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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Linearführungseinheit,
die für
sehr hohe Geschwindigkeiten und eine hohe Anzahl von Zyklen in modernen,
hochentwickelten Maschinen wie bei Geräten zur Halbleiterherstellung,
Industrierobotern, Motoren usw. vorgesehen ist und insbesondere
auf eine Linearführungseinheit,
in welcher gesintertes Harzmaterial mit poröser Struktur in einen Laufwagen
eingebaut ist, um eine Rückführung darin
darzustellen, während
ein Verbindungsrohr die Rückführung mit
Wendeführungen
verbindet, die in Endkappen ausgeformt sind.
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Linearführungseinheiten
nach dem Stand der Technik sind allgemein so aufgebaut, dass ein Gleitelement
sich relativ zu einer langgestreckten Laufschiene auf einer Vielzahl
von Rollenelementen bewegen kann, welche über Umlaufführungen laufen können, die
Lastbereiche von Laufwegen zwischen der Laufschiene und dem Gleitelement
aufweisen und Nicht-Lastbereiche einschließlich Wendeführungen
in Endkappen und Rückführungen
in einem Laufwagen in dem Gleitelement. Um einen Beitrag zur Vermeidung
von direktem Metall-auf-Metall-Kontakt zwischen den Rollenelementen
und den Umlaufführungen
zu vermeiden, und dabei gleichzeitig eine vorgegebene Beständigkeit
der Linearführungseinheiten zu
sichern, ist es notwendig, die Rollenelemente und die Umlaufführungen
ständig
mit Schmiermittel zu versorgen, um eine Schmierung zwischen den
Rollenelementen und den Umlaufführungen
sicher aufrecht zu erhalten. Zur Sicherung der Schmierung zwischen
den Umlaufführungen
und den Rollenelementen wird normalerweise in periodischen Zeitabständen eine
Nachfüllung
von Schmiermittel durchgeführt.
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Kürzlich ist
der Anstoß zu
unterschiedlichen verbesserten Maschinen mit reduziertem Aufwand
in der Wartung erfolgt, wie durch Maschinen für die Ausstattung einer Halbleiterfertigung,
Industrieroboter, Motoren usw., welche wartungsfrei betrieben werden
können.
Entsprechend wird von Linearführungseinheiten,
die in solchen Maschinen einzusetzen sind, erwartet, dass sie die
Anforderungen der wartungsfreien Schmierung erfüllen. Insbesondere müssen die
Linearführungseinheiten,
von denen ein Einbau in Halbleiterfertigungsmaschinen usw. zu erwarten
ist, welche den Spezifikationen eines Reinraumes entsprechen müssen, somit
auch spezielle Substanzen und/oder Ausgestaltungen beinhalten, die
wenig oder keine Abriebteilchen oder Späne erzeugen. Darüber hinaus
ist es unvermeidlich, die Menge des minimal eingesetzten Schmiermittels
soweit wie möglich
zu begrenzen, da ein feiner Nebel von Schmiermittel die umgebende
Atmosphäre
in dem Reinraum verschmutzen könnte.
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Eine
Linearführungseinheit
nach dem Stand der Technik wird in dem japanischen offen gelegten Patent
mit der Nummer 161354/2000 offenbart, worin eine Kugelumlaufführung aus
einem linear gebohrten Bereich in einem Laufwagen eines Gleitelementes zusammengesetzt
ist, sowie einem gekrümmten
Bereich, der in einer Endkappe dargestellt ist, und der lineare
Bereich ist mit dem gekrümmten
Bereich über eine
Muffenrohrverbindung angeschlossen, welche aus einem Hohlwellenende
dargestellt ist, womit ein offenes Ende des gekrümmten Bereiches sich in den linearen
Bereich des Laufwagens erstreckt und eine Aufnahme, welche in einem
offenen Ende des linearen Bereiches dargestellt ist zur Aufnahme
des Wellenendes, die gleichzeitig an das Wellenende angepasst ist.
Bei der Linearführungseinheit
nach dem Stand der Technik, die wie oben beschrieben aufgebaut ist,
wird die Endkappe aus einem groben zylindrischen Zapfen dargestellt,
während
das Trägerelement
aus einer einfachen Buchse gestaltet ist, um darin den Zapfen aufzunehmen
um den linearen Bereich in dem Laufwagen mit dem gekrümmten Bereich
in der Endkappe zu verbinden, um die Kugelumlaufführung zu
vervollständigen.
In einer Linearführungseinheit
nach dem Stand der Technik weist jedoch der lineare Bereich in der
Kugelumlaufführung kein
gesintertes Harzmaterial, wie es im Folgenden beschrieben wird auf,
sowie darüber
hinaus ein Führungselement,
welches einen radial nach innen gekrümmten Bereich definiert, weil
es getrennt von der Endkappe ausgeführt ist, und in der Endkappe
untergebracht werden soll in Übereinstimmung
mit dem gekrümmten
Bereich in der Endkappe. Es ist anzumerken, dass eine derartige
Konstruktion nicht für Maschinen,
die notwendigerweise wartungsfrei zu betreiben sind, geeignet ist.
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Eine
weitere Linearführungseinheit
nach dem Stand der Technik wird in dem offen gelegten japanischen
Patent Nummer 136805/1986 offenbart, worin ein Umlaufkreis durch
die Kombination eines Gleitelementes mit einer Führungsschiene vorhanden ist,
durch einen Lastkanal dargestellt wird, der zwischen einer Laufnut
auf der Laufschiene und einer Laufwegnut in einem Laufwagen des
Gleitelementes bestimmt ist, eine Rückführung, welche in dem Laufwagen
parallel mit dem Lastkanal eingebohrt ist und mit gekrümmten Wegen,
die in Endkappen des Gleitelementes jeweils einer an einer Endkappe
dargestellt sind. Die Rückführung ist
mit einem Rohr ausgebildet, welches in ein durch den Laufwagen gebohrtes
Loch eingedrückt
ist. Da jedoch das Rohr für die
Rückführung in
die Durchgangsbohrung in den Laufwagen passend eingedrückt ist,
ist ein Austausch durch eine neue nur schwer möglich.
