WO2014079438A1

WO2014079438A1 - Linearführungsanordnung

Info

Publication number: WO2014079438A1
Application number: PCT/DE2013/200292
Authority: WO
Inventors: Dietmar Rudy
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2014-05-30
Anticipated expiration: 2015-05-20
Also published as: DE102012221203A1

Abstract

Linearführungsanordnung, umfassend ein Schienenbauteil und einen auf dem Schienenbauteil geführten Schlitten, wobei der Schlitten (2) aus einem Tragkörper (24) aus Kunststoff besteht, der außenseitig mit einer Metallbeschichtung (27) belegt ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Linearführungsanordnung Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Linearführungsanordnung, umfassend ein Schienenbauteil und einen auf dem Schienenbauteil geführten Schlitten.

Hintergrund der Erfindung Derartige Linearführungsanordnungen kommen in vielerlei Gebieten zum Einsatz, wo Stellaufgaben abzuarbeiten sind. Sie ermöglichen es, definierte Linearbewegungen durchzuführen, um ein mit dem Schlitten gekoppeltes Bauteil in eine definierte Position zu bringen. Zunehmend ergeben sich Anwendungen, die nur relativ kleine, begrenzte Hübe erfordern, und bei denen nur relativ ge- ringe Lasten zu bewegen sind. Beispiele sind Anwendungen im Bereich der Produktronik, dort vornehmlich an Bestückungsautomaten, oder im Bereich der Medizintechnik, dort beispielsweise Analysegeräte, wo entsprechend zu analysierende Proben und Ähnliches zu bewegen sind. Häufig sind dynamische Bewegungen erforderlich, das heißt, dass der Schlitten sehr schnell und mit hoher Grundbeschleunigung, jedoch gleichermaßen hoch präzise bewegt respektive geführt werden muss.

Neben dem Schienenbauteil ist üblicherweise auch der Schlitten ein Metallbauteil, das zur Ausbildung der relevanten Geometrien, sei es im Wälzbereich, sei es im Bereich der Befestigung zu bewegender Drittgegenstände, spanend bearbeitet ist, was aufwändig ist. Darüber hinaus ist, insbesondere bei Verwendung von Stahl, das Gewicht des Schlittens beachtlich. Zur Gewichtsreduzierung sind deshalb häufig entsprechend zusätzliche spanende Bearbeitungs- schritte erforderlich, um gewichtsreduzierende Ausnehmungen und Ähnliches herauszuarbeiten. Dies ist ebenfalls nachteilig weil aufwändig.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Linearführungsanord- nung anzugeben, die demgegenüber verbessert ist.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Linearführungsanordnung der ein- gangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Schlitten aus einem Tragkörper aus Kunststoff besteht, der außenseitig mit einer Metallbe- schichtung belegt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Linearführungsanordnung kommt ein spezieller, sehr leichter Schlitten zum Einsatz. Er besteht aus einem Tragkörper aus Kunststoff, mithin also aus einem, verglichen mit Metall und insbesondere Stahl, sehr leichten Material. Um dem Schlitten eine hinreichende Steifigkeit zu verleihen, ist der Kunststofftragkörper außenseitig mit einer Metallbeschich- tung, die vorzugsweise allseitig aufgebracht ist, belegt. Diese Metallbeschich- tung ist derart hinsichtlich der Materialien respektive der Beschichtungsdicke gewählt, dass der Kunststofftragkörper die erforderliche Steifigkeit besitzt, die vergleichbar mit der entsprechender Metallschlitten, zumindest aus Aluminium, ist. Die Metallschicht wirkt folglich als Schale und verleiht dem Schlitten eine Steifigkeit, gleichwohl ist der Schlitten dennoch deutlich leichter als ein Metall- schütten, insbesondere als ein ohnehin relativ leichter Aluminiumschlitten.

