DE4438948A1

DE4438948A1 - Wälzlager für Linearbewegungen

Info

Publication number: DE4438948A1
Application number: DE4438948A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Bode
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1994-10-31
Filing date: 1994-10-31
Publication date: 1996-05-02

Description

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für Linearbewegungen mit einem längs einer Führungsschiene verschiebbaren Tragkörper, der sich über eine Vielzahl von lastübertragenden, auf mehrere geradlinige Reihen aufgeteilten Wälzkörpern an Laufbahnen der Führungsschiene abstützt.

Ein solches Wälzlager ist aus der DE-OS 42 09 824 bekannt. Zur Erzie lung hoher Tragzahlen und Quersteifigkeiten, die eine große Lastüber tragung ermöglichen, sind die Wälzkörper dort an dem Tragkörper in mindestens sechs Wälzkörperumläufen paarweise angeordnet. Damit ergibt sich auch eine hohe Leichtgängigkeit des Lagers.

Die Anwendung derartiger Lager erfolgt beispielsweise bei Werkzeug maschinen. Beim Einbau in Schleifmaschinen hat sich jedoch das Problem ergeben, daß infolge der Leichtgängigkeit dieses Lagers Mikroschwin gungen in Verfahrrichtung aufgetreten sind, die zumindest das optische Schliffbild negativ beeinflußt haben.

Aus der DE-OS 43 34 611 sind Gleitführungslager für eine Linearbewe gung bekannt, bei welchen jeweils zwischen einer Führungsschiene und einem Tragkörper keine Wälzkörper, sondern mehrere als zylindrische Rollen ausgebildete Gleitelemente angeordnet sind. Infolge dieser Rollen, die ausschließlich die Belastung von dem Tragkörper auf die Führungsschiene übertragen müssen, ergibt sich hier ein Lager mit hohem Reibungskoeffizienten und großem Verschiebewiderstand. Daher wird, um die Rollen ausreichend zu schmieren, bei einer vorbekannten Ausführung vorgeschlagen, die Rollen in Form von Hohlzylindern auszu führen, deren Zylinderwände jeweils eine Anzahl von Löchern besitzen, so daß Schmiermittel durch die zentrale Achse und die Löcher der äußeren Zylinderfläche zugeführt wird. Damit ist aber der Nachteil verbunden, daß diese Gleitelemente infolge der Schmierlöcher in ihrem Aufbau kompliziert und daher in der Herstellung aufwendig sind.

Die anmeldungsgemäßen Gleitelemente der DE-OS 43 34 611 sind massive Zylinder, die von den Mittelpunkten der beiden Endflächen ausgehende kleine zylindrische Ausstülpungen aufweisen, welche einstückig mit den Gleitelementen ausgeführt sein können. Für diese Gleitelemente wird der Vorteil geltend gemacht, daß ihre Herstellung einfach sei, da es nicht notwendig sei, schwierige Bearbeitungsvorgänge, also das Formen eines Hohlzylinders mit einer Anzahl von kleinen Schmierlöchern in dessen Wand, durchzuführen. Das Gleitelement könne einfach durch Abschrägen von zwei Endbereichen des Zylinders hergestellt werden. Die abgeschrägten Endbereiche sind als Kegel in Fig. 3 dargestellt.

Diese aus Vollmaterial hergestellten zylindrischen Gleitelemente haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht verformbar, insbesondere radial nicht zusammendrückbar und daher nicht elastisch sind. Die Folge davon sind eine große Reibungskraft und ein hoher Verschleiß, welche mit solchen Gleitelementen ausgerüstete Linearlager aufweisen. Um zu verhindern, daß die zylindrischen Gleitelemente lokal ungleichmäßig abgenutzt werden, wird für das vorbekannte Gleitführungslager vor geschlagen, die Gleitelemente leicht zu drehen. Auf diese Weise könne deren gesamte Gleitoberfläche wirkungsvoll genutzt werden.