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Obwohl
jedoch die Führungseinheiten
nach dem Stand der Technik, wie sie oben umrissen sind, erfolgreich
ohne die Anwendung eines Schmiermittels betrieben werden können, soweit
sie mit geringen Lasten bei Reinraumanforderungen arbeiten können, arbeiten
sie nicht ständig
so zuverlässig, dass
sie in weiterentwickelten Maschinen einsetzbar sind, deren Laufgeschwindigkeit
und Umlaufzahl erhöht
ist. Bei dem bisher bekannten, Schmiermittel enthaltenden Primärelement,
welches für
herkömmliche
Linearführungseinheiten
verfügbar
ist, soll das Polymer geformt werden, während es mit Schmiermittelöl gemischt
wird. Zusätzlich
muss das Schmiermittel enthaltende Polymerelement verstärkt werden, wenn
es tatsächlich
in den Linearführungseinheiten eingebaut
wird, da es nicht die notwendige Festigkeit in und durch sich aufweist.
Um diese Nachteile zu beseitigen, muss die Linearführungseinheit
im Aufbau ausgereift und in der Technologie weiterentwickelt darge stellt
werden. Bei der Konstruktion, in welcher die Schmiermittelplatten
an dem Gleitelement zur Darstellung eines gleitenden Eingriffes
mit der Laufschiene angebracht sind, ergibt sich das Problem, dass
der Gleiter einen großen
Reibwiderstand erzeugt, wenn er in Hochgeschwindigkeitsmaschinen mit
hoher Taktzahl eingebaut ist.
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Moderne
hochentwickelte Maschinen weisen die Tendenz auf, höhere Geschwindigkeiten
und Zyklus- oder Taktzahlen zu bedienen. Aktuell werden Linearführungseinheiten,
in welchen die Rückführung mit
gesintertem Harzmaterial mit poröser
Struktur ausgeführt
wird, in der Praxis eingesetzt. Ein Beispiel einer Linearführungseinheit
mit der Rückführung mit gesintertem
Harzmaterial von poröser
Struktur, wie es oben angeführt
ist, wird beispielsweise in der japanischen offen gelegten Patentschrift
Nummer 82469/2001 offenbart, welches eine ältere Anmeldung des gleichen
Anmelders ist. Bei der Linearführungseinheit,
die weiter oben erwähnt
ist, ist die Rückführung in
das Gleitelement eingebohrt und aufgefüllt mit gesintertem Harzmaterial
mit poröser Struktur,
welches eine Zufuhr von Schmierstoff zu Rollenelementen für eine längere Zeitdauer
sichern kann, wodurch sich die Standzeit des Gleitelementes erhöht. Das
relativ zu der Laufschiene auf Grund der Rollenelemente bewegbare
Gleitelement ist mit einer Durchgangsbohrung ausgestattet, in welcher
eine Muffe des gesinterten Harzmateriales mit poröser Struktur
eingepasst ist, um eine Rückführung auszubilden,
welche mit dem gesinterten Harzmaterial umfasst ist. Schmierfett,
Schmieröl
usf. wird in der porösen
Struktur des gesinterten Harzmateriales derart aufgenommen, dass
dieses kontinuierlich über
eine längere
Zeitdauer auf die Rollenelemente die über die Rückführung laufen zuführbar ist,
wobei der Laufweg über
die Rollenelemente geschmiert wird zur Verbesserung der Standzeit
des Gleitelementes wie auch zur Reduzierung des Gleitwiderstandes
der anfällt,
wenn das Gleitelement sich auf der Laufschiene bewegt.
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Somit
kann es sinnvoll sein, eine Linearführungseinheit zu entwickeln,
die ständig
die Zufuhr von Schmiermittel zu den Rollenelementen aufrecht erhält, wobei
ein sanfter Lauf der Rollenelemente für eine ausgedehnte Zeitdauer
ermöglicht
wird. Bis hierhin war die größte Herausforderung,
eine Linearführungseinheit
bereitzustellen, in welcher die durch die Rückführung in dem Gleitelement laufenden
Rollenelemente sanft abrollen können
in einem Verbindungsbereich der Rückführung zusammen mit der angeschlossenen
Wendeeinheit, sowie das Material in die Durchgangsöffnung in
dem Laufwagen des Gleitelementes einzupassen, um die Rückführung zu definieren,
welches eine geeignete Eigenschmierung mit Schmieröl auf den
Rollenelementen aufweist und außerdem
in sich stabil genug ist, dass eine Verstärkung mit weiteren Mitteln
unnötig
ist.