Bevorzugt ist der Kunststoff faser- und/oder partikelverstärkt, insbesondere glaskugelverstärkt. Durch diese Faser- oder Partikelverstärkung wird die Steifigkeit des Kunststofftragkörpers bereits deutlich erhöht, verglichen mit dem reinen, unverstärkten Kunststoffmaterial. Durch Zusammenwirken mit der schalenartigen Metallbeschichtung ergibt sich folglich insgesamt ein die geforderte Steifigkeit ohne weiteres aufweisender Schlitten. Wie beschrieben ist die Metallbeschichtung vorzugsweise allseitig aufgebracht, kapselt also den Schlitten vollständig, so dass die gegebene Steifigkeit in jedweder Bezugsrichtung gegeben ist. Die Stärke der Metallbeschichtung sollte im Bereich von 20 - 200 μm liegen, insbesondere sollte sie maximal 100 μm aufweisen. Relativ geringe Schichtdicken, insbesondere solche von weniger als 100 μm, sind insbesondere dann ohne weiteres verwendbar, wenn der Kunststoff entsprechend faser- und/oder partikelverstärkt ist.

Zweckmäßigerweise besteht die Metallbeschichtung aus einer unmittelbar auf den Tragkörper aufgebrachten ersten Metallschicht und einer auf diese aufgebrachten zweiten Metallschicht. Die erste Metallschicht dient der Anbindung der Metallbeschichtung am Tragkörper, vorzugsweise wird hierfür eine Kupfer- schicht aufgebracht, beispielsweise durch Sputtern. Insbesondere Kupfer lässt sich sehr gut auf einer Kunststofffläche aufbringen.

Die zweite Metallschicht ist eine Metallschicht, die bevorzugt galvanisch abgeschieden werden kann. Es kann sich um eine Einmetall-Schicht handeln, denk- bar sind aber auch Schichten bestehend aus unterschiedlichen Elementen, wie beispielsweise Zn-Cu, Pb-Zn-Cu, und Ähnliches.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise geschnittene Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Linearführungsanordnung,

Figur 2 eine Explosionsdarstellung der wesentlichen Elemente der Linearführungsanordnung aus Figur 1 , Figur 3 eine Perspektivansicht der geschlossenen Linearführungsanord- nung, Figur 4 eine Schnittansicht durch einen Teil der Linearführungsanord- nung im Bereich der Wälzlagerung mit eingesetzten Wälzkörperreihen, jedoch noch nicht eingesetzten Laufbahnbauteilen, Figur 5 eine Ansicht gemäß Figur 4 mit eingesetzten Laufbahnbauteilen, und Figur 6 eine Schnittansicht durch den erfindungsgemäßen Schlitten aus

Fig. 1

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Linearführungsanordnung 1 , umfassend einen Schlitten 2, der mit einem zu positionierenden respektive zu bewegenden Drittgegenstand, beispielsweise einem Werkzeug oder Probenträger oder ähnlichem, verbunden werden kann. Der Schlitten 2 ist auf einem Schienenbauteil 3 über eine nachfolgend noch zu beschreibende Wälzkörperlagerung linear geführt. Er kann über einen beliebigen Antrieb 4, beispielsweise einen elektrischen, pneumatischen oder rein mechanischen Antrieb wie Bowdenzug oder Ähnliches, bewegt werden und linear relativ zum Schienenbauteil 3 verschoben werden. Die konkrete Ausgestaltung des Antriebs 4 ist letztlich beliebig, solan- ge der Antrieb einerseits mit dem Schlitten 2 koppelbar ist und andererseits eine entsprechende Linearbewegung desselben ermöglicht.

Am Schienenbauteil 3, das beispielsweise aus Stahl besteht, sind an einem vorspringenden Steg 5 beidseits Laufbahnen 6 ausgebildet, also unmittelbar dort beispielsweise spanabhebend ausgeformt. Auf diesen Laufbahnen 6 wälzen im montierten Zustand Wälzkörper 7 ab, hier Kugeln, die in einem Käfig 8, der als linearer, schienenartiger Käfig ausgeführt ist, aufgenommen sind. Da beidseits der Schulter 5 Laufbahnen 6 vorgesehen sind, sind folglich auch zwei solcher Wälzkörperreihen 9 umfassend den Käfig 8 und die Wälzkörper 7 vorgesehen.

