EP2929196A2 - Linearführung für werkzeugmaschinen - Google Patents

Linearführung für werkzeugmaschinen

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Publication number
EP2929196A2
EP2929196A2 EP13796083.7A EP13796083A EP2929196A2 EP 2929196 A2 EP2929196 A2 EP 2929196A2 EP 13796083 A EP13796083 A EP 13796083A EP 2929196 A2 EP2929196 A2 EP 2929196A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guide
sliding
linear guide
guide rail
carriage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP13796083.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Baumann
Ernst-Ulrich Schmitz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Index Werke GmbH and Co KG Hahn and Tessky
Original Assignee
Index Werke GmbH and Co KG Hahn and Tessky
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Filing date
Publication date
Application filed by Index Werke GmbH and Co KG Hahn and Tessky filed Critical Index Werke GmbH and Co KG Hahn and Tessky
Publication of EP2929196A2 publication Critical patent/EP2929196A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/38Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members using fluid bearings or fluid cushion supports
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/007Hybrid linear bearings, i.e. including more than one bearing type, e.g. sliding contact bearings as well as rolling contact bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/12Force, load, stress, pressure
    • F16C2240/18Stress
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2240/00Specified values or numerical ranges of parameters; Relations between them
    • F16C2240/30Angles, e.g. inclinations
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2322/00Apparatus used in shaping articles
    • F16C2322/39General build up of machine tools, e.g. spindles, slides, actuators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/008Systems with a plurality of bearings, e.g. four carriages supporting a slide on two parallel rails
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/02Sliding-contact bearings
    • F16C29/025Hydrostatic or aerostatic
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/04Ball or roller bearings
    • F16C29/06Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load
    • F16C29/0633Ball or roller bearings in which the rolling bodies circulate partly without carrying load with a bearing body defining a U-shaped carriage, i.e. surrounding a guide rail or track on three sides

Definitions

  • the invention relates to a linear guide for machine tools, comprising a guide rail extending in a longitudinal direction and having a constant cross-sectional shape in the longitudinal direction, and at least one guide carriage guided on the guide rail and encompassing the guide rail in partial regions of the cross-sectional shape.
  • the guide carriage is guided either exclusively by sliding guides on the guide rail or guided exclusively by WälzSystem exiten on the guide rail.
  • Slideways have the advantage that they have a high rigidity and high damping against self-building oscillations, but the disadvantage that they do not have a very high load capacity and high accuracy can be achieved only with great effort, however.
  • Rolling element guides have the advantage that they can be achieved with high accuracy with little effort and have a high load capacity, but the disadvantage that they have a certain elastic compliance and oppose vibrations or vibration only a low attenuation.
  • the invention is therefore an object of the invention to improve a linear guide of the type described above such that on the one hand ensure a precise guidance of the carriage relative to the guide rail and on the other hand have a high rigidity and a high damping against vibration.
  • This object is achieved according to the invention in a linear guide of the type described above in that the guide carriage is guided on the guide rail by at least one sliding guide which has at least one provided on the guide rail Gleitstütz phenomenon on which abuts a Gleitauflage Colour of the carriage, that the
  • Guide carriage on the guide rail is guided by at least one Wälz phenomena entry having at least one arranged on the guide rail rolling element track and provided on the carriage rolling element arrangement whose rolling elements are rolling along the Wälzterrorismlaufbahn the guide rail movable and that the at least one sliding guide and the at least one Wälz phenomena entry so are arranged and adapted to take on the carriage and perpendicular to the longitudinal direction of the guide rail acting, but differently oriented support forces.
  • the advantage of the solution according to the invention is thus to be seen in that it combines at least one sliding guide with at least one rolling element guide for guiding the guide carriage on the guide rail, wherein the sliding guide and the rolling element guide accommodate differently oriented supporting forces, that is to say that they are received by the sliding guide Supporting forces perpendicular to the longitudinal direction have a different orientation than the supporting forces received by the rolling body guide, so that either the sliding guide or the rolling element guide or both are acted upon by appropriate supporting forces depending on the load on the guide carriage.
  • the supporting forces acting on the sliding guide and the rolling body guide are in particular never rectified, but lie in a plane perpendicular to the longitudinal direction of the guide rail and have a different orientation in this plane.
