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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Führungsschiene
zur Verwendung in einer Rollkontakt-Linearbewegungseinheit, insbesondere
geht es um ein Verfahren zum Herstellen einer Führungsschiene mit extrem hoher
Genauigkeit und Präzision.
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Linearbewegungseinheiten
sind bekannt, vgl.
DE
3138970 A1 ,
DE
3331287 C2 ,
DE
3542478 A1 und auch
DE 69220918 T2 (später). Im allgemeinen enthalten
sie eine Führungsschiene,
einen Schlitten und mehrere Wälzelemente
zwischen Führungsschiene
und Schlitten, um einen Rollkontakt zwischen der Schiene und dem
Schlitten zu ermöglichen.
Es gibt grundsätzlich
zwei Typen derartiger Linearbewegungseinheiten, einmal den Typ mit
Endlos-Bewegungs- und den Typ mit endlichem Bewegungshub.
7 zeigt eine typische herkömmliche Linearbewegungseinheit.
Sie enthält
eine Führungsschiene
1,
die sich über
eine gewisse Distanz erstreckt, einen Schlitten
3, der
verschieblich auf Führungsschiene
1,
diese überspreizend,
gelagert ist, mehrere Kugeln
2 als Wälzelemente zwischen der Schiene
1 und
dem Schlitten
3. Anstelle von Kugeln
2 können auch
Rollen verwendet werden.
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Bei
dem in 7 dargestellten
Aufbau hat die Führungsschiene 1 gestreckte
Form mit etwa quadratischem oder rechteckigem Querschnitt, so daß ein Paar
einander abgewandter Seitenflächen 4 vorhanden
ist, die jeweils mit einer inneren Führungsnut 5 ausgestattet
sind, welche sich parallel zur Längsachse
der Führungsschiene 1 erstrecken.
Damit handelt es sich bei der in 7 gezeigten
Linearbewegungseinheit um eine Einheit mit zwei Führungskanälen. Alternativ
kann gemäß 8 eine weitere innere Führungsnut 7 oben
an jeder der einander abgewandten Seitenflächen in der Führungsschiene 1 ausgebildet
sein. Dann handelt es sich um eine Linearbewegungseinheit mit vier
Führungskanälen.
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Wie
aus 7 ersichtlich ist,
besitzt die Führungsschiene 1 mehrere
Montagelöcher 19,
durch die hindurch Schraubenbolzen oder dergleichen eingesetzt werden
können,
um die Führungsschiene 1 auf
einer Unterlage zu fixieren. Der Schlitten 3 besitzt typischerweise
einen U-förmigen
Querschnitt mit einem horizontalen Abschnitt oder Steg sowie einem Paar
seitlicher Abschnitte, die von den einander abgewandten Seiten des
Stegs herabhängen,
so daß der
Schlitten 3 verschieblich auf der Führungsschiene 1 gelagert
ist, indem er die Schiene überspreizt. Der
Schlitten 3 besitzt typischerweise ein Paar Endlos-Umlaufbahnen,
jeweils umfassend einen Last-Bahnabschnitt 6, einen Rücklauf-Bahnabschnitt und
ein Paar gekrümmter
Verbindungsabschnitte, welche die entsprechenden Enden des Last-
und des Rücklauf-Bahnabschnitts
in an sich bekannter Weise verbinden. In der Außenfläche jeder sich zugewandten
Seite des Schlittens ist eine äußere Führungsnut ausgebildet,
die einer entsprechenden Innennut 5 der Führungsschiene
gegenüberliegt,
um mit dieser einen Last-Bahnabschnitt 6 als Führungskanal
zwischen dem zugehörigen
Paar innerer und äußerer Führungsnuten
zu bilden.
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Im
dargestellten Beispiel sind in jeder der Endlos-Umlaufbahnen mehrere
Wälzelemente
oder Kugeln 2 vorhanden, so daß die Kugeln 2 in
den Last-Bahnabschnitten 6 einen Rollkontakt zwischen der
Führungsschiene 1 und
dem Schlitten 3 ermöglichen,
demzufolgen der Schlitten 3 sich relativ zu der Führungsschiene 1 bewegen
kann, und zwar so weit, wie sich die Führungsschiene 1 erstreckt.
