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Die Erfindung betrifft einen Rollenführungswagen, der an vier Laufbahnen einer Führungsschiene geradlinig bewegbar ist, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In der Druckschrift
DE 10 2007 056 858 A1 ist ein derartiger Rollenführungswagen offenbart. Er hat vier endlose Umlaufbahnen, in denen jeweils eine Vielzahl von Rollen, so genannte Rollenketten, umlaufend geführt ist. Jede Umlaufbahn hat eine Tragzone und eine Rückführung, die sich beide im Wesentlichen entlang der Führungsschiene erstrecken. Die Rollen, die sich in der Tragzone befinden, liegen an der Führungsschiene an und stützen den Rollenführungswagen. Die Rollen, die sich in der Rückführung befinden, liegen nicht an der Führungsschiene an und werden gegen die aktuelle Verfahrrichtung des Rollenführungswagens zurückgeführt. Jede Umlaufbahn hat weiterhin zwei Umlenkungen mit Kurvenabschnitten, in den die Rollen von der Tragzone in die Rückführung und umgekehrt überführt werden.
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Kritisch sind dabei die Momente des Ein- und Auslaufens der Rollen in die Tragzone und Stellungen der Rollen in den Kurvenabschnitten der Umlenkungen, welche die Rollenkette maximal längen. Die Rollen können bei Auflaufen weiterer Rollen nicht ausweichen, wenn alle lastfrei folgenden Rollen spielfrei aneinander anliegen.
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In allen vier Umlaufbahnen wird der so genannte Polygoneffekt wirksam. Dieser äußert sich unter anderem darin, dass sich die Rollenkette je nach Lage der Rollen im Umlauf längt oder verkürzt, da der Abstand zwischen der Tragzone und der Rückführung konstant ist. Man kann dies leicht nachvollziehen, indem man den Abstand zweier benachbarter Rollen und deren Achsen während eines Umlaufes betrachtet. Dieser Abstand ist nicht konstant, wenn man davon ausgeht, dass sich theoretisch beide Rollen durchdringen könnten.
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Die Anordnung der vier Umlaufbahnen lässt sich in den Haupteinbaulagen des Rollenführungswagens (waagerecht, über Kopf und Wandeinbau) in zwei Gruppen zu je zwei Umlaufbahnen einteilen: Bei den beiden Umlaufbahnen der ersten Gruppe befindet sich die jeweilige Tragzone unterhalb der Rückführung. Bei den beiden Umlaufbahnen der zweiten Gruppe befindet sich die jeweilige Tragzone oberhalb der Rückführung. Zwischen den jeweiligen Rollen der Umlaufbahnen der ersten Gruppe, welche sich in der Rückführung befinden, stellt sich ein radiales Spiel ein, da diese Rollen auf einer Flanke der Rückführung aufliegen und benachbarte Rollen nicht mit Ihrem Gewicht auf eine betrachtete Rolle wirken. Zwischen den Rollen innerhalb der Rückführung der zweiten Gruppe stellt sich hingegen kein radiales Spiel ein, da die Rollen, welche sich in der Umlenkung zwischen Tragzone und Rückführung befinden, mit Ihrem Gewicht auf die erstbenannten Rollen wirken.
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Während bei der ersten Gruppe die benannte Längung der Rollenkette durch das Spiel in der Rückführung ausgeglichen werden kann, ist dies bei der zweiten Gruppe nicht möglich. Hier liegen die Rollen dicht an dicht. Eine Längung der Rollenkette kann nur durch ein Ausweichen der Rollen von der idealen Umlaufgeometrie ausgeglichen werden.