  • Component of the force acting in the main load direction receives force.
  • the sliding guide is arranged so that it absorbs the force acting in the main load direction force, so that, for example, in the main load direction force is no or only a marginal load on the rolling element guide, so that the carriage when acting in the main load direction Force can be performed by the at least one slide with their advantageous properties.
  • the WälzSystem thus ensures that even when exposed transversely or opposite to the main load direction is always a reliable guidance of the carriage in the longitudinal direction with the participation of the slide and the rolling element or even with the involvement of Wälzschreibève Office.
  • a particularly advantageous solution provides, however, that the at least one rolling element guide and the at least one sliding guide are prestressed.
  • a bias of a sliding guide is not known from the prior art, since the preloaded design of a sliding guide is very expensive.
  • An essential component of the force is the largest of the two components in a component disassembly of the force.
  • the sliding guide and the rolling element guide could be biased separately.
  • the at least one rolling element guide and the at least one sliding guide are arranged relative to one another in such a way that the prestressing of the at least one sliding guide occurs simultaneously when the at least one rolling element guide is pretensioned.
  • Such a bias voltage makes it possible to achieve a high degree of precision even without the action of a load on the linear guide according to the invention, and in the case of transverse load forces acting on the main load direction, the guide precision and the guide rigidity and the good damping properties of the slide guide for the guiding properties of the linear guide allow. If, in particular, the load-related forces mentioned remain under the prestressing force, the sliding guide also outweighs the behavior of the linear guide with regard to the guiding properties of the linear guide, even in the case of load-related forces acting transversely or oppositely to the main load direction.
  • the support of the rolling element guide for biasing the same with the rolling element biasing force causes a sliding guide biasing force to simultaneously act on and bias the sliding guide due to the support of the rolling element biasing force via the sliding guide, thereby providing the at least one sliding guide with high precision Guide the guide carriage on the guide rail, in particular combined with high rigidity and high precision, can be operated.
  • the at least one Wälzterrorism entry is formed so that the bias of the at least one Wälzterrorism entry is effected by an elastic deformation of the rolling elements.
  • Such an elastic deformation of the rolling elements can be achieved in that they can be elastically deformed due to the Hertzian pressure, so that their shape deviates under prestress from an exact spherical shape or an exact cylindrical shape.
  • Such deviation from the exact spherical or cylindrical shape is on the order of a few microns, for example in the range between 6pm and 20pm, around which in Hertzian pressure the distance between the sphere center or cylinder axis and the deformed region is the exact radius of the sphere or the cylinder deviates.
  • an advantageous solution provides that the at least one sliding support surface and the at least one sliding contact surface of the sliding guide run transversely to the main load direction.
  • the at least one sliding support surface and the at least one sliding support surface of the sliding guide extend at an angle in the range of 40 ° to 90 ° to the main load direction.
  • an advantageous solution provides that the sliding guide is designed for a surface load of 50 N / mm 2 or less, in which case special sliding pairings are used.
  • the sliding guide is designed for a surface load of 15 N / mm 2 or less, more preferably 5 N / mm 2 or less.
  • the sliding bearing as a sliding pair has a combination of steel with gray cast iron or steel with bronze or steel with plastic or gray cast iron with gray cast iron or cast iron with bronze or gray cast iron with plastic or ceramic with steel.
  • an advantageous solution provides that a sum of all Gleitst Reifen vom the linear guide and a sum of all the Gleitauflage inhabit the linear guide an extension transverse to the longitudinal direction of the guide rail and in particular transverse to the main load direction, which is at least 1.5 times a width of the guide rail.
  • the linear guide according to the invention comprises two sliding guides.
  • sliding guides In the case of two sliding guides it is provided that these are arranged on both sides of a guide plane of symmetry, wherein the guide plane of symmetry lies in particular centrally between the two sliding guides.
  • the Gleitstütz vom and the Gleitauflage lake the sliding guides are both transverse to the guide plane of symmetry, preferably arranged at an acute angle to the guide plane of symmetry.
  • an advantageous solution provides that a Gleit Resultssstützkraft each of the sliding guides has a parallel and a force acting transversely to the guide plane of symmetry force component.