Mit der großen Reibungskraft ist außerdem als weiterer Nachteil die ruckartige Bewegung des Tragkörpers verbunden, wofür sich als Fachaus druck die Bezeichnung "Stick-Slip" eingebürgert hat. Außerdem ist infolge der Ausführung des Gleitelementes als massiver, nicht verform barer Körper eine wahlweise Einstellung des Spiels oder der Vorspan nung der Lagerung ausgeschlossen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager für Linearbewegungen der eingangs genannten Art ohne großen konstruktiven Aufwand so weiterzuentwickeln, daß es ein dem jeweiligen Anwendungs fall entsprechendes geringes erforderliches Dämpfungsverhalten auf weist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Tragkör per mindestens ein mit einer Laufbahn der Führungsschiene in Berührung stehendes und sich an diese elastisch anpassendes Reibelement angeord net ist, welches als langgestreckter, nur an seinen Enden offener zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist. Ein solches hohles Reib element kann durch eine geeignete Wahl seiner Abmessungen in seinem Reibungsverhalten eingestellt, also auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden. Es verhält sich während der Bewegung des Tragkör pers längs der Führungsschiene radial elastisch, wobei seine Zylin derform beispielsweise von einem Kreisquerschnitt in einen ellip tischen Querschnitt oder umgekehrt übergehen kann. Bei der reibenden Bewegung des Reibelements längs der Führungsschiene entsteht eine der Bewegung des Tragkörpers entgegengerichtete geringe Bremskraft. Diese wird mit wachsender Länge des Reibelements größer, so daß sich eine definierte Bremskraft durch Wahl der geeigneten Länge des Reibelements in Verfahrrichtung einstellen läßt. Da die Amplituden der Schwingungen in Verfahrrichtung nur sehr gering sind, kann schon eine relativ kleine Bremskraft für die erforderliche Dämpfung ausreichen.

Das Reibelement kann eine der Form der Laufbahn entsprechende äußere Oberfläche aufweisen. Dabei können die Wälzkörper Kugeln oder Rollen sein. Jedes Reibelement kann als Profilkörper ausgebildet sein, dessen äußere Oberfläche jeweils teilweise an die Laufbahnflächen von Füh rungsschiene und Tragkörper angepaßt ist. Wenn als Wälzkörper Kugeln verwendet werden, kann das Reibelement ein Röhrchen sein, das im Durchmesser exakt auf die Laufbahn- bzw. Kugelverhältnisse abgestimmt ist.

Die Führungsschiene kann mehrere auf ihre beiden Längsseiten aufge teilte Paare von Laufbahnen für lastübertragende Wälzkörperreihen bzw. Reibelemente des Tragkörpers aufweisen. Beispielsweise kann der Trag körper mittels der Wälzkörperreihen an unteren Laufbahnen und mitt leren Laufbahnen der Führungsschiene abgestützt sein, während zwei in dem Tragkörper angeordnete Reibelemente mit oberen Laufbahnen der Führungsschiene in Berührung stehen können. Auf diese Weise ergeben sich in bezug auf die Führungsschiene symmetrische Dämpfungskräfte an dem Tragkörper, die von den beiden symmetrisch angeordneten Reibele menten herrühren.

Entsprechend der gewünschten Paarung der Reibungspartner kann jedes Reibelement aus einem nichtmetallischen Werkstoff, wie Kunststoff, Gummi oder Holz, oder aus einem metallischen Werkstoff, wie Stahl oder Messing bestehen.

Ein erfindungsgemäßes Linearlager besteht also aus einem Tragkörper als Führungswagen und einer Führungsschiene, die mehrere geradlinige Laufbahnen zur Abstützung des längs der Führungsschiene verschiebbaren Tragkörpers aufweist, wobei der Tragkörper den Laufbahnen der Füh rungsschiene entsprechende, von diesen in einem Abstand angeordnete Laufbahnen enthält. In dem Tragkörper sind jeweils zwischen einer Laufbahn der Führungsschiene und der entsprechenden Laufbahn des Tragkörpers Reibelemente angeordnet, welche mit den Laufbahnen in Berührung stehen. Auf diese Weise ergibt sich eine in dem Tragkörper integrierte Dämpfungsvorrichtung.

Die Erfindung beinhaltet auch die Möglichkeit, bei einem solchen mit Wälzkörpern arbeitenden Lager nicht nur einzelne, sondern alle Wälz körperreihen durch Reibelemente zu ersetzen, um ein bestimmtes ge wünschtes Dämpfungsverhalten zu erzielen. Die als Ersatz für die Wälzkörper vorgeschlagenen Reibelemente, die als Kunststoff- oder Metallprofile ausgebildet sein können, sind zusätzlich zu ihrer Wir kung in Verfahrrichtung auch geeignet, eine Dämpfung sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Richtung rechtwinkelig zur Führungsschienenachse zu erzeugen. Je nach ihrem Werkstoff können sie die Steifigkeit und die Crash-Sicherheit (Sicherheit gegen Bruch) des Linearlagers deutlich verbessern.

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

Fig. 1 ein vorbekanntes Wälzlager mit sechs Wälzkörperumläu fen, die in drei Paaren angeordnet sind, in einer stirnseitigen Ansicht der Führungsschiene und einem teilweise durch den Tragkörper und teilweise durch dessen eines Kopfstück gelegten Schnitt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen, teilweise aufgeschnittenen Wälzlagers, bei dem das oberste Paar von Wälzkörperumläufen durch zwei Reib elemente ersetzt ist.

