DE4301777A1

DE4301777A1 - Lineare Führungseinheit

Info

Publication number: DE4301777A1
Application number: DE4301777A
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl Ing Dr Tenberge; Ludwig Winkelmann
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1993-01-23
Filing date: 1993-01-23
Publication date: 1994-07-28

Description

Die Erfindung betrifft eine lineare Führungseinheit mit einem Füh rungswagen, der von einer Führungsschiene teilweise umgriffen wird und sich dort an Laufbahnen über Wälzkörper abstützt, die an dem Führungs wagen auf mehrere endlos umlaufende Wälzkörperreihen aufgeteilt sind, wobei jede Wälzkörperreihe längs einer geschlossenen Linie einen geradlinigen Tragbereich, einen Rücklaufbereich und zwei diese Berei che an ihren Enden miteinander verbindende Umlenkbereiche aufweist.

Ein solches Wälzlager ist aus der DE-OS 41 35 167 bekannt. Der Vorteil eines solchen Lagers, bei dem die Führungsschiene den Führungswagen umfaßt, besteht in einer deutlich erhöhten Verdrehsteifigkeit einer solchen Führung gegenüber einer Führung mit einem die Schiene umfas senden Wagen, weil eine umgreifende Schiene in allen Richtungen stei fer ist. Die Wirkungslinien der auf das Lager einwirkenden Kräfte lassen hier höhere Momentensteifigkeiten erwarten als bei herkömm lichen Linearführungen.

Das aus der DE-OS 41 35 167 bekannte Lager hat jedoch den Nachteil, daß als Wälzkörper Kugeln verwendet sind, so daß infolge dieser Wälz körperform die übertragbaren Kräfte begrenzt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Führungseinheit der eingangs genannten Art so weiter zu entwickeln, daß sie in der Her stellung ihrer Teile und in der Montage einfacher wird und trotzdem höhere Kräfte übertragen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Füh rungswagen abstehende, jeweils von einer Wälzkörperreihe umgebene Fortsätze mit Laufbahnen angeordnet und die Wälzkörper als Rollen ausgebildet sind. Auf diese Weise lassen sich die Laufbahnen des Führungswagens als äußere Oberflächen seiner Fortsätze in einfacher Weise bearbeiten, da sie leicht zugänglich sind. Für Fortsätze, an welchen alle Bereiche einer endlos umlaufenden Wälzkörperreihe an geordnet sind, entfällt die Notwendigkeit, Bohrungen für den Rücklauf der Wälzkörper in dem Führungswagen anzubringen. Wegen der leichten Zugänglichkeit der Oberflächen der Fortsätze lassen sich auch die Wälzkörper in einfacher Weise montieren, so daß mit einem solchen Führungswagen insgesamt eine hohe Kostenersparnis verbunden ist.

Die Rollen können in vormontierten Rollkörperketten auf den Führungs wagen aufgesetzt werden. Dadurch wird die Montage der Wälzkörper noch weiter vereinfacht.

Es ist aber auch möglich, die Rollen im Druckrollenverband auf den Führungswagen aufzustecken, wobei sie von an ihren Stirnseiten anlie genden Abdeckblechen gehalten werden. In diesem Fall sind keine Roll körperketten erforderlich.

Eine Sonderausführung ergibt sich, wenn die Rollen als Profilnadeln mit mehrfachkegelförmigem Mantel ausgeführt sind. Solche aus Rollenge windetrieben bekannten Profilnadeln können in axialer Richtung Zug- und Druckkräfte übernehmen, so daß mit nur zwei Wälzkörperreihen alle Kraft- und Momentenwirkungen abgestützt werden können.

Der Führungswagen kann im Querschnitt kreuzförmig ausgebildet sein, wobei er vier abstehende Fortsätze für die Wälzkörperlagerung auf weist. Die abstehenden Fortsätze sind hier in der Verlängerung frei gängig. Das hat den Vorteil, daß die daran befindlichen Laufbahnen beispielsweise mit großen Schleifscheiben bearbeitet werden können. Dieser Vorteil ergibt sich auch dann, wenn die Fortsätze im Quer schnitt jeweils in einem Winkel zueinander angeordnet sind, wobei an jedem Fortsatz im Bereich seiner äußeren Stirnfläche eine weitere Laufbahn für Rollen einer Wälzkörperreihe ausgebildet ist, deren Rücklaufbereich jeweils in einer zur Bewegungsrichtung parallelen Bohrung des Führungswagens angeordnet ist. Hier braucht nämlich für jeden Fortsatz, der Oberflächen für mehrere Bereiche von Wälzkörper reihen aufweist, nur eine einzige Bohrung in den Führungswagen einge bracht zu werden, während bei dem eingangs erwähnten vorbekannten Lager nach der DE-OS 41 35 167 jede Wälzkörperreihe eine Bohrung für den Rücklaufbereich in dem Führungswagen benötigt.