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Wird
der Schlitten 3 aus irgendeinem Grund, zum Beispiel zur
Wartung oder Reparatur, von der Führungsschiene 1 gelöst, so fallen
die meisten Kugeln 2, die sich in den Last-Bahnabschnitten 6 befinden,
heraus. Wenn dies geschieht, so ist es äußerst schwierig, sämtliche
Kugeln 2 in ihre Lage zurückzubringen, wenn der Schlitten 3 wieder
an der Führungsschiene 1 montiert
wird. Um zu verhindern, daß die
Kugeln 2 herausfallen, wenn der Schlitten 3 von der
Führungsschiene 1 abgenommen
wird, erstreckt sich entlang dem Last-Bahnabschnitt 6 ein
Kugel-Haltekäfig 8,
der an den beiden Enden mit dem Schlitten 3 verbunden ist
und verhindert, daß die
Kugeln 2 herausfallen, wenn der Schlitten 3 von
der Führungsschiene 1 abgenommen
wird.
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Ein
solcher Käfig 8 ist
einstückig
mit dem Schlitten 3 ausgebildet und bewegt sich zusammen mit
diesem. Folglich darf er nicht an der Führungsschiene 1 schaben,
wenn der Schlitten 3 relativ zu der Führungsschiene 1 bewegt
wird. Aus diesem Grund ist im Boden jeder der inneren Führungsnuten 5 ein
Entlastungsgraben 9 ausgebildet, der sich parallel zur
Längsachse
der Führungsschiene 1 erstreckt
und einen Abschnitt des Käfigs 8 berühungsfrei
in sich aufnimmt. Im Stand der Technik ist ein derartiger Entlastungsgraben 9 im
Querschnitt typischerweise quadratisch oder rechteckig.
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Bei
dem in 8 dargestellten
Aufbau ist die zusätzliche
Führungsnut 7 nicht
mit einem Entlastungsgraben versehen, wie jedoch aus dem Stand der
Technik bekannt ist, befindet sich typischerweise an dem Schlitten 3 ein
plattenähnlicher
Vorsprung, der von dem Schlitten in Richtung auf die Kugeln 2 vorsteht,
um diese in ihrer Lage zu halten. Ein solcher Vorsprung ist allerdings
in der Zeichnung hier nicht dargestellt.
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Im
folgenden soll ein herkömmliches
Verfahren zum Herstellen der Führungsschiene 1 unter
Bezugnahme auf die 4 bis 6 erläutert werden.
- (a) Wie aus 4 hervorgeht,
wird durch Ziehen ein Führungsschienen-Zwischenprodukt 10 aus einer
Stahllegierung mit einer Form hergestellt, die durch eine doppelpunktierte
Linie angedeutet ist.
- (b) Nach dem Ziehen wird ein Entlastungsgraben 9 zur
Aufnahme eines entsprechenden Käfigteils 8 im
Boden jeder der Führungsnuten 11 ausgefräst, wie
in 5 angedeutet ist.
- (c) Dann wird die Führungsfläche 12 der
inneren Führungsnut 11 durch
Induktionshärtung
gehärtet.
- (d) Anschließend
werden nach der Beseitigung von durch die Wärmebehandlung hervorgerufenen
Verformungen ausgewählte
Abschnitte des Führungsschienen-Zwischenprodukts 10,
einschließlich
eines Oberseiten-Abschnitts 13, eines Führungsnut-Abschnitts 11,
eines Führungsflächen-Abschnitts 12,
eines Seitenflächen-Abschnitts 14 und
eines Unterseiten-Abschnitts 15 geschliffen, um die Oberseite 16,
eine Führungsschienen-Führungsnut 5,
eine Seitenfläche 17 und
eine Unterseite 18 mit der gewünschten Form und Genauigkeit
fertigzuarbeiten, wie in 4 durch
die ausgezogene Linie skizziert ist.