Beiden Wälzlagern gemeinsam ist, daß sie jeweils einen Tragkörper 1 aufweisen, der längs einer waagerechten Führungsschiene 2 verschiebbar gelagert ist. Hierzu dienen mehrere Paare von Wälzkörperumläufen mit als Kugeln 3 ausgebildeten Wälzkörpern, die sich einerseits an Lauf bahnen des Tragkörpers 1 und andererseits an unteren Laufbahnen 4, mittleren Laufbahnen 5 und in Fig. 1 auch an oberen Laufbahnen 6 der Führungsschiene 2 abstützen, wobei von jedem Wälzkörperumlaufpaar ein Wälzkörperumlauf an einer Längsseite der Führungsschiene 2 und der andere Wälzkörperumlauf an der anderen Längsseite der Führungsschiene angeordnet ist. Die Wälzkörperumlaufpaare jeder Seite sind senkrecht übereinander angeordnet.

Jeder Wälzkörperumlauf besteht aus einer lastübertragenden Wälzkörper reihe, einer dazu parallelen rücklaufenden Wälzkörperreihe und zwei Wälzkörper-Umlenkbögen, die an den Enden der Wälzkörperreihen angren zen und diese Reihen miteinander verbinden. Bei der Bewegung durch läuft die rücklaufende Wälzkörperreihe jeweils einen Rücklaufkanal 7, der für den Wälzkörperumlauf in dem Tragkörper 1 angeordnet ist. Die lastübertragenden Wälzkörperreihen aller Wälzkörperumläufe einer Seite der Führungsschiene 2 werden von einem gemeinsamen Käfig 8 geführt, der in dem Tragkörper 1 für jede Seite der Führungsschiene angeordnet ist und in Bewegungsrichtung des Tragkörpers 1 an beiden Enden aus diesem herausragt, wo seine Wälzkörperreihe in den Wälzkörper-Umlenk bogen übergeht. An jeder Stirnseite des Tragkörpers 1 sind die beiden aus dem Tragkörper herausragenden Enden der Käfige 8 von einem Kopf stück 9 umgeben, in welchem der weitere Teil der Wälzkörper-Umlenk bogen angeordnet ist.

Erfindungsgemäß sind in Fig. 2 die Wälzkörper der beiden obersten Wälzkörperumläufe entfernt worden und in den dortigen Tragzonen sind röhrchenförmige Reibelemente 10 in den Tragkörper 1 eingesetzt. Diese Röhrchen sind im Durchmesser exakt auf die Krümmung der für die Kugeln 3 ausgelegten oberen Laufbahn 6 der Führungsschiene 2 abgestimmt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel bietet die Erfindung also den Vorteil, ein vorhandenes Wälzlager, das hier sechs Kugelumläufe aufweist, zum Zwecke der Einstellung einer vorgegebenen Dämpfung in einfacher Weise abzuwandeln, indem das Wälzkörperumlaufpaar einer Ebene durch zwei Reibelemente ersetzt wird.

Bezugszeichenliste

1 Tragkörper
2 Führungsschiene
3 Kugel
4 untere Laufbahn
5 mittlere Laufbahn
6 obere Laufbahn
7 Rücklaufkanal
8 Käfig
9 Kopfstück
10 Reibelement

Claims

1. Wälzlager für Linearbewegungen mit einem längs einer Führungsschie ne verschiebbaren Tragkörper, der sich über eine Vielzahl von last übertragenden, auf mehrere geradlinige Reihen aufgeteilten Wälzkörpern an Laufbahnen der Führungsschiene abstützt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Tragkörper (1) mindestens ein mit einer Laufbahn (6) der Führungsschiene (2) in Berührung stehendes und sich an diese elastisch anpassendes Reibelement (10) angeordnet ist, welches als langgestreck ter, nur an seinen Enden offener zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist.

2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reib element (10) eine der Form der Laufbahn (6) entsprechende äußere Oberfläche aufweist.

3. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Füh rungsschiene (2) mehrere auf ihre beiden Längsseiten aufgeteilte Paare von Laufbahnen (4, 5, 6) für lastübertragende Wälzkörperreihen bzw. Reibelemente (10) des Tragkörpers (1) aufweist.

4. Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkör per (1) mittels der Wälzkörperreihen an unteren Laufbahnen (4) und mittleren Laufbahnen (5) der Führungsschiene (2) abgestützt ist, während zwei in dem Tragkörper (1) angeordnete Reibelemente (10) mit oberen Laufbahnen (6) der Führungsschiene (2) in Berührung stehen.

5. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkör per Kugeln (3) sind.

6. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkör per Rollen sind.

7. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Reib element (10) als Profilkörper, beispielsweise als Röhrchen, ausgebil det ist.

8. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Reib element (10) aus einem nichtmetallischen Werkstoff wie Kunststoff, Gummi oder Holz besteht.

9. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Reib element (10) aus einem metallischen Werkstoff, wie Stahl oder Messing besteht.