An dem Führungswagen können Blechschalen angebracht sein, mit welchen Kanäle für die Aufnahme von Rollen der Rücklaufbereiche gebildet sind. Mit diesen Blechschalen werden die auf die Fortsätze aufgesteckten vormontierten Rollenketten an ihren Einsatzorten axial gehalten.

Die Führungsschiene wird zweckmäßigerweise an einem feststehenden Maschinenbett und der Führungswagen an einem beweglichen Maschinen schlitten lösbar befestigt. Dabei kann der Führungswagen an zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Flächen des Maschinenschlittens angeschraubt sein. Auch für die Befestigung der Führungsschiene an dem Maschinenbett können zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Flächen des Maschinenbettes vorbereitet sein, an denen die Führungsschiene angeschraubt wird. Diese Art der Befestigung der Linearführung an Maschinenbett und Maschinenschlitten erfordert zwar eine genauere Bearbeitung dieser beiden Teile, bewirkt aber eine ausgesprochen hohe Steifigkeit in allen Richtung auf Zug und Druck sowie um die Führungs längsachse. Es ist natürlich möglich, die Führungsschiene und den Führungswagen so auszubilden, daß sie jeweils nur an einer Fläche des Maschinenbettes und des Maschinenschlittens angeschraubt werden. In diesem Falle benötigen die Führungsschiene und der Führungswagen jedoch mehr Material und werden dadurch schwerer und teuerer.

Die Führungsschiene kann als zweiteiliges Bauteil aus einem unteren Führungsschienenteil und einem oberen Führungsschienenteil bestehen, die mit Schrauben aneinander befestigt sind. Während eine einteilige Ausführung der Führungsschiene teuerer ist, aber eine höhere Genauig keit der Laufbahnen zueinander ermöglicht, dürfte eine zweiteilige Ausführung für weniger genaue Anforderungen vollauf genügen.

Der Antrieb des Führungswagens kann in bekannter Weise mit Hilfe eines Kugelgewindetriebes oder eines Rollengewindetriebes erfolgen. In diesem Fall läßt sich im Führungswagen die Mutter eines solchen Trie bes anordnen. Mit wenig Aufwand läßt sich so aus einer Umlaufeinheit mit einer den Führungswagen umgreifenden Führungsschiene ein Linearmo dul höchster Genauigkeit und Steifigkeit erzeugen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein zwischen einem Maschinenbett und einem Maschinen schlitten eingebautes erfindungsgemäßes Wälzlager für Linearbewegungen im Querschnitt bzw. in der stirnseiti gen Ansicht, wobei der Führungswagen ein Kreuzprofil aufweist;

Fig. 2 ein Wälzlager wie in Fig. 1, jedoch mit veränderter Anordnung des Führungswagens und der Führungsschiene;

Fig. 3 ein Wälzlager mit einem zwei Fortsätze und zwei Längs bohrungen aufweisenden Führungswagen;

Fig. 4 ein Wälzlager mit vier Wälzkörperreihen, deren Rollen mit Abdeckblechen gehalten sind;

Fig. 5 ein Wälzlager mit einem Führungswagen, der zwei paralle le Fortsätze und zwei Rollkörperketten mit Profilnadeln als Wälzkörper aufweist.

Das Wälzlager nach Fig. 1 besteht aus einer Führungsschiene 1, einem Führungswagen 2 und mehreren Wälzkörperreihen, deren Wälzkörper als Rollen 3 ausgebildet sind. Der Führungswagen 2 ist im Querschnitt kreuzförmig ausgeführt, er weist vier jeweils um 90° zueinander ver setzte, nach außen abstehende Fortsätze 4 auf. Jeder Fortsatz 4 ist von einer Wälzkörperreihe umgeben, die aus den Rollen 3 und einer Rollkörperkette 5 besteht, in der die Rollen 3 gehalten sind. Diese endlose Wälzkörperreihe enthält jeweils einen geradlinigen Tragbereich 6, einen Rücklaufbereich 7 und zwei diese Bereiche an ihren Enden miteinander verbindende Umlenkbereiche.

Für die Rollen 3, die sich im Tragbereich 6 befinden, ist jeweils eine Laufbahn 8 an dem Führungswagen 2 und eine Laufbahn 9 an der Führungs schiene 1 ausgebildet.

Der Führungswagen 2 ist an einem Maschinenschlitten 10 lösbar befe stigt. Hierzu weist er quer zu seiner Bewegungsrichtung verlaufende Bohrungen auf, die mit Gewindebohrungen des Maschinenschlittens fluch ten und in die Befestigungsschrauben 11 eingesteckt werden können, die in die Gewindebohrungen eingeschraubt werden.