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Ein
vordringliches Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung der
oben beschriebenen Aufgabe, insbesondere in der Bereitstellung einer
Linearführungseinheit,
in welcher eine Muffe, vorzugsweise aus gesintertem Harzmaterial,
die in der Lage ist mit Schmiermittel imprägniert zu werden, in eine Durchgangsbohrung
in einem Laufwagen eingepasst ist, um eine Rückführung auszubilden, und ein Verbindungsrohr
ist an einem Schnittpunkt eines Wendeelementes in einer Endkappe
von vorderen und hinteren Enden der Muffe vorgesehen, um das sanfte
Abrollen der Rollenelemente an dem Schnittpunkt zu sichern. Die
vorliegende Erfindung stellt eine Linearführungseinheit bereit, welche
wartungsfrei ist in Bezug auf einen periodischen Einsatz von Schmierstoff
und/oder die Zufuhr von Schmieröl
zu den Rollenelementen, welche durch die Umlaufführung laufen, welche dargestellt
ist durch einen Lastkanal, Wendeführungen und eine Rückführung und dies
unter den schwierigen Betriebsbedingungen bezogen auf die Atmosphäre und/oder
bezogen auf die aufgebrachte Last. Die vorliegende Erfindung stellt weiterhin
eine Linearführungseinheit
vor, in welcher das Verbindungsrohr, welches an einer Stoßstelle des
Wendeelementes mit der Rückführung vorgesehen
ist, zur Reduzierung des Gleitwiderstandes beiträgt, der auftritt, wenn die
Rollenelemente über
den Umlaufkreis laufen, der in Maschinen mit hoher Geschwindigkeit,
sowie hoher Taktzahl verwendet wird, wobei eine günstige Schmierung
durchführbar
ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Linearführungseinheit, die folgendes
aufweist: Eine Laufschiene, die an seitwärts gegenüberliegenden Seiten mit ersten
längsgerichteten
Laufwegnuten ausgestattet ist, eine auf jeder Seite, ein Gleitelement
mit zweiten Laufwegnuten, die den ersten Laufwegnuten gegenüber liegen
und mit der Laufschiene derart zusammenpassen, dass sie in Längsrichtung
relativ zur Laufschiene beweglich sind und mindestens ein Rollenelement,
welches durch die Lastkanäle
laufen kann, die zwischen den ersten Laufwegnuten auf der Laufschiene
und den zweiten Laufwegnuten in dem Gleitelement bestimmt sind,
worin das Gleitelement einen Laufwagen aufweist, mit den zweiten
Laufwegnuten und Durchgangslöcher,
die sich darin entlang der zweiten Laufwegnuten erstrecken, Hülsen, die
in die Durchgangslöcher
passen, eine an jedem Durchgangsloch, derart, dass das Durchgangsloch
lediglich an den vorderen und hinteren Enden des Durchgangsloches
unverhüllt
bleibt, wodurch ein hauptsächlicher
Bereich der Rückführung gebildet
wird, Abstandselemente, die an vorderen und hinteren Enden des Laufwagens
angeordnet sind, eines an jedem Ende, wobei die Abstandselemente
jeweils eine radial nach innen gekrümmte Hälfte für eine Wendeführung aufweisen
zur Verbindung des Lastkanals mit der Rückführung und welche ebenso ein
Innenteil aufweisen für
ein Verbindungsrohr zur Darstellung eines jeden Endes der Rückführung, die
verbunden ist mit der radial nach innen gekrümmten Hälfte, nachdem sie an dem unverhüllten Ende
des Durchgangsloches eingepasst ist, und Endkappen, welche an den äußeren Enden
der Abstandelemente angebracht sind, eines an jedem äußeren Ende,
wobei jede der Endkappen eine radial nach außen gekrümmte Hälfte für die Wendeführung aufweist
und ein äußeres Teil
für das
Verbindungsrohr zur Darstellung der Verbindung der Rückführung an
jedem Ende für
die radial nach außen
ge krümmten
Hälfte,
nachdem dieses an den blanken Enden des Durchgangsloches eingepasst
ist.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Beschreibung
einer Linearführungseinheit,
in welcher die Hülse
in das Durchgangsloch in dem Laufwagen eingepasst ist und aus gesintertem Harzmaterial
mit poröser
Struktur hergestellt ist, welches in der Lage ist, in sich Schmierstoff
aufzunehmen. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung
einer Linearführungseinheit,
in welcher die Hülse
mit einer derart kreisförmigen
Querschnittskontur ausgebildet ist, dass sie in das Durchgangsloch
in den Laufwagen passt und ebenso einen linearen Durchgang in sich
aufweist, welcher die Rückführung darstellt.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht weiterhin in der
Beschreibung einer Linearführungseinheit,
in welcher das Innenteil des Abstandselementes und das Außenteil
der Endkappe derart zusammengestellt sind, um das Verbindungsrohr
auszubilden, das als Verbindungslager zur Hülse dient zur Darstellung des
Endes der Rückführung, um
die Rückführung zu
vervollständigen
und welche auf den linearen Durchgang in der Hülse ausgerichtet ist, um eine
Verbindung zwischen dem Durchgang und der Rückführung herzustellen.
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Eine
andere Ausführung
der vorliegenden Erfindung besteht in einer Linearführungseinheit,
in welcher das Innenteil derart hergestellt ist, dass es einen kleineren
Teil als den Halbkreis des Querschnittes des Verbindungsrohres darstellt,
während das
Außenteil
einen Teil größer ist
als der Halbkreis des Verbindungsrohres, so dass die inneren und äußeren Teile
zusammengefügt
sind, um das Verbindungsrohr an ihren aufeinander abgestimmten Rändern zu
bilden, die relativ zu der Ebene, die an der Achse des Verbindungsrohres
liegt, schräg
ausgerichtet zu sein. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung
besteht in der Beschreibung einer Linearführungseinheit, in welcher das
Verbindungsrohr, dargestellt aus den inneren und äußeren Teilen,
als ein gerade Rohr ausgebildet ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine
Linearführungseinheit beschrieben,
in welcher das Abstandselement einen längsgerichteten Körper aufweist,
der zwischen der Endkappe und dem Abstandselement zwischen gelegt
ist und Anschläge
sind integral mit dem Körper ausgebildet
und jede weist die radial nach innen gekrümmte Hälfte für die Wendeführung und
den inneren Teil für
das Verbindungsrohr auf. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung
betrifft eine Linearführungseinheit,
in welcher die Enddichtungen an den Endflächen der Endkappen befestigt
sind, eine an jeder Endfläche.