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Bei den Führungswagen des Standes der Technik sind Verschränkungen die Folge, welche sich mehr oder weniger einfach lösen lassen. Dieses Lösen wird durch einen spontanen Abfall der Kontaktkräfte zwischen den Rollen begleitet und in den Reibkraftverläufen sichtbar und spürbar. Der Rollenführungswagen hakt. Der Abfall der beschriebenen Kontaktkräfte ist im eigentlichen Sinne ein positiver Effekt, denn er verhindert ein Ansteigen der Kontaktkräfte weit über einen Punkt hinaus, bei welchem ein Rollenführungswagen Schaden nehmen könnte.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Kontaktkraftanstiege möglichst kurz nach deren Eintreten abzubauen, so dass beim Verschieben des Rollenführungswagens keine oder nur geringen Schwankungen der Reibkräfte spürbar werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Rollenführungswagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Der beanspruchte Rollenführungswagen hat vier geschlossenen Umlaufbahnen, in denen jeweils eine Vielzahl von kreiszylindrischen oder tonnenförmigen Rollen umlaufend geführt ist. Jede Umlaufbahn hat eine Tragzone und eine Rückführung, die sich beide im Wesentlichen parallel zu einer Verfahrrichtung des Rollenführungswagens erstrecken. Jede Umlaufbahn hat weiterhin zwei gekrümmte Umlenkungen. Vorzugsweise sind die beiden Umlenkungen und/oder die Rückführung jeder Umlaufbahn aus Kunststoff gebildet. Erfindungsgemäß haben die beiden Umlenkungen und/oder die Rückführung jeder Umlaufbahn mindestens einen elastischen Wandabschnitt.
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Damit können die Rollen im Bereich des elastischen Wandabschnitts radial zu ihren Rotationsachsen ausweichen. Dem Kontaktkraftanstieg wird entgegengewirkt, in dem den Rollen Raum geschaffen wird, in welchen sie nahezu kontaktkraftlos ausweichen können, wenn die Rollenkette sich zu längen versucht. Ist dieser problematische Punkt überwunden, kehren die Rollen auf die ideale Umlaufgeometrie zurück.
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Der elastische Wandabschnitt kann fertigungstechnisch einfach durch mindestens einen als Durchgangsausnehmung gebildeten Schlitz gebildet oder begrenzt sein.
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Gemäß einem ersten Grundprinzip der Erfindung ist ein elastischer Wandabschnitt in Form einer Zunge in jeder Umlenkung, insbesondere in einem geraden Abschnitt zwischen zwei Kurvenabschnitten der Umlenkung gebildet. Dazu ist der Schlitz u-förmig.
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Der erfindungsgemäße Rollenführungswagen kann einen - vorzugsweise metallischen - Hauptkörper haben. Jede Rückführung kann dann eine in diesem Hauptkörper gebildete Rückführbohrung aufweisen, in die ein Rückführrohr eingesetzt ist. Montagetechnisch einfach ist es, wenn jedes Rückführrohr von zwei Rückführrinnen gebildet ist, die aneinander befestigbar sind.
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Gemäß einem zweiten Grundprinzip der Erfindung ist der elastische Wandabschnitt durch den mindestens einen Schlitz in dem Rückführrohr gebildet.
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Vorzugsweise ist zwischen der Rückführbohrung und dem mindestens einen elastischen Wandabschnitt radiales Spiel oder radialer Abstand vorgesehen. Dabei ist „radial“ mit Bezug zu den Rotationsachen der Rollen zu verstehen. Damit ergibt sich verfügbarer Raum für das nahezu kontaktkraftlose Ausweichen der Rolle und damit des Wandabschnitts des Rückführrohrs bei Rollenstau.
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Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung weist das Rückführrohr mindestens ein Paar von elastischen Wandabschnitten auf, wobei die beiden elastischen Wandabschnitte des bzw. jedes Paares einander gegenüber liegen.
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Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des zweiten Grundprinzips sind die beiden elastischen Wandabschnitte des Paares von zwei Schlitzen gebildet, die das Rückführrohr durchdringen, und die sich parallel zur Verfahrrichtung des Rollenführungswagens erstrecken.