Die Wälzkörper 7 sind auf der anderen Seite am Schlitten an Laufbahnbautei- len 10 gegengelagert, diese Laufbahnbauteile 10 stellen die zweite Laufbahn für die Wälzkörperreihen 9 zur Verfügung. Im gezeigten Beispiel sind die Laufbahnbauteile 10 mittels länglicher Nadeln 1 1 gebildet, die positionsfest am Schlitten 2 in entsprechenden Aufnahmen festgelegt sind. Die Laufbahnbauteile 10, hier also die Nadeln 1 1 , bestehen beispielsweise ebenfalls aus Stahl, sie sind aus einem härteren Material als der Schlitten 2 selbst, an dem sie aufgenommen sind. Der Schlitten 2 ist, worauf nachfolgend in Bezug auf Fig. 6 noch eingegangen wird, ein Kunststoffbauteil, beispielsweise ein Spritzgussbauteil. Es kann insbesondere bei der hier beschriebenen Anwendung aus diesem Material ausgeführt werden, da der Schlitten selbst unmittelbar keinen Wälzkon- takt erfährt, da wie beschrieben die Wälzkörperreihen 9 auf den Laufbahnbauteilen 10 abwälzen. Da der Schlitten 2 aus einem weicheren Material besteht, ist er zweckmäßigerweise so dimensioniert, dass nach kompletter Montage die beiden Wälzkörperreihen 9 definiert gegen die Laufbahnen 6 am Schienenbauteil 3 vorgespannt sind.

Um die Wälzkörperreihe 9 sowie die Laufbahnbauteile 10 in den doch schmalen Bauraum zwischen dem Schienenbauteil 3 und dem Schlitten 2 einsetzen zu können ist in axialer Verlängerung dieses Zwischenraums eine Öffnung 12 vorgesehen, über die die Wälzkörperreihen 9 und Laufbahnbauteilte 10 axial eingeschoben und in die entsprechende Position eingesetzt werden können. Die Öffnung 12 wird nach Montage sämtlicher Elemente über ein Verschlusselement 13, hier eine Art Deckel, der hier am Schlitten 2 beispielsweise an- geklipst, angeschraubt oder auch angeklebt werden kann, verschlossen werden.

Wie Figur 1 schließlich noch zeigt, ist am Schlitten 2 einerseits ein Dämpfungselement 14 vorgesehen, das den Anschlag des Schlittens 2 am Schienenbauteil 3 dämpft. Ferner ist ein Befestigungsabschnitt 15 vorgesehen, an dem das bereits beschriebene Werkzeug oder ähnliches, das über den bereits beschriebene Werkzeug oder ähnliches, das über den Schlitten 2 zu bewegen ist, befestigt werden kann.

Während Figur 1 die erfindungsgemäße Linearfuhrungsanordnung in einer Perspektivansicht, teilweise im Schnitt zeigt, zeigt Figur 2 eine Explosionsansicht der wesentlichen, für die Wälzlagerung relevanten Bauteile. Hieraus lässt sich auch die Montagereihenfolge ersehen. Nachdem der Schlitten 2 auf das Schienenbauteil aufgeschoben und positioniert ist, werden über die Öffnung 12 zunächst die Käfige 8 nebst der Wälzkörper 7 in den Bereich zwischen Schie- nenbauteil 3 und Schlitten 2 eingeschoben. Anschließend werden die Laufbahnbauteile 10 eingeschoben, wobei sich aufgrund der Weichheit des Schlittens eine definierte Vorspannung der Wälzkörperreihen 9 zum Schienenbauteil 3 hin ergibt. Um ein Herauswandern der Laufbahnbauteile 10 zu verhindern, wird sodann die Öffnung 12 über das Verschlusselement 13 verschlossen, das hierzu beispielsweise einen Rastabschnitt 16 aufweist, der an einer Rastschulter 17 am Schlitten 2 verrastet, wonach zusätzlich über eine Befestigungsschraube 19 (siehe Figur 3) das Verschlusselement 13 endgültig befestigt werden kann. Die derart fertig montierte Linearführung 1 ist in Figur 3 gezeigt, wo auch der Befestigungsabschnitt 15 für ein etwaiges Werkzeug oder einen Probenhalter etc. zu sehen ist.

