DE3447620A1 - Linearer waelzlageraufbau - Google Patents

Description

Beschreibung

Linearer Wälzlageraufbau

Die Erfindung bezieht sich generell auf ein Wälzlager und insbesondere auf einen linearen Wälzlageraufbau, um einen Schlitten längs einer geraden Schiene mit äußerster Präzision bewegen zu können.

Lineare Kugellageranordnungen sind allgemein bekannt. Typischerweise befindet sich ein solches lineares Kugellager zwischen einer geraden Schiene und einem Schlitten, um
diesem eine glatte Bewegung längs der Schiene zu ermöglichen. Anwendungsbeispiele hierfür finden sich auf vielen
Gebieten, einschließlich Maschinenbau, Transportmaschinen und Handhabungsautomaten, wenn immer Lageänderungen zwischen Elementen längs gerader Wege erforderlich sind. Das lineare Kugellager weist typischerweise einen Endloslaufweg auf, der größtenteils im Schlitten definiert ist, und

zwar ausgenommen eines Lastabschnittes, der zwischen Schlitten und der Schiene, auf welcher der Schlitten für eine lineare Bewegung montiert ist, definiert ist. Das Linearkugellager weist ferner eine Vielzahl Kugeln auf, die in dem Endlos-Laufweg für eine Wälzbewegung angeordnet sind, so daß der Schlitten längs der geraden Schiene bewegt werden kann, während sich die Kugeln längs des Endlos-Laufweges walzen. Mit einem solchen linearen Kugellager kann der Schlitten längs der geraden Schiene in einer Richtung bewegt werden, und zwar unabhängig von der Länge der Schiene, er kann auch so oft wie gewünscht längs der Schiene hin- und herbewegt werden.

Obgleich ein solches Linearkugellager zum Erhalt eines reibungsarmen Kontaktes zwischen Schlitten und dessen Führungsschiene zweckdienlich ist, hat der Schlitten quer zu seiner Bewegungsrichtung relativ große Abmessungen wegen der Gegenwart der Kugel-Endloslaufwege. Die Kugel-Endloslaufwege besitzen einen Lastabschnitt, der als ein gerader Wegabschnitt gegenüber einer in der Schiene definierten Führungsnut definiert ist, ferner einen Rücklaufabschnitt, der im allgemeinen parallel zum Lastabschnitt verläuft und ein Paar Verbindungsabschnitte, die die entsprechenden Enden des Lastabschnittes und des Rücklaufabschnittes mit-

einander verbinden. Die Gegenwart eines solchen Rücklaufabschnittes macht den Schlitten notwendigerweise in seiner Breite größer; es gibt aber viele Gelegenheiten, in denen wegen dieser vergrößertem Breite eines Linearkugellagers dessen Einsatz behindert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und eine verbesserte lineare Wälzlageranordnung bereitzustellen, die im Aufbau, insbesondere in den Abmessungen quer zur Bewegungsrichtung eines Lagerschlitten längs einer Schiene kompakt ist. Zugleich soll dabei ein weitgehend symmetrischer Aufbau realisiert werden, so daß möglichst viel gemeinsame Komponenten benutzt und damit die Herstellungskosten gesenkt werden können. Auch soll Vorsorge dafür getroffen werden, daß die lineare Wälzlageranordnung einen glatten Lauf ermöglicht und robusten Betriebsbedingungen standhält.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit den Merkmalen des Anspruches 1. Zweckmäßige Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend ist die Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine Schrägansicht eines erfindungsgemäß ausgebildeten linearen Wälzlagers zur reibungsarmen, verschieblichen Lagerung eines Schlittens auf einer Schiene,

Fig. 2 eine Schnittansicht zur Darstellung des Aufbaues des linearen Wälzlagers,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Schlitten-Schienen-Anordnung nach Fig. 1 bei einigen entfernten Teilen,

Fig. 4 eine vergrößerte Teilschnittansicht der Anordnung nach Fig. 2,

Fig. 5 eine schematische Darstellung des geometrischen Verlaufs der beiden Kugel-Endloslaufwege, wie diese in der Wälzlageranordnung nach Fig. 1 vorgesehen sind,

Fig. 6a eine Schrägansicht einer Seitenplatte 4, die Bestandteil des Schlittens der Anordnung nach Fig. 1 ist,

Fig. 6b den Aufbau einer Führungsplatte 7, die in der Seitenplatte 4 zur Definition des Verbindungswegabschnittes eines Kugel-Endloslaufweges vorzusehen ist,

Fig. 7a eine Schrägansicht einer Halteplatte 8, die am Schlitten 2 längs des Lastabschnittes des Endloslaufwegs vorzusehen ist, um die Kugeln an einem Herausfallen aus dem Endloslaufweg zu hindern, und