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Bei
der Linearführungseinheit
nach der vorliegenden Erfindung ist insbesondere der Laufwagen aus
Metall hergestellt, während
die Hülse
für die Rückführung wie
beschrieben aus einem gesinterten Harzmaterial dargestellt ist,
welches im Vergleich zu Metall relativ brüchig ist. Trotzdem wird die
Hülse in der
Durchgangsöffnung
passgenau gehalten und es taucht kein Abstand und/oder eine Spielpassung
zwischen der Hülse
und der Durchgangsöffnung
in dem metallischen Laufwagen auf, das heißt bei jeder Spielpassung mit
irgendeiner positiven oder Nulltoleranz anstelle eines Presssitzes,
bei welchem die gegenseitige Beeinflussung sich immer auf die Befestigung
der Hülse
in der Durchgangsöffnung
auswirkt. Somit treten keinerlei Schädigungen wie Risse in der Hülse der
Rückführung auf.
Darüber
hinaus trägt
die Spielpassung bei der Befestigung der Hülse in dem Laufwagen dazu bei,
dass kein Bruch in der Hülse entsteht,
was von dem Unterschied in der thermischen Ausdehnung zwischen dem
Laufwagen und der Hülse
resultieren könnte,
womit eine hohe Standzeit der Hülse
für die
Rückführung gesichert
ist kann.
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Bei
der Linearführungseinheit,
die wie oben beschrieben aufgebaut ist, besteht das Verbindungsrohr
aus dem äußeren Teil an
der Endkappe und dem äußeren Teil
an dem Abstandselement und bewirkt, dass eine äußerst zuverlässige Verbindung
der Rückführung mit
der Wendeführung
sicher aufgebaut wird und verbindet die Rückführung mit der Wendeführung auf äußerst genaue
und gleichmäßige Art und
Weise, um damit den Gleitwiderstand zu reduzieren, der auftritt,
wenn die Rollenelemente über
die Verbindung laufen, womit ein Beitrag zu ruhigem Lauf der Rollenelemente
geliefert wird. Dies bedeutet, dass entsprechend der Linearführungseinheit
nach der vorliegenden Erfindung die Verbindungsrohre so angebracht
sind, dass sie mit den Enden gegeneinander an den vorderen und hinteren
Rändern
der Hülse
anstoßen,
um die Rückführung zu
vervollständigen
und damit den ruhigen Durchgang über
die gesamte Zeit des Umlaufes einrichten, womit ein sanfter Lauf
der Rollenelemente über
den gesamten Umlaufkreis gesichert ist.
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Die
Hülse der
Rückführung ist
vorzugsweise aus gesintertem Harzmaterial mit poröser Struktur dargestellt,
welches die Aufgabe eines Aufnahmeelementes übernimmt, das sich vollständig mit
Schmieröl
oder Fett voll saugt. Somit kann die mit Schmieröl oder Fett voll gesaugte Hülse eine
geeignete Schmierung der Rollenelemente durchführen. Das bedeutet, dass das
Schmieröl
oder Fett, welches in der porösen
Struktur aufgesaugt ist und vorgehalten wird, nach und nach in kleinen
Mengen an die Rollenelemente übertragen
wird, wenn ein Kontakt mit diesen Rollenelementen zustande kommt.
Das an den Rollenelementen anhaftende Schmiermittel wird anschließend auf
die Lastkanäle
angewandt, wenn die Rollenelemente durch die Lastkanäle laufen.
Die Hülse
für die
Rückführung, die
aus gesintertem Harzmaterial dargestellt ist, weist eine ausreichende
Festigkeit in sich auf, auch wenn sie nicht verstärkt ist.
Darüber
hinaus kann das gesinterte Harzmaterial, welches in der vorliegenden
Erfindung eingesetzt wird, auf Grund des geringeren Abtrages, nur
wenig in der porösen
Struktur verklumpen, was auf Grund von Spanbildung oder Abriebteilchen
usw. auf Grund von Verschleiß verursacht
sein könnte,
womit eine gleichbleibende Versorgung der Rollenelemente mit Schmiermittel,
welches in der porösen
Struktur vorgehalten wird, über
einen ausgedehnten Zeitraum ermöglicht
wird.
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Weiterhin
wird die Hülse
aus gesintertem Harzmaterial durch die Verbindungsrohre am vorderen
und hinteren Ende derselben flankiert. Dieser Aufbau kann das gesinterte
Harzmaterial der Hülse fernhalten
von der Möglichkeit,
dass die Kugeln heftig auf die Hülse
am Eingang der Rückführung schlagen, so
dass ein Beitrag zur ausgedehnten Betriebszeit der Hülse aus
gesintertem Harzmaterial vorliegt.
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Folglich
ist die Linearführungseinheit
wartungsfrei ausgelegt, da eine periodische Anwendung und/oder Zufuhr
von Schmiermittel über
eine ausgedehnte Zeit vorliegen. Bis das Schmiermittel durch die Übertragung
von der Rückführung zu
den Rollenelementen aufgebraucht ist, bedarf es keiner Nachfüllung des
Schmiermittels in der Rückführung. Außerdem wird
durch die Linearführungseinheit
entsprechend der vorliegenden Erfindung der Gleitwiderstand an dem
Lastkanal vermindert, welches für eine
Maschine mit Hochgeschwindigkeit und hoher Taktzahl vorteilhaft
ist.