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Zusätzliche
Arbeitsschritte, wie zum Beispiel die Ausbildung von Montagelöchern 19,
werden ebenfalls ausgeführt,
sie sind jedoch nicht näher
erläutert,
da sie nicht Bestandteil der Erfindung sind. In 4 ist die Kontaktbeziehung zwischen der
fertigen Führungsnut 5 und
einer zugehörigen
Kugel 2 dargestellt. Man beachte, daß eine seitliche Ausnehmung 20 nach
dem Ziehvorgang unbearbeitet bleibt, wie in 6 durch die gepunktete Linie angedeutet
ist.
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Im
Stand der Technik wird der Entlastungsgraben 9 durch Fräsen ausgebildet,
ungeachtet der Länge
der herzustellenden Führungsschiene 1. Wenn
die Führungsschiene 1 relativ
lang ist, kann sie entsprechend größere Verformungen nach der
Wärmebehandlung
aufweisen, so daß Schwankungen
in der Lage des Entlastungsgrabens 9 vorkommen. Nach dem
Schleifen werden die Führungsschiene 1 und
der Schlitten 3 zusammengebaut, und dann kann aus den genannten
Gründen
der Fall auftreten, daß der
Käfig 8 in
Berührung
mit dem Entlastungsgraben der Führungsschiene 1 gelangt.
Um diese Unzulänglichkeit
zu vermeiden, muß die
Breite des Entlastungsgrabens 9 deutlich größer gemacht
werden als das entsprechende Teil des Käfigs 8. Das Vergrößern der
Breite des Entlastungsgrabens 9 ist deshalb besonders nachteilig,
weil dadurch die wirksame Kugellagerfläche der Führungsnut 5 verkleinert
und außerdem
die Steifigkeit der Führungsnut 5 verringert
wird.
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Wie
in 7 zu sehen ist, ist
an jedem Ende des Schlittens 3 ein End-Dichtblock 21 vorgesehen. Der
Dichtblock 21 besitzt ein gleitendes Ende 22, welches
in Gleitkontakt mit der Oberseite 16 und der Seitenfläche 4 der
Führungsschiene 1 steht,
so daß das
Dichtungsvermögen
zwischen der Schiene 1 und dem Schlitten 3 während der
Relativbewegung zwischen der Führungsschiene 1 und
dem Schlitten 3 auf einem gewissen Wert gehalten wird,
um so zu verhindern, daß unerwünschtes
Fremdmaterial in die Lücke
zwischen der Führungsschiene 1 und
dem Schlitten 3 eintritt. Gibt es jedoch beträchtliche Schwankungen
in der Lage des Entlastungsgrabens 9, so kann das Dichtungsvermögen der
Enddichtung 21 beeinträchtigt
werden, mit der Folge, daß unerwünschtes
Fremdmaterial in den Spalt zwischen der Führungsschiene 1 und
dem Schlitten 3 eintritt, was besonders unerwünscht ist.
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Da
außerdem
die Bearbeitung des Entlastungsgrabens 9 und die Bearbeitung
der Führungsnut 5 getrennt
vor und nach der Wärmebehandlung im
Stand der Technik vorgenommen werden, vergrößert sich die absolute Lageverschiebung
zwischen dem Entlastungsgraben 9 und der Führungsnut 5, was
ebenfalls Ursache dafür
ist, daß es
zu einem Gleitkontakt zwischen dem Käfig 8 und dem Entlastungsgraben 9 kommen
kann. Da außerdem
die seitliche Ausnehmung 20 der Führungsschiene 1 nach dem
Ziehen unbearbeitet bleibt, kann die Bodenflächendichtung 24 des
Schlittens 3 nicht in Gleitkontakt mit der Seitenflächenausnehmung 20 gebracht
werden, so daß das
Dichtungsvermögen
zwischen der Führungsschiene 1 und
dem Schlitten 3 auch in dieser Hinsicht unvollständig bleibt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen
einer Führungsschiene zur
Verwendung in einer Rollkontakt-Linearbewegungseinheit anzugeben,
welches eine höhere
Genauigkeit und Wirksamkeit gewährleistet.