Die den Führungswagen 2 teilweise umgreifende Führungsschiene 1 ist längs einer Trennebene 12 in einen oberen Führungsschienenteil 13 und einen unteren Führungsschienenteil 14 aufgeteilt. Diese beiden Teile sind mit Hilfe vieler Schrauben 15 aneinander lösbar befestigt. Sie sind außerdem innerhalb eines Maschinenbetts 16 angeordnet und daran befestigt. Zu diesem Zweck weisen die Führungsschienenteile 13 und 14 quer zur Bewegungsrichtung des Führungswagen 2 verlaufende Bohrungen auf, die mit Gewindebohrungen des Maschinenbetts 16 fluchten, so daß hier ebenfalls eine Befestigung der Führungsschiene 1 an dem Maschi nenbett 16 mittels Schrauben 17 möglich ist.

Im Rücklaufbereich 7 der Wälzkörperreihe sind die Rollen 3 mit den Rollkörperketten 5 jeweils mit Hilfe von Blechschalen 18 gehalten, die hier an den Fortsätzen 4 des Führungswagens 2 befestigt sind. Diese im Querschnitt winkelförmigen Blechschalen 18 bilden mit den Fortsätzen 4 Kanäle, durch welche die Rollen 3 sich während der Bewegung des Führungswagens 2 entlang der Führungsschiene 1 hindurchbewegen, in denen die Rollkörper vor Verschmutzung geschützt sind und die einen abgedichteten Öl- bzw. Fettraum bilden.

Die Art der Befestigung der Linearführung am Maschinenbett 16 und am Maschinenschlitten 10 mit zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Flächen des Maschinenschlittens, an denen der Führungswagen 2 ange schraubt wird, und mit zwei Flächen des Maschinenbetts 16, an denen die Führungsschiene 1 angeschraubt ist, erfordert zwar eine genauere Bearbeitung der Maschinenteile, sie bewirkt aber den Vorteil einer hohen Steifigkeit der Konstruktion in allen Richtungen.

Das Wälzlager nach Fig. 2 ist grundsätzlich ebenso aufgebaut, jedoch sind hier die Führungsschiene 19 und der Führungswagen 20 jeweils nur an einer Fläche des Maschinenbettes 16 und des Maschinenschlittens 10 angeschraubt. Die Führungsschiene 19 und der Führungswagen 20 benöti gen hier jedoch mehr Material und werden dadurch teuerer und schwerer. Die Fortsätze 4 ragen nicht senkrecht und waagerecht aus dem Führungs wagen 20 heraus, sondern sie sind jeweils in einem Winkel von 45° gegenüber der Senkrechten und der Waagerechten angestellt.

Fig. 3 zeigt ein Wälzlager mit einer Führungsschiene 21, die einen Führungswagen 22 teilweise umgibt, der nur zwei gegenüber der Senk rechten um 45° und zueinander um 90° versetzte Fortsätze 4 aufweist. Hier liegt eine Überkreuzumlenkung der Rollen 3 im Führungswagen 22 vor, bei der die Rollen 3 zweier Rücklaufbereiche 7 in Bohrungen 23 des Führungswagens 22 verlaufen. Eine solche mit "X-Anordnung" be zeichnete Ausführung vermindert zwar die Momentensteifigkeit, ermög licht aber einen kleineren Bauraum des Führungswagens 22. Die Tragbe reiche 6 derjenigen Wälzkörperreihen, deren Rücklaufbereiche 7 durch die Bohrungen 23 hindurchverlaufen, befinden sich an den äußeren Stirnflächen 24 der Fortsätze 4.

In Fig. 4 befinden sich ebenfalls zwischen der Führungsschiene 25 und dem Führungswagen 26 vier Wälzkörperreihen mit Rollen 35. Der Füh rungswagen 26 mit den Wälzkörperreihen ist hier nicht im Schnitt, sondern in der stirnseitigen Ansicht dargestellt. Dabei sind die Umlenkbereiche 27 der Wälzkörperreihen erkennbar, in denen auf die Darstellung der Rollen 35 verzichtet wurde. Jeweils ein Ende des Trag bereichs 6 und des Rücklaufbereichs 7 einer endlos umlaufenden Wälz körperreihe sind über einen Umlenkbereich 27 miteinander verbunden.

Die Rollen 35 befinden sich hier nicht in einer Rollkörperkette, son dern sie sind im Druckrollenverband angeordnet und werden von Abdeck blechen 28 gehalten. Die Rücklaufbereiche 7 der beiden oberen Wälzkör perreihen sind hier in Bohrungen 23 des Führungswagens 26 angeordnet, um die Steifigkeit des Führungswagens 26 weiter zu erhöhen.