  • the two sliding guides are arranged so that the forces acting transversely to the plane of symmetry of the force cancel each other.
  • a Gleit Resultssstützkraft include a sliding guide and Gleit Resultssst Reifenkraft the other slide an angle in the range of 30 ° to 150 ° or from 210 ° to 330 ° with each other.
  • an advantageous embodiment of the solution according to the invention provides that the sliding support surface and the Gleitauflagemachining a sliding guide and the Gleitstütz requirements and the Gleitauflage simulation the other slide include an angle in the range of 30 ° to 150 ° or 210 ° to 330 ° with each other.
  • the linear guide comprises two rolling element guides.
  • the two rolling element guides are arranged on both sides of a guide plane of symmetry.
  • An expedient arrangement of such two sliding guides provides that a rolling guide supporting force of each of the rolling element guides has a force component acting in parallel and transversely to the plane of the guide symmetry.
  • the rolling element guides are arranged such that the force components acting transversely to the plane of symmetry cancel each other out.
  • a Wälz operationsstützkraft of a WälzERA entry and a Wälz operationsstützkraft the other WälzERA entry include an angle in the range of 30 ° to 50 ° or from 210 ° to 330 ° with each other.
  • linear guide according to the invention capable of running dry.
  • a particularly favorable solution provides that a lubricating film is arranged between the sliding support surface and the sliding support surface of the at least one sliding guide.
  • this lubricating film could be a hydrostatic lubricant film, which would require a complicated lubricant supply.
  • the lubricating film is a hydrodynamic lubricant film.
  • the thickness of the lubricating film in each position of the guide carriage over the extension of the guide rail in the longitudinal direction varies by less than 10%.
  • Such a slightly varying thickness of the lubricating film can be achieved, in particular, by pretensioning the at least one sliding guide and the at least one rolling element guide relative to one another.
  • the lubricating film has a thickness in the range of 2 pm to 6 pm.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a machine tool according to the invention
  • FIG. 2 is an illustration of a first embodiment of a linear guide according to the invention
  • FIG. Fig. 3 is an enlarged view of a plan view in the direction of the arrow X in Fig. 2;
  • FIG. 4 is a further enlarged view of the plan view of FIG. 3 in the area of sliding guides and rolling element guides
  • FIG. 6 is a view similar to FIG. 3 of a second embodiment of a linear guide according to the invention.
  • FIG. 7 is a view similar to FIG. 3 of a third embodiment of a linear guide according to the invention.
  • FIG. 8 is a view similar to FIG. 3 of a fourth embodiment of a linear guide according to the invention.
  • FIG. 9 is a view similar to FIG. 3 of a fifth embodiment of a linear guide according to the invention.
  • FIG. 1 schematically illustrated embodiment of a designated as a whole with 10 machine tool includes a machine frame 12, on which on the one hand a workpiece carrier 14, for example in the form of a workpiece spindle unit is arranged, in which a designated as a whole 16 workpiece about a workpiece spindle axis 18 is rotatably mounted.
  • a workpiece carrier 14 for example in the form of a workpiece spindle unit is arranged, in which a designated as a whole 16 workpiece about a workpiece spindle axis 18 is rotatably mounted.
  • a tool carrier 22 designated as a whole which, for example, carries a tool turret 24 which is rotatable about a tool turret axis 26 relative to the tool turret housing 28 by one of tools 32 held on the tool turret 24 in a machining position relative to the workpiece 16 bring in which a machining of the workpiece 16 by means of the tool 32 by relative movement of the two to each other is possible.
  • the relative movement between the workpiece 16 and the tool 32 is possible in that either the workpiece carrier 14 or the tool carrier 22 or both are movable relative to the machine frame 12.
  • cross slide which has on the one hand a Z-slide 42 which is guided parallel to the Z-direction by two mutually parallel linear guides 44a, 44b on the machine frame 12 and on the other hand, a tool turret housing 28 carrying X-carriage 46 which by parallel to each other and parallel to the X-direction linear guides 48a, 48b is guided on the Z-slide 42.