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Ausgestaltungen
der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezug
auf die begleitenden Figuren beschrieben, worin Folgendes dargestellt
ist:
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1 zeigt
eine teilweise aufgebrochene perspektivische Ansicht mit der Darstellung
einer bevorzugten Ausgestaltung einer Linearführungseinheit nach der vorliegenden
Erfindung,
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2 zeigt
einen aufgebrochenen Bereich mit der Darstellung einer Rückführung in
der Linearführungseinheit
nach 1, wobei diese Ansicht entlang der Ebene entsprechend
der Linie I-I entsprechend der Figur aufgenommen ist,
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht in Längsrichtung,
aufgenommen in der Ebene entsprechend der Linie V-V nach 2,
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4 zeigt
eine Frontansicht mit einem Laufwagen, der die Rückführungen für die Linearführungseinheit
nach 1 enthält,
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5 zeigt
eine Seitenansicht des Laufwagens welche teilweise aufgebrochen
ist nach 4,
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6 zeigt
einen Querschnitt mit der Darstellung einer Hülse, zur Anpassung an eine
Durchgangsöffnung
in dem Laufwagen angepasst zu sein zur Darstellung der Rückführung,
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7 zeigt
einen langgestreckten Bereich der Hülse, wie er in 6 dargestellt
ist,
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8 zeigt
eine rückwärtige Ansicht
betrachtet von der Seite des Laufwagens von einer Endkappe für die Linearführungseinheit
nach 1,
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9 zeigt
einen Bereich in Längsrichtung von
der Endkappe entsprechend 8, wobei
die Ansicht entlang der Linie II-II entsprechend der Figur aufgenommen
ist,
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10 zeigt
eine vergrößerte aufgebrochene
Rückansicht
eines Bereiches, der durch einen Kreis III entsprechend 8 bezeichnet
ist,
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11 zeigt
einen Bereich der Endkappe in Längsrichtung,
der in der Ebene aufgenommen entlang der Linie IV-IV entsprechend 10 aufgenommen
ist,
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12 zeigt
eine Frontansicht aufgenommen von der Seite der Endkappe eines Abstandselementes,
welches in der Linearführungseinheit
nach 1 eingebaut ist,
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13 zeigt
eine Seitenansicht mit der Darstellung des Abstandselementes entsprechend 12,
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14 zeigt
eine aufgebrochene Unteransicht eines Abstandselementes nach 14.
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Unter
Bezug auf die Einzelheiten in den Figuren wird eine Linearführungseinheit
entsprechend der vorliegenden Erfindung im Folgenden erklärt. Diese
Linearführungseinheit
ist zur Positionierung zwischen gegenüberliegenden Teilen oder Bestandteilen
gedacht, welche relativ zueinander in einer Maschine bewegt werden,
wie bei Ausrüstungen
für die Halbleiterfertigung,
Industrierobotern, Werkzeugmaschinen, Motoren usf. zur Sicherung
des ruhigen Laufes zwischen den gegenüberliegenden Teilen oder Bauelementen.
Diese Linearführungseinheit entsprechend
der vorliegenden Erfindung ist im Wesentlichen gekennzeichnet durch
ein Verbindungsrohr zur Verbindung einer Wendeführung mit einer Rückführung.
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Die
Linearführungseinheit
entsprechend der vorliegenden Erfindung kann zwischen relativ zueinander
bewegbaren Bestandteilen eingesetzt werden: Sich gegenüberliegenden
Maschinenbett und -tisch, die zueinander bewegbar sind und hauptsächlich eine
langgestreckte Führungsschiene 1 aufweisen mit
längsgerichtet
erstreckenden Laufwegnuten 4 (diese werden im Folgenden
erste Laufwegnut genannt), an deren Seiten 3, eine Laufwegnut
an jeder Seite und ein Gleitelement 2, welches rittlings
auf der Laufschiene 1 zur gleitenden Bewegung sitzt, und
an diese angepasst ist. Die Laufschiene 1 ist an deren oberster
Seite 26 mit Bolzenlöchern 27 zum
Niederhalten ausgestattet, welche dazu benutzt werden, die Laufschiene
auf der Basis 43 zu befestigen, wie ein Maschinenbett oder
in ähnlicher
Weise. Das Gleitelement 2 passt auf die Laufschiene 1 zur
linearen relativen Bewegung zu dieser Laufschiene 1 und
weist vordere und hintere Laufwegnuten 14 auf (welche später zweite
Laufwegnut genannt wird), welche den ersten Laufwegnuten 4 auf
der Laufschiene 1 gegenüberliegen.
Das Gleitelement 2 kann relativ zur Laufschiene 1 auf
Grund der Rollenelemente oder Kugeln 20 durch die Lastkanäle 21,
von denen jeder zwischen der ersten Laufwegnut 4 auf der
Laufschiene 1 und auf der zweiten Laufwegnut 14 an
dem Gleitelement 2 definiert ist, laufen. Enddichtungen 13 sind über vorderen
und hinteren äußeren Flächen 38 der Endkappen 11 angeordnet,
eine an jeder Endkappe 11.
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Das
Gleitelement 2 weist hauptsächlich einen Laufwagen 10 auf,
welcher rittlings an der oberen Seite der Laufschiene 1 dargestellt
ist und an die Laufschiene 1 angepasst ist, und Endkappen 11 sind mit
vorderen und hinteren Enden des Laufwagens 10 verbunden,
jeweils mit einem Ende, sowie Abstandsele mente 12 sind
jeweils zwischen einer der Endkappen 11 und dem Laufwagen 10 zwischen
gelegt und Enddichtungen 12 sind über Endflächen der Endkappen 11 angeordnet,
um Abstände
zwischen der Laufschiene 1 und den Endkappen 11 zu
bedecken. Die Endkappe 11 weist einen Positionierstift 37 auf,
der dazu dient, die Endkappen 11 in eine mit der Enddichtung 13 ausgerichtete
Position zu bringen. Um die Enddichtung 13 auf dem Laufwagen 10 mit der
Endkappe 11 und dem Abstandselement 12 zu verbinden,
sind Befestigungsbolzen 17 vorgesehen, welche sich durch
eine Bolzenöffnung 45 in
der Endkappe 11 erstrecken, und eine Bolzenöffnung 46 in dem
Abstandselement 12, gefolgt durch eine Verschraubung in
einer Gewindeöffnung 44,
die in dem Laufwagen 10 gebohrt oder ausgehöhlt ist.