Fig. 7b und 7c schematische Darstellungen wie die Kugeln durch die Halteplatte 8 in Stellung gehalten werden.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäß aufgebaute Schlitten/ Schiene-Anordnung dargestellt. Hiernach definiert eine gerade Schiene 1 einen linearen Weg für einen auf der Schiene längsverschieblich montierten Schlitten 2. Die Schiene 1 hat etwa quadratischen Querschnitt mit einer Oberseite, einer Unterseite und zwei Seitenflächen mit einem Paar hierin eingearbeiteter Führungsnuten 1a. Die Führungsnuten verlaufen je parallel zur Längsrichtung der Schiene 1. Der Schlitten 2 reitet auf der Schiene 1 und ist auf dieser mit Hilfe einer erfindungsgemäß ausgebildeten Linearkugelanordnung so montiert, daß er praktisch reibungsfrei längs der Schiene linear bewegt werden kann.

Fig. 2 zeigt, wie die Linearkugellageranordnung in den Schlitten und die Schiene eingebaut ist. Der Schlitten 2

ist mit einem Endloslaufweg für einen endlosen Umlauf von Kugeln 3 versehen, wenn sich der Schlitten 2 längs der Schiene 1 linear bewegt. Der Endloslaufweg für die Kugeln 3 ist generell aus vier Abschnitten aufgebaut, nämlich aus einem Lastabschnitt 2a, der geradlinig, parallel zu und der entsprechenden Führungsnut 1a der Schiene 1 gegenüberliegend verläuft, einem Rücklaufabschnitt 2b, der im allgemeinen parallel zum Lastabschnitt 2a verläuft, und einem Paar Verbindungsabschnitte 4a, 4a, von denen jeder im allgemeinenen vertikal verläuft und die entsprechenden Enden von Last- und Rücklaufabschnitten 2a und 2b verbindet. Die Kugeln 3 sind in diesem Endloslaufweg so vorgesehen, daß sie in der Anzahl ausreichen, um eine glatte Relativbewegung zwischen Schiene 1 und Schlitten 2 zu erlauben, und daß sie sich längs des Endlosweges abwälzen können, wenn der Schlitten 2 längs der Schiene 1 bewegt wird. Es sei bemerkt, daß im Lastabschnitt 2a des Endloslaufweges die Kugeln 3 zwischen Schiene -1 und Schlitten 2 sitzen, so daß ein Wälzkontakt in diesem Abschnitt sichergestellt ist.

Der Schlitten 2 ist mit einem Paar Seitenplatten 4, 4 versehen, von denen die eine auf der Vorderseite und die andere auf der Rückseite des Schlittens 2 sitzt und in denen je ein Verbindungsabschnitt des Endloslaufweges definiert ist.

Eine Seitenabdichtung 5 dient zur Abdeckung der entsprechenden Seitenplatte 4. Der Schlitten 2 ist des weiteren mit einer unteren Abdeckung 6 versehen, die auf der Unterseite des Schlittens 2 befestigt ist.

Es sei bemerkt, daß der Rücklaufabschnitt 2b des Endloslaufweges für die Kugeln 3 üblicherweise bei der Position a oder b in Fig. 1 angeordnet worden ist. Zwar erlaubt die Anordnung des Rücklaufabschnitts 2b bei der Position a oder b eine geringere Bauhöhe für den Schlitten 2; aber diese macht den Schlitten 2 notwendigerweise breiter. Außerdem handelt es sich bei der Schiene 1 normalerweise um ein räumlich fixiertes Bauteil, während ein weiteres Bauteil normalerweise auf dem Schlitten 2 befestigt wird. Letzterer ist daher typischerweise mit Befestigungslöchern versehen, beispielsweise mit den Löchern 2c und 2d in Fig. 2. Dabei ist das Befestigungsloch 2c eine durchgehende Bohrung, während das Befestigungsloch 2d eine mit Innengewinde versehene Sackbohrung ist. Um daher solche Befestigungslöcher ohne Schwächung der mechanischen Festigkeit des Schlittens 2 selber vorsehen zu können, muß der Schlitten 2 größer gemacht werden, insbesondere breiter.