Die Führungsschiene 29 in Fig. 5 umgreift einen Führungswagen 30 mit zwei parallelen senkrechten Fortsätzen 4. Jeder Fortsatz 4 ist mit einer Wälzkörperreihe versehen, deren Rollen 31 als Profilnadeln ausgebildet sind, deren Mäntel jeweils aus mehreren in Achsrichtung hintereinander angeordneten Doppelkegeln bestehen. In entsprechender Weise sind auch die Laufbahnen 32 des Führungswagens 30 und die Lauf bahnen 33 der Führungsschiene 29 mehrfach kegelförmig ausgeführt. Diese aus Rollengewindetrieben bekannten Profilnadeln als Rollen 31 können in axialer Richtung Zug- und Druckkräfte übernehmen, so daß mit nur zwei Wälzkörperreihen alle Kraft- und Momentenwirkungen abgefangen werden können. In der Mitte jeder Rolle 31 greift die zugehörige Rollkörperkette 34 an.

Bezugszahlenliste

1 Führungsschiene
2 Führungswagen
3 Rolle
4 Fortsatz
5 Rollkörperkette
6 Tragbereich
7 Rücklaufbereich
8 Laufbahn des Führungswagens
9 Laufbahn der Führungsschiene
10 Maschinenschlitten
11 Befestigungsschraube
12 Trennebene
13 oberer Führungsschienenteil
14 unterer Führungsschienenteil
15 Schraube
16 Maschinenbett
17 Befestigungsschraube
18 Blechschale
19 Führungsschiene
20 Führungswagen
21 Führungsschiene
22 Führungswagen
23 Bohrung
24 äußere Stirnfläche
25 Führungsschiene
26 Führungswagen
27 Umlenkbereich
28 Abdeckblech
29 Führungsschiene
30 Führungswagen
31 Rolle
32 Laufbahn des Führungswagens
33 Laufbahn der Führungsschiene
34 Rollkörperkette
35 Rolle

Claims

1. Lineare Führungseinheit mit einem Führungswagen, der von einer Führungsschiene teilweise umgriffen wird und sich dort an Laufbahnen über Wälzkörper abstützt, die an dem Führungswagen auf mehrere endlos umlaufende Wälzkörperreihen aufgeteilt sind, wobei jede Wälzkörperrei he längs einer geschlossenen Linie einen geradlinigen Tragbereich, einen Rücklaufbereich und zwei diese Bereiche an ihren Enden mitein ander verbindende Umlenkbereiche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Führungswagen (2, 20, 22, 26, 30) abstehende, jeweils von einer Wälzkörperreihe umgebene Fortsätze (4) mit Laufbahnen (8, 32) angeord net und die Wälzkörper als Rollen (3, 31, 35) ausgebildet sind.

2. Führungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (3, 31) in vormontierten Rollkörperketten (5, 34) auf den Führungswagen (2, 20, 22, 30) aufgesetzt sind.

3. Führungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (35) im Druckrollenverband auf den Führungswagen (26) aufge setzt sind, wobei sie von an ihren Stirnseiten anliegenden Abdeck blechen (28) gehalten sind.

4. Führungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (31) als Profilnadeln mit mehrfachkegelförmigem Mantel ausge führt sind.

5. Führungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungswagen (2, 20) im Querschnitt kreuzförmig ausgebildet ist, wobei er vier abstehende Fortsätze (4) für die Wälzkörperlagerung aufweist.

6. Führungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungswagen (22, 30) zwei abstehende Fortsätze (4) für die Wälzkör perlagerung aufweist.

7. Führungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze (4) im Querschnitt in einem Winkel zueinander angeordnet sind, wobei an jedem Fortsatz (4) im Bereich seiner äußeren Stirn fläche (24) eine weitere Laufbahn (8) für Rollen (3) einer Wälzkörper reihe ausgebildet ist, deren Rücklaufbereich jeweils in einer zur Bewegungsrichtung parallelen Bohrung (23) des Führungswagens (22) angeordnet ist.

8. Führungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Führungswagen (2, 20, 22) Blechschalen (18) angebracht sind, mit welchen Kanäle für die Aufnahme von Rollen (3) der Rücklaufbereiche (7) gebildet sind.

9. Führungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (1, 19) an einem feststehenden Maschinenbett (16) und der Führungswagen (2, 20) an einem beweglichen Maschinenschlitten (10) lösbar befestigt sind.

10. Führungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (1) als zweiteiliges Bauteil aus einem unteren Füh rungsschienenteil (14) und einem oberen Führungsschienenteil (13) besteht, die mit Schrauben (15) aneinander befestigt sind.