V-vormige zijwand van de slede, alsmede door een volgens de X-as lopende V-vormige groef in de zijwand 25 van het lagerelement. 1013116«

6. Rechtgeleiding volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de tophoek van de volgens de Z-as lopende V-vormige groef in de zijwand van het lagerelement en de tophoek van de groef in de zijwand van de slede een waarde heeft die is gelegen tussen de 110° en 170° en die bij voorkeur ongeveer 140° bedraagt en 5 dat de tophoek van de volgens de X-as lopende V-vormige groef in de zijwand van het lagerelement een waarde heeft die is gelegen tussen de 170° en 178° en die bij voorkeur ongeveer 174° bedraagt.

7. Rechtgeleiding volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat aan weerszijde tussen het lagerelement en de slede twee kogels 10 aanwezig zijn.

8. Rechtgeleiding volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een instelbaar voorspanelement aanwezig is voor de kracht die de kogels tussen het lagerelement en de slede ondervinden.

9. Rechtgeleiding volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat het 15 voorspanelement wordt gevormd door twee op relatief korte afstand van elkaar in de Z-richting op de slede aangebrachte voorspanplaten, waarvan de bovenuiteinde naar elkaar toe en van elkaar af beweegbaar zijn met behulp van een instelelement.

10. Rechtgeleiding volgens een van de voorgaande conclusies, met het 20 kenmerk, dat het lagerelement is verbonden met het huis van een lineaire motor en de verschuifbare slede is verbonden met het verplaatsbare deel van de lineaire motor.

11. Inrichting voor het opnemen en/of weergeven van informatie, voorzien van een kop voor het lezen en/of schrijven van informatie van, respectievelijk 25 op een medium, een frame en een rechtgeleiding om de kop ten opzichte van het frame langs een rechte lijn te geleiden, waarbij de rechtgeleiding is uitgevoerd volgens een van de voorgaande conclusies en waarbij het lagerelement is verbonden met het frame en de verschuifbare slede is verbonden met de kop.

12. Inrichting volgens conclusie 10 en 11, waarbij het medium wordt gevormd door een magnetische band en de kop door een magneetkop en de inrichting verder is voorzien van middelen voor het bewegen van de magnetische band langs de magneetkop en een servoschakeling voor het 5 omzetten van door de magneet van de magneetband gelezen spoorgolfsignalen in stuursignalen voor de lineaire motor. 1013116·