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Dabei können die beiden Schlitze zentrisch sein. Die beiden Schlitze werden von den Rotationsachsen derjenigen Rollen geschnitten, die sich entlang der beiden Schlitze bzw. der beiden elastischen Wandabschnitte bewegen.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel sollte die Breite der beiden Schlitze kleiner sein als der Durchmesser der Rollen. Damit sind diejenigen Rollen, die sich entlang der beiden Schlitze bzw. der beiden elastischen Wandabschnitte bewegen, axial geführt. Die Abstützung an den Stirnseiten der Rollen, also in axialer Richtung der Rollen ist somit weiter uneingeschränkt vorhanden (geringes Spiel in axialer Richtung), so dass ein Verkippen der Rollen im Rückführrohr verhindert ist.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des zweiten Grundprinzips sind die beiden elastischen Wandabschnitte des Paares von vier Schlitzen gebildet, die das Rückführrohr durchdringen, und sich entlang der Verfahrrichtung des Rollenführungswagens erstrecken.
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Dabei können die vier Schlitze außerzentrisch sein. Die vier Schlitze können sich z.B. sich dann etwa tangential zu den kreisförmigen Stirnseiten derjenigen Rollen erstrecken, die sich entlang der beiden Schlitze bzw. der beiden elastischen Wandabschnitte bewegen. Dann sind die beiden elastischen Wandabschnitte maximal nachgiebig.
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Bei beiden Ausführungsbeispielen ist die Länge der zwei bzw. vier Schlitze eine Funktion der Ablaufgüte. D.h. die Länge beträgt mindestens drei Rollendurchmesser (gleich der Länge eines verschränkten Rollenpaketes) und ist maximal so lang, dass der Verbesserungseffekt noch spürbar ist.
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Das Rückführrohr ist axial zu den Rollen vorzugsweise mit Übermaß zur Rückführbohrung ausgeführt. Dazu kann das Rückführrohr in die Rückführbohrung über ein Paar von einander gegenüber liegenden radialen Vorsprüngen ausgeführt sein.
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Um die radialen Vorsprüngen des Rücklaufrohres in der Rücklaufbohrung in Verfahrrichtung des Führungswangens betrachtet von den elastischen Wandabschnitten zu beabstanden ist entweder das Paar der radialen Vorsprünge zwischen zwei Paaren von elastischen Wandabschnitten oder ein Paar von elastischen Wandabschnitten zwischen zwei Paaren von radialen Vorsprüngen angeordnet.
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Zwei Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Rollenführungswagens sind in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen
- 1 in einer Explosionszeichnung den erfindungsgemäßen Rollenführungswagen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 in einer perspektivischen Darstellung ein Rückführrohr des Rollenführungswagens aus 1,
- 3 in einem Querschnitt das Rückführrohr aus den vorhergehenden Figuren,
- 4 einen Ausschnitt des Rückführrohrs aus den vorhergehenden Figuren,
- 5 in einem Querschnitt ein Rückführrohr des erfindungsgemäßen Rollenführungswagens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, und
- 6 in einem weiteren Querschnitt das Rückführrohr aus 5.
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1 zeigt einen Rollenführungswagen 2, der zusammen mit einer (nicht gezeigten) Führungsschiene zur Bildung eines Linearwälzlagers bzw. Linearrollenlagers dient. Der Rollenführungswagen 2 hat einen Hauptkörper 4 mit einer von der Führungsschiene abgewandten Oberfläche 6, an der Gewindelöcher zur Befestigung einer Last vorgesehen sind.
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Stirnseitig am Hauptkörper 4 in Verfahrrichtung 5 des Führungswagens 2 vorne und hinten ist jeweils eine Umlenkplatte 8 vorgesehen, die am Hauptkörper 4 anliegt. Ebenfalls stirnseitig am Führungswagen 2 ist eine jeweilige Endkappe 10 vorgesehen, die an der jeweiligen Umlenkplatte 8 anliegt. An den äußersten Stirnflächen des Führungswagens 2 ist ein jeweiliges Abdeckblech 12 angeordnet, das in die jeweilige Endkappe 10 eingesetzt ist.