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Gelöst wird
diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung. Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
enthält
das Profilschleifgerät
einen Vorsprung, der einen Entlastungsgraben im Boden einer Führungsnut
definiert. Vorzugsweise besitzt der Vorsprung eine spezielle Form
derart, daß nach
dem Schleifen ein sich verjüngender
Entlastungsgraben vorhanden ist. Der Härtungsschritt wird vorzugsweise
durch Induktionshärtung
ausgeführt.
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Auf
diese Weise werden erfindungsgemäß die Prozeßschritte
minimiert, weil die gesamte Seitenfläche einer Führungsschiene gleichzeitig
unter Verwendung eines Profilschleifgeräts endbearbeitet wird, so daß der Prozeß effizient
durchgeführt
wird. Durch die Verwendung eines Profilschleifgeräts läßt sich
die Gestalt der Seitenfläche
einer Führungsschiene
mit hoher Genauigkeit und fehlerfrei festlegen. Deshalb ist es besonders
vorteilhaft, bei der Ausbildung eines Entlastungsgrabens im Boden
einer Führungsnut
erfindungsgemäß vorzugehen,
da keinerlei Positionsfehler zwischen dem Entlastungsgraben und
der Führungsnut
entstehen. Die Größe des Entlastungsgrabens
läßt sich
minimieren, da es nicht notwendig ist, irgendein Spiel zwischen
dem Entlastungsgraben und der Führungsnut
zu belassen. Dies ist insofern besonders vorteilhaft, als es möglich ist,
eine maximale Lagerfläche
für die
Wälzelemente,
zum Beispiel die Kugeln, bereitzustellen.
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Im
folgenden werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand der Zeichnung näher
erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung der rechten Hälfte einer Schiene vor und
nach dem Schleifen mit einem Profilschleifgerät gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung,
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2 eine
schematische Darstellung des Schleifvorgangs der Seitenfläche eines
Führungsschienen-Zwischenproduktes
mit Hilfe eines Profilschleifgeräts
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung,
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3 eine
schematische Darstellung eines Teils eines Führungsschienen-Zwischenprodukts nach
dem Ziehen gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung,
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4 eine
schematische Darstellung der rechten Hälfte einer Führungsschiene
vor und nach dem Schleifen gemäß einem
herkömmlichen
Verfahren,
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5 in
vergrößertem Maßstab eine
schematische Darstellung des Aufbaus einer Führungsnut und eines im Boden
der Führungsnut
gebildeten Entlastungsgrabens gemäß dem Stand der Technik,
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6 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung,
wie ausgewählte
Abschnitte einer Fläche einer
Führungsschiene
mit dem herkömmlichen
Verfahren endbearbeitet werden,
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7 eine
schematische, perspektivische Darstellung mit teilweise weggelassenen
Teilen einer typischen Endlos-Rollkontakt-Linearbewegungseinheit
mit zwei Führungskanälen, und
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8 eine
schematische Querschnittdarstellung einer weiteren Endlos-Rollkontakt-Linearbewegungseinheit
mit vier Führungskanälen.
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Die
vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Herstellen einer
Führungsschiene
zur Verwendung in einer Rollkontakt-Linearbewegungseinheit der in 7 dargestellten
Art.
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Wie
aus 7 hervorgeht, enthält die Rollkontakt-Linearbewegungseinheit
grundsätzlich
eine Führungsschiene 1,
einen Schlitten 3 und mehrere Wälzkörper oder, im vorliegenden
Ausführungsbeispiel,
Kugeln 2. Die Führungsschiene 1 hat
längliche Form
und kann eine gewünschte
Länge besitzen.