Entsprechend der Erfindung ist jedoch der Endloslaufweg für die Kugeln 3 so im Schlitten 2 definiert, daß der

Rücklaufabschnitt 2b des Endloslaufweges oberhalb des Lastabschnittes 2a und nach innen zu verläuft, wie dieses am besten in Fig. 2 zu erkennen ist. Wie erwähnt, ist der Lastabschnitt 2a des Endloslaufwegs definiert durch eine Nut oder einen Kanal, die bzw. der in den Schlitten der Führungsnut 1a der Schiene gegenüberstehend eingraviert ist und parallel zu dieser Führungsnut verläuft. Der Rücklaufabschnitt 2b kann als tunnelförmiger Kanal definiert sein, der im Körper des Schlittens vorgesehen ist und kann geradlinig oder gekrümmt verlaufen. Im dargestellten Fall ist der Rücklaufabschnitt 2b als geradliniger tunnelförmiger Kanal definiert, der sich horizontal und parallel zum Lastabschnitt 2a erstreckt. Wesentlich dabei ist aber, daß der Rücklaufabschnitt 2b oberhalb des Lastabschnitts 2a und generell nach innen zu verläuft. Sonach verläuft das Paar Verbindungsabschnitte 4a, 4a, die je die entsprechenden Enden des Last- und Rücklaufabschnittes 2a und 2b miteinander verbinden, im allgemeinen nach oben, ist aber etwas einwärts geneigt. "Einwärts geneigt" oder "nach innen zu" bezieht sich auf die Längsmittelebene des Schlittens.

Die Kugeln 3 sind in dem Endloslaufweg in dichtem Kontakt zueinander angeordnet (siehe Fig. 3)· Da die in Fig. 3

dargestellten Kugeln 3 jene sind, die im Lastabschnitt 2a des Endlosumlaufwegs liegen, sind sie längs einer geraden Linie angeordnet und werden teilweise von der Führungsnut 1a aufgenommen. Wenn sich daher der Schlitten 2 nach links oder rechts längs der Schiene 1 bewegt, wälzen sich die Kugeln 3 längs des Lastabschnitts 2a nach links oder nach rechts, um sich demgemäß in den Verbindungsabschnitt 4a in der Seitenplatte 4 zu bewegen. Da der Rücklaufabschnitt 2b im Schlitten 2 zwischen den Verbindungsabschnitten 4a, 4a in den Seitenplatten 4, 4 auf der Vorder- und Rückseite des Schlittens 2 definiert ist, bewegen sich die Kugeln 3 in den Rücklaufabschnitt 2b aus einem der Verbindungsabschnitte 4a, 4a und treten nach Passieren des anderen Verbindungsabschnittes wieder in den Lastabschnitt 2a ein. Auf diese Weise zirkulieren die Kugeln 3 bei der Ausführung ihrer Wälzbewegung in einer geschlossenen Schleife und erlauben so eine lineare Relativbewegung zwischen Schlitten 2 und Schiene 1.

Wie am besten aus Fig. 4 und 6a zu erkennen ist, ist der Verbindungsabschnitt 4a als ein in eine Seitenfläche der Seitenplatte 4 eingravierter Kanal definiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Verbindungsabschnitt 4a die allgemeine Form eines C bzw. dessen Spiegelbildes,

und seine Form ist symmetrisch bezüglich der Mittellinie M-M. Eine Führungsplatte 7 (siehe Fig. 6b) ist ebenfalls vorgesehen und hat im allgemeinen die Form eines C oder des Spiegelbildes hiervon und stimmt mit der Form des Verbindungsabschnittes 4a überein. Die Führungsplatte 7 ist an der Oberfläche der Seitenplatte 4 befestigt, um den Verbindungsabschnitt 4a als Tunnel auszubilden. Es sei bemerkt, daß das obere und untere Ende der Führungsplatte 7 abgeschrägt oder verrundet ist, so daß die Kugeln 3 glatt in den Verbindungsabschnitt 4a einlaufen oder aus diesem herauslaufen können. Zu beachten ist, daß der Verbindungsabschnitt 4a symmetrisch bezüglich seiner Mittellinie M-M definiert ist und deshalb die Führungsplatte 7 bezüglich ihrer Mittellinie symmetrisch sein kann, also für alle vier Verbindungsabschnitte 4a des dargestellten Schlittens 2 benutzt werden kann. Dieses ist aus Herstellungsgesichtspunkten besonders vorteilhaft.

Die allgemeine Form der im dargestellten Schlitten 2 vorgesehenen beiden Endloslaufwege ist in Fig. 5 schematisch dargestellt. Dort ist der Lastabschnitt mit L bezeichnet und der Rücklaufabschnitt mit R, während der Rest die Verbindungsabschnitte darstellt. Wie erwähnt, laufen die Kugeln 3 bei Ausführung ihrer Wälzbewegung längs des Endloslaufwegs, wenn sich der Schlitten 2 längs der Schiene bewegt.