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Der Rollenführungswagen 2 umgreift bogenförmig die (nicht gezeigte) Führungsschiene. Die Führungsschiene hat - mit Bezug zur Verfahrrichtung 5 des Rollenführungswagens 2 - beidseitig jeweils zwei Laufbahnen, wobei jeweils zwei gleichseitig angeordneten Laufbahnen um 90° zueinander angestellt sind. Dadurch kann sich der Rollenführungswagen 2 in allen Richtungen quer zur Verfahrrichtung an der Führungsschiene abstützen.
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Im bzw. am Rollenführungswagen 2 sind vier umlaufende bzw. endlose Ketten von lose aneinander anliegenden und hintereinander herlaufenden Rollen 16 vorgesehen, wobei in 1 jeweils nur zwei Rollen von zwei der Rollenketten dargestellt sind. Die Rollen 16 wälzen sich entlang zumindest der gesamten Länge des Hauptkörpers 4 und entlang eines jeweiligen Rollenführungssteges 22 des Rollenführungswagens 2 in einer so genannten Tragzone ab und stützen dabei den Rollenführungswagen 2 gegen die Führungsschiene ab. Danach werden die Rollen 16 in einer der Endkappen 10 umgelenkt und laufen dann über eine jeweilige Rückführung zurück. Jede der vier Rückführungen weist eine Rückführbohrung 18 im Hauptkörper 4 und ein darin eingesetztes Rückführrohr 20 auf.
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2 zeigt ein erstes Ausführungsbespiel des erfindungsgemäßen Rückführrohres 20 mit zwei beispielhaften Rollen 16 darin. Das Rückführrohr 20 weist ein Paar von Schlitzen 24 auf, wodurch die Umfangswand des Rückführrohres 20 in dem betroffenen Bereich in zwei einander gegenüber liegende elastische Wandabschnitte 26 geteilt ist. Durch die perspektivische Ansicht gemäß 2 ist nur ein Schlitz 24 und ein elastischer Wandabschnitt 26 zu erkennen.
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Weiterhin ist in 2 zu erkennen, dass das Rückführrohr 20 aus zwei baugleichen halbschalenartigen Rückführrinnen 28 zusammengesteckt ist.
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Das Rückführrohr 20 hat seitliche radiale Vorsprünge 29, die paarweise einander gegenüberliegen. Die radialen Vorsprünge 29 liegen an der Rückführbohrung 18 an, womit das Rückführrohr 20 in der Rückführbohrung 18 gehalten oder eingespannt ist.
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3 zeigt einen Querschnitt durch das Rückführrohr 20 aus den beiden vorhergehenden Figuren. Dabei ist eine Rolle 16 dargestellt. Weiterhin ist die Rückführbohrung 18 teilweise dargestellt, in die Rückführrohr 20 eingesetzt ist. Beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 ist ein Schlitz 24 pro Rückführrinne 28 vorgesehen. Nachdem die beiden Rückführrinnen 28 gefügt worden sind, sind demnach zwei zentrische Schlitze 24 pro Rückführrohr 20 vorgesehen. Zentrisch bedeutet, dass sich die Rotationsachsen 30 derjenigen Rollen 16, die entlang der elastischen Wandabschnitte 26 laufen, durch die Schlitze 24 erstrecken.
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Die erforderliche Biegeelastizität der Wandabschnitte 26 wird hier durch die Schlitzbreite bestimmt. Diese darf jedoch nur so breit sein, dass die Rollen 16 axial noch im Rückführrohr 20 gehalten werden. Daher ist die Schlitzbreite kleiner als der Rollendurchmesser.