Die Figuren 4 und 5 zeigen schließlich zwei Schnittansichten, die unterschied- liehe Montagesituationen zeigen.

Figur 4 zeigt die Situation, in welcher die Wälzkörperreihen 9 umfassend die beiden Käfige 8 nebst den darin eingesetzten Wälzkörper 7 über die Öffnung 12, auf die man bei Betrachtung der Figuren 4 und 5 direkt blickt, in den Raum zwischen dem Schienenbauteil 3 respektive der Steg 5 und dem Schlitten 2 eingesetzt sind. Der Steg 5 weist, siehe in Figur 4 die rechte Bildhälfte, einen Anschlag 20 auf, der die Laufbahn 6 (siehe die teilgeschnittene Zone in der linken Bildhälfte in Figur 4) axial begrenzt. Wie sich aus dieser teilgeschnitte- nen Ansicht ergibt, sind die Wälzkörper 7 noch lose aufgenommen, sie liegen an der Laufbahn 6 an.

Nun werden über die Öffnung 12 die Laufbahnelemente 10 eingeschoben. Am Schlitten sind hierzu entsprechende Aufnahmeabschnitte 21 ausgebildet, die in ihrer Form der Form der Laufbahnbauteile 10, hier der im Querschnitt kreisrunden Nadeln 1 1 , entsprechend ausgeführt sind, so dass sich eine formschlüssige Aufnahme ergibt. Die Aufnahmeabschnitte 21 sind über entsprechende Längsbohrungen ausgebildet und mit Schultern 22 beidseits hinterschnitten, so dass eine sichere positionsfeste Fixierung der Nadeln 1 1 erfolgt.

Werden nun die Nadeln 1 1 in die Aufnahmeabschnitte 21 eingeschoben, so werden hierüber die Wälzkörper 7 gegen die jeweilige Laufbahn 6 gedrückt, so dass es dort zum Wälzkontakt kommt. Der gegenüberliegende Wälzkontakt wird, siehe Figur 5, über die jeweils beiden Nadeln 1 1 realisiert. Da der Schlitten 2 aus einem gegenüber den Nadeln 1 1 weicheren Material besteht, beispielsweise Kunststoff oder Metallguss, ist somit eine gewisse schlittenseitige Elastizität gegeben, die es ermöglicht, dass die Wälzkörper 7 unter Vorspannung gegen die Laufbahnen 6 gedrückt werden, so dass sich folglich beidseits vorgespannte Wälzkörpersysteme ergeben.

Schließlich zeigen die Figuren 4 und 5 noch die Gewindebohrung 23, in die die Befestigungsschraube 19 zur Fixierung des Verschlusselements 13 eingeschraubt wird.

Wenngleich in den Figuren zwei Laufbahnbauteile 10 in Form der Nadeln 1 1 zur Bildung der jeweiligen Laufbahn gezeigt sind, ist es selbstverständlich auch denkbar, an deren Stelle nur ein einteiliges, als breitere Schiene ausgeführtes Bauteil auszuführen, das eine entsprechende Nut, an deren Flanken die Wälz- körper abwälzen, aufweist. Auch dieses könnte ohne weiteres formschlüssig in dem Aufnahmeraum im Schlitten 2 aufgenommen respektive über die Öffnung 12 eingeschoben werden. Weiterhin ist es denkbar, anders als in den Figuren gezeigt, eine Laufbahn unmittelbar am Schlitten 2, der dann aus Metall wie beispielsweise Stahl oder ähnliches ist, auszuführen, und das oder die Laufbahnbauteile an dem Schienenbauteil festzulegen, das dann aus dem weicheren Material bestünde, wie es auch denkbar ist, sowohl am Schlitten 2 als auch am Schienenbauteil 3 entsprechende Lagerbauteile 10 zu positionieren, wobei dann das Schienenbauteil wie auch der Schlitten aus weicherem Material wären.