Typischerweise hat die Schiene 1 eine flache Oberseite 16,
eine im wesentlichen flache Bodenseite und ein Paar Seitenflächen 4.
Die Seitenfläche 4 besitzt
eine Führungsnut,
die sich parallel zur Längsachse
der Führungsschiene 1 erstreckt,
so daß die
Seitenfläche 4 in
besonderer Form profiliert ist, also nicht flach ist, sondern Erhebungen
und Vertiefungen aufweist. Im dargestellten Beispiel definiert die
Führungsnut
oder innere Führungsnut 5 zusammen
mit einer zugehörigen äußeren Führungsnut
in dem Schlitten 3, die der inneren Führungsnut gegenüberliegt,
einen Last-Bahnabschnitt 6 einer Endlos-Umlaufbahn. Außerdem ist
in dem Boden der Führungsnut 5 ein
Entlastungsgraben 9 ausgebildet, der sich parallel zur Längsachse
der Führungsschiene 1 erstreckt,
um in sich einen Teil eines Kugelhalte-Käfigs 8 aufzunehmen,
der fest an dem Schlitten 3 angebracht ist. Auf diese Weise
ist, da die Führungsnut 5 und
der Entlastungsgraben 9 vorhanden sind, die Seitenfläche 4 der Führungsschiene 1 unregelmäßig und
hat profilierte Gestalt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung wird als erster Schritt ein Führungsschienen-Zwischenprodukt 10 mit
flacher Oberseite 13, flacher Bodenseite 15 und
einer profilierten Seitenfläche 14 gemäß 1 durch
Ziehen eines metallischen Materials, zum Beispiel einer Stahllegierung, bereitgestellt.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält die profilierte Seitenfläche 14 einen
Führungsnuten-Abschnitt 11 und
einen seitlichen Ausnehmungsabschnitt 23. Es können auch
irgendwelche zusätzlichen
unregelmäßigen Abschnitte
in der profilierten Seitenfläche 14 vorhanden
sein, ohne daß hierdurch vom
Grundgedanken der Erfindung abgewichen wird. Außerdem sei angemerkt, daß die Oberseite 13 und
die Bodenseite 15 ebenfalls ein beliebiges Profil aufweisen
können,
obschon diese Seiten hier als Flachseiten dargestellt sind.
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Dann
wird zumindest der Führungsnuten-Abschnitt 11 des
so gezogenen Führungsschienen-Zwischenprodukts 10 einem
Härtungsschritt
unterzogen, um einen ausgewählten
Abschnitt zu härten,
insbesondere den Führungsnuten-Abschnitt 11 im
dargestellten Ausführungsbeispiel.
Man kann hierzu jedes Härtungsverfahren
anwenden, bevorzugt wird aber hier die Induktionsrhärtung.
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Dann
wird die gesamte Seitenfläche 14 gleichzeitig
mit Hilfe eines Profilschleifgeräts 25 gemäß 2 geschliffen.
Das Profilschleifgerät 25 besitzt
eine Schleiffläche,
deren Form komplementär bezüglich der
Form einer Seitenfläche
einer fertigen Führungsschiene 1 ist.
Die Schleiffläche
des Profilschleifgeräts 25 enthält einen
Abschnitt, der die Führungsnut 5 der
Führungsschiene 1 definiert,
einen Abschnitt, der den Entlastungsgraben 9 der Führungsschiene 1 definiert,
und einen Abschnitt, der die seitliche Ausnehmung 20 der
Führungsschiene 1 definiert.