Der Laufwagen 10 des Gleitelementes 2 weist die
Laufwegnuten 14 auf und vordere und hintere Durchgangslöcher 5 zur
Bereitstellung von Umlaufführungen 22,
die sich parallel mit den Laufwegnuten 14 erstrecken. Der Laufwagen 10 ist
auch mit einer Gewindeöffnung 16 ausgestattet,
welche zur oberen Oberfläche 15 geöffnet ist,
so dass diese bei der Befestigung auf einem Maschinentisch verfügbar ist.
Bodendichtungen 17, die nicht dargestellt sind, werden
sowohl an dem Boden des Laufwagens 10 als auch an den Endkappen 11 angebracht,
um den Abstand zwischen diesen und den Abstand zwischen den längsgerichteten
Seiten 3 der Laufschiene 1 zu überdecken.
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Die
Rollenelemente oder Kugeln 20 können durch den Lastkanal 21 laufen,
welcher zwischen der ersten Laufwegnut 4 auf der Laufschiene 1 und
der zweiten Laufwegnut 14 auf dem Laufwagen 10 bestimmt
ist, um das Gleitelement 2 relativ zur Laufschiene 1 zu
bewegen. Rückhaltebänder 24 sind
vorgesehen, um die Kugeln 20 gegen Herausfallen von dem
Laufwagen 10 zu bewahren, wenn das Gleitelement 2 von
der Laufschiene 1 abgebaut ist. Kugeln 20 werden,
nachdem sie durch den Lastkanal 21 gelaufen sind, von dem
Lastkanal 21 zu dem Wendeelement 19 in einer der
vorderen oder hinteren Endkappen 11 geleitet unter der
Führung
einer ausgedehnten Nase 35, die an der Endkappe 11 realisiert ist
und laufen danach durch das Wendeelement 19 in die Rückführung 22 in
dem Laufwagen 10 über
ein Verbindungsrohr 48, gefolgt durch die Übertragung von
der Rückführung 22 zu
einem weiteren Wendeelement 19 über ein weiteres Verbindungsrohr 48 und zurück zu dem
ersten Lastkanal 21, um in Umlauf gebracht zu werden. In
diesem Beispiel sind die Wendeelemente 19 und die Rückführung 22 aus
nicht belasteten Kanälen
dargestellt. Ein Schmiernippel 25 zur Versorgung der Kugeln 20 mit
Schmierstoff oder Schmieröl
ist an jeder der Endkappen 11 angebracht und erstreckt
sich nach außen
hin zu verbundenen Enddichtungen 13. Über den Schmiernippel 25 zugeführtes Schmiermittel
fließt
durch eine Ölbohrung 34 und Ölpfade 33,
um an Kugeln 20 eingesetzt zu werden, gefolgt durch Schmierung
des Umlaufkreises, nachdem die Kugeln Schmiermittel aufgenommen haben
und durch die Wendeführungen 19,
die Rückführung 22 und
den Lastkanal 21 laufen.
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Die
Rückführung 22 wird
innerhalb der Hülse 6 aus
gesintertem Harzmaterial dargestellt, welche an dem Laufwagen 10 angeordnet
ist. Damit ist der Laufwagen 10 mit einer Durchgangsöffnung 5 versehen
mit einem inneren Durchmesser, der gleich der Summe der Durchmesser
einer Führung
ist, an der die Kugeln durchlaufen können und einer radialen Stärke der
Hülse 6,
gleichbedeutend mit einem insgesamten Durchmesser, einem äußeren Durchmesser
der Hülse 6.
Die Hülse 6 passt
in die Durchgangsöffnung 5 derart,
dass vordere und hintere Enden derselben gegenseitig an den Verbindungsrohren
anstoßen,
jeweils eines an einem Verbindungsrohr, um eine Bewegung der Hülse 6 in
Längsrichtung
entlang der Durchgangsöffnung 5 zu
vermeiden.
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Das
Gleitelement 2 enthält
einen Laufwagen 10, der mit der Durchgangsöffnung 5 versehen
ist, die Hülse 6,
die einen wesentlichen Teil des mittleren Bereiches der Rückführung 22 ausmacht,
das Abstandselement 12, welches an vorderen und hinteren Enden 40 des
Laufwagens 10 angebracht ist, eines an jedem Ende, und
die Endkappen 11, welche an den äußeren Enden 39 der
Abstandselemente 12 vorgesehen sind, eines an jedem Abstandselement 12.
Bei jeweils stirnseitiger Berührung
der Endkappen 11 mit den äußeren Enden 39 der
zugehörigen Abstandselemente 12 wird
die Endkappe 11 ortfest relativ zu dem damit verbundenen
Abstandselement 12 gehalten, wobei eine konkave Ausformung 36 in der
Endkappe 11 enthalten ist, welche angepasst und ausgeformt
ist zu einer entsprechenden konvexen Ausformung 47 eines
Ansatzes 7 des Abstandselementes 12, wie es in
Einzelheiten in 14 dargestellt ist. In diesem
dargestellten Verhältnis
der Endkappen 11 zu dem Abstandselement 12 ist
ein innerer Teil 8 an dem Ansatz 7 des Abstandselementes 12 gegenüber liegend
einem äußeren Teil 22 in
der Endkappe 11 mit Ausrichtung auf eine weitere angeordnet,
um das Verbindungsrohr 48 auszubilden, während eine
nach innen gekrümmte
Hälfte 9 des Ansatzes 7 des
Abstandselementes 12 in radial gegenüberliegendem Verhältnis mit
einer nach außen gekrümmten Hälfte 29 in
der Endkappe 11 positioniert ist, um das Wendeelemente 19 zwischen
diesen zu definieren.