Figur 6 zeigt eine Schnittansicht durch den Schlitten 2.

Der hier als Prinzipdarstellung gezeigte Schlitten 2 besteht aus einem Tragkörper 24 aus Kunststoff, in dem im gezeigten Beispiel Fasern 25 (z.B. Glasfasern oder Metallfasern) sowie Glaskugeln 26 zur Verstärkung eingebracht sind. Es müssen nicht beide Partikelarten eingebracht werden, grundsätzlich ist es auch möglich, nur Fasern 25 oder nur Glaskugeln 26 einzubringen, oder statt der Glaskugeln Partikel aus anderen Materialien, z.B. Keramikpartikel einzubringen.

Außenseitig ist der Tragkörper 24, vorzugsweise allseitig, mit einer Metallbe- Schichtung 27 belegt. Diese besteht aus einer ersten, unmittelbar auf den Kunststoff-Tragkörper 24 aufgebrachten Metallschicht 28, vorzugsweise durch Sputtern aufgebrachte Kupferschicht. Auf diese ist eine äußere zweite Metallschicht 29 aufgebracht, bei der es sich vorzugsweise um eine galvanisch aufgebrachte Metallschicht handelt, z.B. eine Schicht aus galvanisch Nickel. Die Metallschicht 27 kapselt also den Tragkörper 2 vollständig und allseitig, worüber ihn, hier insbesondere auch in Verbindung mit der Faser- und Partikelverstärkung, die erforderliche Steifigkeit verliehen wird.

Wenngleich in Fig. 6 deutlich übertrieben dargestellt, ist die Schichtdicke der Metallbeschichtung 27 relativ gering. Sie liegt im Bereich von 20 - 200 μιτι, vorzugsweise beträgt sie maximal 100 μιτι. Der Kunststoff-Tragkörper 24 seinerseits besteht aus einem beliebigen technischen Kunststoff, der vorzugsweise in einem Spritzverfahren zur Konturgebung verarbeitet ist. Zu nennen ist hier lediglich exemplarisch Polyamid, Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylchlorid, Polycarbonat oder Polytetrafluorethylen zu nen- nen, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist.

Bezugszahlenliste

1 Linearführungsanordnung

2 Schlitten

3 Schienenbauteil

4 Antrieb

5 Steg

6 Laufbahnen

7 Wälzkörper

8 Käfig

9 Wälzkörperreihen

10 Laufbahnbauteile

1 1 Nadeln

12 Öffnung

13 Verschlusselement

14 Dämpfungselement

15 Befestigungsabschnitt

16 Rastabschnitt

17 Rastschulter

19 Befestigungsschraube

20 Anschlag

21 Aufnahmeabschnitte

22 Schultern

23 Gewindebohrung

24 Tragkörper

25 Fasern

26 Glaskugeln

27 Metallbeschichtung

28 Metallschicht

Claims

Patentansprüche 1. Linearführungsanordnung, umfassend ein Schienenbauteil und einen auf dem Schienepbautell geführten Schlitten, dadurch gekennzeichnet dass der Schlitten

(2) aus einem Tragkorper (24) aus Kunststoff besteht, der auβenseitig mit einer Metallbeschichtung (27) belegt ist, wobei die Me- tallbeschichtung (27) allseitig aufgebracht ist 2. Linearführungsanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff faser- und/oder partikelverstärkt insbesondere glas- kugelverstärkt ist.

3. Linearführungsanördnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung (27) eine Stärke von 20 - 200 μm, insbesondere von maximal 100 μm aufweist,

4. Linearführungsanordnung nach einem der vorangehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallbeschichtung (27) aus einer unmittelbar auf den Tragkörper (24) aufgebrachten ersten Metallschlcht (28) und einer auf diese angebrachten zweiten Metallschicht (29) besteht.

5. Linearführungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallschicht (28) eine Kupferschicht ist

6. Linearführungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Metallschicht (28) durch Sputtern aufgebracht ist.

7. Linearführungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metallschicht (28) eine Nickelschicht ist.

8. Linearführungsanordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Metallschicht (29) galvanisch aufgebracht ist.