  • Such linear guides 44a, 44b and 48a, 48b are formed in the known machine tools either as slideways or as rolling guides in general, slideways have the disadvantage that they must be built to achieve a good management precision consuming and are not suitable for large loads, however, a high rigidity and have good damping properties against vibrations, while Wälz Entryen have the advantage of high guiding precision and have the disadvantage that they have a low rigidity and low damping properties for possibly occurring during machining of the workpiece 16 vibrations.
  • FIG. 2 and 3 illustrated first embodiment of a linear guide 50 according to the invention for machine tools 10 comprises a extending in a longitudinal direction 52 guide rail 54 which has a constant over its entire longitudinal direction 52 cross-sectional shape 56.
  • the guide rail 54 according to FIG. 2 and 3, a foot region 60, with which the guide rail 54 can be mounted on a mounting surface 62, wherein the foot portion 60 rests with a réellestützamide 64 on the mounting surface 62, and wherein in the embodiment of FIG. 1, the mounting surface 62 is formed by a support side 66 of the machine frame 12 or the Z-slide 42.
  • the foot region 60 comprises foot support surfaces 68a, 68b running transversely to the foot support 64 and in the longitudinal direction 52 and lying laterally of the guide rail 54, wherein at least one of the foot contact surfaces 68a, 68b, in the example shown in FIG. 2, comprises the foot contact surface 68a on a step surface 72 of the support side 66 abuts, which in conjunction with the effetstützamide 64, the possibility of a precisely rectilinear alignment of the guide rail 54 on the support side 66, for example, the machine frame 12 or the Z-slide 42 allows.
  • this is the total guide rail 54 with these passing through screws 58, for example, perpendicular to the mounting surface 62 extending screws 58, to the support side 66auf usden part, so for example the machine frame 12 or the Z-slide 42, fixed.
  • the guide rail 54 has a guide area designated as a whole with 80, which for example on both sides to a longitudinal center plane 82 of the guide rail 54, wherein the longitudinal center plane 82 preferably transversely, in particular perpendicularly, extends to neurosciencestütz torque 64, arranged guide contours 84a, 84b, which between the predominantlystrom vom 68a, 68b and one of the foot support surface 64 opposite rail surface 86 are located, preferably the
  • Rail surface 86 parallel to the foot support surface 64 extends.
  • the guide contours 84a and 84b are formed by side depressions 92a and 92b extending from the foot abutment surfaces 68 in the direction of the longitudinal center plane 82 into the guide rail 54, which faces a side surface 94a, 94b facing the foot support surface 64 and the rail surface 86 have ordered side surfaces 96a, 96b and lying between the respective side surfaces 94a and 96a and 94b and 96b, preferably parallel to the longitudinal center plane 82 extending base surfaces 98a and 98b have.
  • the side surfaces 94a and 94b and 96a and 96b extend on the one hand in the longitudinal direction 52 and on the other hand at an acute angle and symmetrically to the longitudinal center plane 82, wherein the acute angle is in the range of 30 ° to 60 °.
  • the side surfaces 96a and 96b extend in each case from the corresponding base surface 98a or 98b to upper outer surfaces 102a and 102b of the guide rail 54 which are parallel to the predominantlystrom matters 68a and 68b, preferably in alignment therewith and thus transverse to the rail surface 86 ,
  • at least one guide carriage 110 is arranged on the guide rail 54, which surrounds the guide rail 54 in the region of its rail surface 86 and the guide contours 84a and 84b and on the guide contours 84a and 84b by means of guide sections 112a and 112b, respectively.
  • the guide surfaces 114a and 114b which extend over the longitudinal direction 52 of the guide rail 54 and thus also in the longitudinal direction of the guide carriage 110 on the guide portions 112a and 112b, lie flat on the side surfaces 94a and 94b of the guide contours 84a and 84b and thus form sliding guides 120a and 120b, wherein in the overlap region between the side surfaces 94a and 94b and the guide surfaces 114a and 114b, the side surfaces 94a and 94b of
  • Guide rail 54 form Gleitstütz vom 124a and 124b and the guide surfaces 114a and 114b form slide bearing surfaces 126a and 126b, respectively, which constitute the slide guides 120a and 120b, the slide bearing surfaces 126a and 126b respectively having a sliding guide supporting force GSa and GSb perpendicular to the sliding supporting surfaces 124a and 124b, respectively, and mirror-symmetrical to Longitudinal plane 82 extend, which also forms a guide plane of symmetry 128 (Fig. 4).