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Die
Hülse 6 zur
Darstellung der Rückführung 22 passt,
da sie in ihrer gesamten Länge
nicht so lang ist, dass sie die vorderen und hinteren Enden der
Durchgangsöffnung 5 in
dem Laufwagen 10 erreicht, in die Durchgangsöffnung 5 mit
länglichen,
gegenüberliegenden
Endbereichen 31 der Durchgangsöffnung 5, welche nicht
abgedeckt sind. Das Abstandselement 12 beinhaltet die radial
nach innen gekrümmte
Hälfte 9 für das Wendeelement 19 zur Verbindung
des Lastkanales 21 mit der Rückführung 22, und dem
seitlich inneren Teil 8 für das Verbindungsrohr 48,
welches auf den blanken Endbereich 31 der Durchgangsöffnung 5 passt,
um ein Führungsende 49 bereitzustellen,
welches einen nicht zusammenhängenden
Bereich zwischen der Hülse 6 der Rückführung 22 und
der radial nach außen
gekrümmten
Hälfte 29 des
Wendeelementes 19 ausfüllt.
Darüber
hinaus weist die Endkappe 11 die radial nach außen gekrümmte Hälfte 29 für das Wendeelement 19 auf,
und der seitlich äußere Teil 28 für das Verbindungsrohr 28,
der über
den blanken Endbereich 31 der Durchgangsöffnung 5 passt,
füllt einen nicht
zu sammenhängenden
Bereich 49 zwischen der Hülse 6 der Rückführung 22 und
der radial nach außen
gekrümmten
Hälfte 29 des
Wendeelementes 19 aus.
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Die
Hülse 6 für die Rückführung 22 ist
derart gestaltet, um mit dem Durchgangsloch 5 in dem Laufwagen 10 zusammen
zu passen und ist dargestellt aus einem gesintertem Harzmaterial
mit poröser Struktur
mit einer Materialeigenschaft, die es ermöglicht einen Schmierstoff aufzunehmen.
Die Zusammenstellung der Hülse 6 ist
bezüglich
ihres Äußeren kreisförmig dargestellt,
um mit dem Durchgangsloch 5 gleichmäßig in dem Laufwagen 10 ausgebildet
zu sein und enthält
eine lineare Öffnung 30 entsprechend 7,
welche als Rückführung dient.
Das zur Verbindung der Rückführung 22 mit
dem Wendeelement 19 dienende Verbindungsrohr 48 wird
durch den inneren Teil 8 des Abstandselementes 12 und den äußeren Teil 28 der
Endkappe 11, welche einander gegenüberliegen, dargestellt und
liefert das Führungsende 49,
welches mit dem blanken Endbereich 31 der Durchgangsöffnung 5 zusammenpasst,
welches sich unterhalb des zugehörigen
Randes der Hülse 6 erstreckt,
die in dem nicht zusammenhängenden
Bereich mit der linearen Öffnung 30 in
der Hülse 3 liegt,
um die Rückführung 22 zu
vervollständigen.
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Wie
in 3 dargestellt, ist der seitliche innere Teil 8 auf
dem Abstandselement 12 derart ausgebildet, dass er geringfügig kleiner
ist als der halbe Kreis im Querschnitt des Verbindungsrohres 48, während der
seitliche äußere Teil 28 einen
wesentlichen Teil ausmacht, der größer ist als der halbe Kreis des
Verbindungsrohres 48. Somit sind die seitlichen inneren
und äußeren Teile 8 und 28 zusammengefügt, um das
Verbindungsrohr 48 an deren Stoßrändern 41 auszubilden,
welches relativ zu der Ebene, die auf der Achse 0 des Verbindungsrohres 48 liegt, schräg ausgerichtet
ist. Dieser Aufbau ist mit dem Vorteil verbunden, dass die Kugeln 20 nicht
in Kontakt kommen mit den jeweils gegenüberliegenden Passrändern 41,
womit gesichert ist, dass die Kugeln 20 sanft laufen. Al ternativ
kann davon ausgegangen werden, dass die inneren und äußeren Teile 8 und 28 aus
halbkreisförmigen
Hälften
hergestellt sind, die hinsichtlich der kreisförmigen Auslegung gleich sind. Darüber hinaus
sind das innere und das äußere Teil 8 und 28 derart
ausgebildet, um nach der Herstellung der gegenseitigen Verbindung
ein genau gerade ausgerichtetes Verbindungsrohr darzustellen.
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Da
die Lastkanäle 21,
welche durch die gegenüberliegenden
Laufwegnuten 4, 41 definiert sind, an der Breite
nach gegenüberliegenden
Seiten 3 der Laufschiene 1 angeordnet sind, eine
auf jeder Seite, korrespondieren die radial nach innen gekrümmten Hälften 9 für die Wendeelemente 19,
welche der Breite nach voneinander beabstandet sind, auf dem Abstandselement 12 mit
den Lastkanälen 21 in
entsprechender Weise und die seitlichen inneren Teile 8 auf dem
Abstandselement 12 werden entsprechend an die Rückführungen 22 angebunden.
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Das
Abstandselement 12 ist aus einem längsgerichteten Körper 50 aufgebaut
und zwischengelagert zwischen den Endkappen 11 und dem
Laufwagen 10 und die Ansätze 7 sind integral
mit dem Körper 50 ausgebildet
und jeder weist die radial nach innen gekrümmte Hälfte 9 für die Wendeführung 19 auf
und den inneren Teil 8 für das Verbindungsrohr 48.