Fig. 7a zeigt eine Halteplatte 8, die am Schlittenkörper längs des Lastabschnittes 2a befestigt ist, wie dieses am besten aus Fig. 3 und 4 ersichtlich ist. Die Halteplatte 8 hat langgestreckte Form und ist mit einem längsverlaufenden Schlitz 8a versehen, dessen Breite etwas kleiner ist als der Durchmesser der Kugeln 3, so daß diese an einem Herausfallen gehindert sind, wenn sie sich längs des Lastabschnitts 2a bewegen. Ein solcher längsverlaufender Schlitz 8a ist erforderlich, um die Kugeln 3 im Lastabschnitt 2a in Wälzkontakt mit der Führungsnut 1a der Schiene 1 zu halten. Die Halteplatte 8 ist des weiteren mit einem Paar angeformter Führungszungen 8b, 8b versehen, und zwar je eine an jedem Ende des Schlitzes 8a. Die Führungszungen 8b, 8b sind geeignet gekrümmt, um einen glatten Einlauf und Auslauf der Kugeln in den bzw. aus dem Lastabschnitt 2a zu ermöglichen.

Wie beschrieben, wird erfindungsgemäß eine lineare Wälzlageranordnung verfügbar gemacht, deren Breiten-Abmessung minimiert ist. Außerdem kann der Endlosweg für die Kugeln 3 ohne weiteres symmetrische Form haben, was zur Erhöhung der Anzahl gemeinsam brauchbarer Komponenten und damit zu preiswerterer und einfacherer Herstellung beiträgt. Da des weiteren die Verbindungsabschnitte relativ größer gemacht

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werden können, kann deren Krümmungsradius ebenfalls relativ groß gemacht werden, was eine glatte Bewegung der Wälzelemente bei minimaler Reibung ermöglicht.

Claims (6)

Patentansprüche

1. Linearer Wälzlageraufbau, bei dem ein erstes Glied längs eines zweiten Gliedes, das mit wenigstens einer geraden
Führungsnut versehen ist, bewegbar ist,
gekennzeichnet durch

- eine in dem ersten Glied definierte Endlosweg-Anordnung, die versehen ist mit einem

- - Lastwegabschnitt, der der geraden Führungsnut gegen

übersteht und parallel zu dieser verläuft,

- - einem Rücklaufwegabschnitt, der oberhalb des Last

weges und nach innen zu angeordnet ist, und

- - einem Paar von Verbindungswegabschnitten, die je die

entsprechenden Enden der Last- und Rücklaufwegabschnitte miteinander verbinden, und

- eine Vielzahl in der Endlosweg-Anordnung angeordneter

Radecfcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/883604 Telex 5212313 Telegramme Patenlconsult

Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 4186237 Telegramme Palentconsult

Telefax (CCITT 2) München und Wiesbaden (089) 8344618 Attention Patentconsult

Wälzelemente, die eine Wälzbewegung längs der Endlosweg-Anordnung auszuführen vermögen, wenn sich das erste Glied längs des zweiten Gliedes bewegt, wodurch sich die Wälzelemente im Wälzkontakt zwischen dem ersten und zweiten Glied während ihrer Bewegung durch den Lastweg-Abschnitt befinden.

2. Wälzlager nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß die Wälzelemente Kugeln sind.

3. Wälzlager nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der Verbindungswegabschnitt bezüglich seiner Mittellinie in der Form symmetrisch ist.

4. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß

- das zweite Glied in Form einer geraden Schiene vorliegt, die mit je einer Führungsnut auf gegenüberliegenden Seitenflächen versehen ist, und

- das erste Glied auf dem als Schiene vorliegenden zweiten Glied reitet und mit einem Paar Endlosweg-Anordnungen versehen ist, die bezüglich ihrer Mittellinie symmetrisch angeordnet sind, wodurch jede Endlosweg-

Anordnung einer der Führungsnuten des schienenförmigen zweiten Gliedes zugeordnet ist.

5. Wälzlager nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet , daß

- die Endlosweg-Anordnung eine am ersten Glied befestigte Halteplatte aufweist, die mit einem länglichen Schlitz, dessen Breite etwas kleiner ist als die Größe der Wälzelemente, versehen ist, wodurch die Wälzelemente in Wälzkontakt mit der Führungsnut des zweiten Gliedes durch den Schlitz hindurch gelangen.

6. Wälzlager nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet , daß

- die Halteplatte mit einem Paar FührungsZungen versehen ist, die je an einem Ende des länglichen Schlitzes angeordnet sind und sicherstellen, daß sich die Wälzelemente in den Lastabschnitt oder aus diesem heraus glatt zu bewegen vermögen.