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Wenn z.B. der (in 3 obere) elastische Wandabschnitt 26 von der Rolle 16 nach oben gedrängt wird, kann der elastische Wandabschnitt 26 (in 3 nach oben) ausweichen, da zwischen ihm und der Rückführbohrung 18 ein Abstand a vorgesehen ist.
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4 zeigt einen Ausschnitt der Rollenkette in dem Rückführrohr 20 gemäß den vorhergehenden Figuren, wobei sich ein Rollenstau gebildet hat.
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Kommt es zur vorbeschriebenen Längung der Rollenkette, dann ordnen sich die Rollen 16 im Rückführrohr 20 nicht mehr linear sondern in der gezeigten „Zickzackform“ an. Durch dieses Ausweichen wird der kritische Punkt des Polygoneffektes (maximale Längung der Rollenkette) überwunden, ohne dass es zu einem massiven Ansteigen der Kontakt- und damit der Reibkräfte kommt. Das Rückführrohr 20 an sich ist aber für eine enge Führung der Rollen 16 ausgelegt.
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5 zeigt in einem Querschnitt ein Rückführrohr 20 des erfindungsgemäßen Rollenführungswagens gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Die beiden Rückführrinnen 28 sind jeweils mit zwei Schlitzen 24 versehen. Nachdem die beiden Rückführrinnen 28 gefügt worden sind, sind demnach vier Schlitze pro Rückführrohr 20 vorgesehen.
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Auch damit erreicht man elastische Wandabschnitte 26, die bei Radialkraftanstieg leicht nachgeben.
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6 zeigt ähnlich wie 5 das Rückführrohr 20 in einem Querschnitt. Dabei sind zwei Rollen 16a, 16 b dargestellt, die wegen eine Rollenstaus zusammen mit den elastischen Wandabschnitten 26 (in 6 nach oben und nach unten) ausgewichen sind.
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Die vier Schlitze 24 durchdringen das Rückführrohr 20 in axialer Richtung der Rollen 16a, 16b und sind dabei außerzentrisch angeordnet. Außerzentrisch bedeutet, dass die vier Schlitze 24 parallel und mit Abstand zu den Rotationsachsen 30, 30a, 30b der Rollen 16a, 16b angeordnet sind.
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Je näher eine Flanke 32 jedes Schlitzes 24 an der radialen bzw. seitlichen Anlagefläche angeordnet ist, umso weiter ist die Steifigkeit des betroffenen elastischen Wandabschnitts 26 herabgesetzt.
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Beim zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 5 und 6 befindet sich eine Flanke 32 jedes Schlitzes 24 unmittelbar benachbart zur radialen bzw. seitlichen Anlagefläche, um elastische Wandabschnitte 26 mit minimaler Steifigkeit zu erhalten.
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Offenbart ist ein Rollenführungswagen mit vier geschlossenen Umlaufbahnen, in denen jeweils eine Vielzahl von Rollen umlaufend geführt ist, wobei jede Umlaufbahn eine Tragzone und eine Rückführung hat, die sich beide im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Rollenführungswagens erstrecken. Jede Umlaufbahn hat weiterhin zwei gekrümmte Umlenkungen. Eine der beiden Umlenkungen oder die Rückführung jeder Umlaufbahn hat mindestens einen Wandabschnitt, der bei einem Rollenstau quer zur Längsachse des Rollenführungswagens bzw. quer zur Rückförderrichtung der Rollen elastisch ausweichen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Rollenführungswagen
- 4
- Hauptkörper
- 5
- Verfahrrichtung
- 6
- Oberfläche
- 8
- Umlenkplatte
- 10
- Endkappe
- 12
- Abdeckblech
- 16
- Rolle
- 18
- Rückführbohrung
- 20
- Rückführrohr
- 22
- Rollenführungssteg
- 24
- Schlitz
- 26
- elastischer Wandabschnitt
- 28
- Rückführrinne
- 29
- radialer Vorsprung
- 30
- Rotationsachse
- 32
- Flanke
- a
- Abstand
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007056858 A1 [0002]