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Bei
der Linearführungseinheit,
die wie später beschrieben
wird, aufgebaut ist, passt die Durchgangsöffnung 5 derart, dass
sie mit den Enden der vorderen und hinteren Ränder der Hülse 6 aneinander stoßen, eine
an jedem Rand, was damit verbunden ist, dass der hauptsächliche
mittlere Bereich zur Rückführung 22 zählt. Die
Einrichtung des Verbindungsrohres 48 an den vorderen und
hinteren Rändern
der Hülse 6 trägt zur Darstellung
einer Verbindung des Wendeelementes mit der Rückführung 22 innerhalb
der Durchgangsöffnung 5 bei,
womit der sanfte Umlauf der Kugeln 20 gesichert ist. Darüber hinaus
kann das Verbindungsrohr 48, da es sich in der Länge vom
Anfang bis zum Ende um ungefähr eine
Kugel dehnen kann, die Ge fahr vermindert werden, dass die Kugeln 20 in
der Hülse 6 am
Eingang der Rückführung 22 heftig
schlagen, womit die Hülse 6 aus
gesintertem Harzmaterial eine längere
Standzeit erhält.
Außerdem
ist das Abstandselement 12 mit mehr als einem Ansatz 7 ausgebildet
zur Darstellung des Verbindungsrohres 48 und deshalb ist
lediglich die Anpassung auf die konvexe Ausformung 47 des Ansatzes 7 des
Abstandselementes 12 in der konkaven Ausformung 36 in
der Endkappe 11 ausreichend, um mehr als ein inneres Teil 8 in
Eingriff zu bringen mit dessen entsprechendem äußeren Teil 28 in der Endkappe 11 zur
gleichen Zeit. Somit wird für
das Abstandselement 12, wie es hierin beschrieben wird, keine
aufwändige
Arbeit zur Anpassung für
mehr als ein inneres Teil 8 und die getrennten äußeren Teile 28 zur
gleichen Zeit benötigt.
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Bei
der Linearführungseinheit
entsprechend der vorliegenden Erfindung wird zur Vermeidung eines
Bruches, wie einem Riss oder ähnlichem,
der in dem gesinterten Harzmaterial auftreten könnte, wenn die Hülse 6 aus
gesintertem Harzmaterial kräftig
in die Durchgangsöffnung 5 eingetrieben
wird, die Hülse 6 durch
eine Nullpassung gehalten, bei welcher keine Toleranz zwischen der
Hülse 6 und
der Durchgangsöffnung 5 in
dem metallischen Laufwagen 10 vorliegt und/oder durch eine
Spielpassung, das heißt, mit
irgendeiner Spielpassung, die eine positive oder Nulltoleranz aufweist
anstelle eines Festsitzes, bei welchem die Hülse 6 auf Grund negativer
Toleranz kräftig
vorzutreiben ist. In der bereits beschriebenen Ausgestaltung war
die Hülse 6 auf
die Durchgangsöffnung 5 in
dem Laufwagen 10 mit einer Toleranz 32 angepasst
auf einen Bereich von 0 bis 0,15 mm. Die Hülse 6 für die Rückführung kann,
da eine Berührung der
Enden an den vorderen und hinteren Rändern derselben gegen das Verbindungsrohr 48 entsprechend 2 vorliegt,
mit einer Toleranz eingepasst werden, wie sie oben angegeben ist.
Da die Hülse nicht
mit einem Festsitz in der Durchgangsöffnung 5 an dem Laufwagen 10 montiert
ist, ist die Toleranz 32 mit 0 bis 0,15 mm zwischen den
einander angepassten Teilen ausreichend, um das Auftreten von Brüchen an
der Hülse 6 zu
verhindern die auf Grund der Differenz in thermischen Ausdehnungen
zwischen dem Laufwagen 10 und der Hülse 6 auftreten können.
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Da
die Hülse 6 aus
gesintertem Harzmaterial dargestellt ist, ist die in die Hülse 6 gebohrte
gerade Öffnung 30 zur
Darstellung der Rückführung 22 äußerst widerstandsfähig gegen
Deformationen, beispielsweise gegen Schrumpfen am inneren Durchmesser,
dass auftreten würde,
wenn ein Mangel an Schmiermittel vorliegt, womit eine kontinuierliche
geringfügige
Zuführung
von Schmiermittel zu den Kugeln 20 aufrecht erhalten wird
und eine gute Rückführung dieser
Kugeln gesichert ist. Die Rückführung 22 ist
auch konzentrisch in der Durchgangsöffnung 5 in dem Laufwagen 10 entsprechend
dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
positioniert, kann jedoch auch exzentrisch angeordnet sein.
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Alternativ
kann die Hülse 6 in
die Durchgangsöffnung 5 des
Laufwagens 10 angepasst sein, was nicht dargestellt ist,
und kann verschiedenartig konstruiert sein, wie es beispielsweise
in dem japanischen offen gelegten Patent Nummer 82469/2001 beschrieben
ist. Weiterhin kann, obwohl die Hülse 6 für die Rückführung in
der Linearführungseinheit
entsprechend der vorliegenden Erfindung in der Durchgangsöffnung 5 in
dem Laufwagen 10 mit einer Nullpassung gehalten wird, in
welcher keine Toleranz zwischen der Hülse 6 und der Durchgangsöffnung 5 vorhanden
ist, oder mit einer Spielpassung, d. h. irgendeiner Spielpassung
mit einer positiven oder negativen Toleranz, eingesetzt ist, die
Hülse 6 als
irgendeine Hülsenkonstruktion
vorliegen, eine einfache geradlinige Hülsenkonstruktion, eine Schlitz-Hülsen-Konstruktion
mit längsgerichteten
Schlitzen zum Halten von Schmiermittel, einer hantelähnlichen
Hülsenkonstruktion
mit längsgerichteten,
gegenüberliegenden
verstärkten
Enden und einem schlanken mittleren Teil mit Schlitzen darin, und
einer alternativen Hülsenkonstruktion,
in welcher verstärkte
Enden vorhanden sind, eine verstärkte
Rippe im Mittelteil zwischen den verstärkten Enden dargestellt ist und schlanke
Bereiche zwischen der verstärkten
Rippe und zumindest einem der verstärkten Enden vorhanden sind,
wobei ebenfalls Schlitze ausgebildet sind.