Wenn also die Seitenfläche 14 des
Führungsschienen-Zwischenprodukts 10 unter
Verwendung des in 2 gezeigten Profilschleifgeräts 25 geschliffen
wird, erhält
die Seitenfläche 4 der
Führungsschiene 1 mit
einem Mal eine Endbearbeitung.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
werden die Oberseite 13 und die Unterseite 15 des
Führungsschienen-Zwischenprodukts 10 mit
einem herkömmlichen
Schleifmittel geschliffen, um die flache Oberseite 16 und
die flache Unterseite 18 der Führungsschiene 1 gemäß 2 zu
erhalten. Auf diese Weise erhält
man eine Führungsschiene 1 mit
der in der gewünschten
Form befindlichen Oberseite, Unterseite und den Seitenflächen, so
daß die
Führungsschiene
für den
Einbau in die Rollkontakt-Linearbewegungseinheit fertig ist. Nach
dem oben beschriebenen Verfahren werden praktisch sämtliche
Oberflächen
der Führungsschiene 1 geschliffen.
Wenn die Führungsschiene
in die in 7 dargestellte Rollkontakt-Linearbewegungseinheit
eingebaut wird, können
das Dichtungsende 22 der Enddichtung 21, die an
jedem Ende des Schlittens 3 befestigt ist, und die Bodendichtung 24,
die an dem Boden des Schlittens 3 befestigt ist, in richtigen
Gleitkontakt mit den jeweiligen Oberflächen der Führungsschiene 1 gebracht
werden, was es ermöglicht,
eine gute Dichtwirkung zu erzielen, mit der Folge, daß der Eintritt
jeglichen Fremdmaterials in den zwischen der Führungsschiene 1 und
dem Schlitten 3 vorhandenen Spalt verhindert wird.
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Als
Modifizierung zu der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird ein Schritt zum Beseitigen von durch die Wärmebehandlung
bedingten Verformungen ausgeführt,
bevor das Schleifen mit einem Profilschleifgerät erfolgt. In einer weiteren
Abwandlung kann gemäß 3 ein Entlastungsgraben-Abschnitt 26 am
Boden des Führungsnut-Abschnitts 11 in
der Seitenfläche
des Führungsschienen-Zwischenprodukts 10 vorgesehen werden,
wenn das Teil gezogen wird. Das Ausbilden eines solchen Entlastungsgraben-Abschnitts 26 vereinfacht
und verkürzt
den Schleifvorgang mit dem Profilschleifgerät 25. Außerdem läßt sich
auch das für
den Schleifvorgang des Entlastungsgrabens 9 vorgesehene
Spiel durch Vorab-Ausbildung des Entlastungsgraben-Abschnitts 26 minimieren.
Bevorzugt wird außerdem,
den Entlastungsgraben 9, der allgemein die Form eines "U" aufweist, mit einer Konizität zu versehen.
Das heißt,
wenn der Entlastungsgraben 9 derart geformt ist, daß seine
Breite mit zunehmender Tiefe nach und nach geringer wird, läßt sich
der Entlastungsgraben 9 einfach und wirksam schleifen. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
besitzt der Graben 9 eine Verjüngung mit einem Winkel von
15°. Obschon
dieser Winkel bevorzugt ist, kann man auch einen anderen Winkel
wählen,
ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen. In einen solchen, sich
verjüngenden
Entlastungsgraben 9 läßt sich eine
Dichtlippe der Enddichtung 21 leicht und sicher einführen, wenn
die Linearbewegungseinheit zusammengebaut wird.
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Wie
aus der obigen Beschreibung hervorgeht, gibt es aufgrund der Erfindung
keine Notwendigkeit, zur Bildung eines Entlastungsgrabens einen Fräsvorgang
durchzuführen,
so daß das
Verfahren wirksam und zuverlässig
durchführbar
ist. Da der Entlastungsgraben und die Führungsnut gleichzeitig mit
Hilfe eines Profilschleifgeräts
ausgebildet werden, gibt es keine Lagerfehler zwischen diesen beiden
Elementen, und dementsprechend lassen sich Führungsnut und Entlastungsgraben
mit hoher Genauigkeit und Präzision
fertigen. Ferner läßt sich
der Entlastungsgraben in seiner Größe minimieren, was dazu beiträgt, die
Kugelaufnahmefläche
und mithin das Leistungsvermögen
und die Steifigkeit der Führungsnut
zu vergrößern.