  • the sliding guide forces GSa and GSb can be decomposed into components GSap and GSbp running parallel to the guide symmetry plane 128 and components GSas and GSbs running perpendicular to the guide symmetry plane 128, whereby the components GSas and GSbs cancel each other out, so that the components GSap and GSbp become a total - add sliding guide support GGS parallel to the plane of symmetry of the guide as shown in Fig. 4 shown.
  • the Automatverleiterssstützkraft GGS defines a main load direction HLR, so that in this main load direction HLR acting on the carriage 10 with a force KL load in the form of Bacleitleitstützkraft GGS is taken up exclusively by the sliding guides 120a and 120b, and thus a guide of the carriage 110 according to the already above properties of a pure sliding causes.
  • the side surfaces 96a and 96b form rolling element raceways 132a and 132b, respectively, on which the rolling elements 116a and 116b roll with their lateral surfaces when moving the guide carriage 110 in the longitudinal direction 52 and thus also support it.
  • the rolling element guides 130a and 130b lie on a side of the guide guide plane 134 which is opposite to the slide guides 120a and 120b and is perpendicular to the main load direction HLR.
  • the rolling body guides 130a and 130b are only for receiving a load acting on the carriage 110 in the direction of the total gear guide supporting force GWS, and thus opposite to the main load direction HLR, so that all loads acting opposite to the main load direction HLR from the rolling element guides 130a , 130b are received alone and thus the guidance of the guide carriage 110 takes place on the guide rail 54 exclusively in accordance with the above-mentioned properties of the rolling body guides 130a and 130b.
  • the WälzShConsequentlyn 118a and 118b could be arranged with the rolling elements 116a and 116b and the Gleitstütz vom 124a and 124b to the guide portions 112a and 112b of the guide carriage 110 such that the Gleit Operationss vom 126a and 126b without bias on the Gleitstützbericht 124a and 124b slide and, accordingly, the rolling elements 116a and 116b roll off vortemposabi on the WälzConsequentlymaschinennenbahnen 132a and 132b.
  • the advantage of the inventive combination of sliding guides 120a, 120b and rolling element guides 130a, 130b for guiding the guide carriage 110 along the guide rail 54 is that the rolling element guides 130a or 130b, as shown in FIG. 5, open the possibility of the rolling elements 116 due to the Hertzian pressure in the overlay on the corresponding rolling element raceway 132 to deform elastically, so that there is the possibility of elastically biasing the WälzSystem entryen 130 a and 130 b in a direction parallel to the respective Wälz Operationssstützkraft WSa, WSb direction perpendicular to the Wälzoasalaufbahnen 132 , so that even without load application of the guide carriage 110, the WälzConsequently entryen 130 with a WälzEffspannkraft WV, which runs parallel to the Wälz stressesstützkraft WS, are acted upon.
  • the guide sections 112a and 112b of the guide carriage 110 In order to apply the rolling body preload forces WVa and WVb, the guide sections 112a and 112b of the guide carriage 110 must in turn be supported on the sliding guides 120a and 120b, respectively, so that a sliding guide preload force GVa or GVb is applied to the rolling body preload force WVa or WVb as reaction force to the rolling body preloading force WVa and WVb Sliding guides 120 acts, this sliding guide biasing force GVa or GVb in the same direction as the respective Gleitstütz originally GSa and GSb act and arise from the WälzEffspann- forces WVa and WVb, when a force separation according to parallel and perpendicular to the guide plane of symmetry 128 components takes place and is taken into account that the perpendicular to the plane of symmetry plane 128 cancel components as in
  • the rolling body biasing forces WVa, WVb for example, a deformation of the rolling elements, 116a, 116b so that they differ in a range between 6 pm and more and 20 pm and less from the actual geometry of the rolling elements 116.
  • the sliding support surfaces 124a, 124b are made of cast iron and the guide rail 54 is made of hardened steel, a surface pressure of up to 2.5 N / mm 2 can be realized.
  • this extent amounts to more than 20% of a width B of the foot support surface 64 of the guide rail 54.
  • the sliding support surfaces 124a, 124b likewise extend over the entire length of the guide carriage 110 in the longitudinal direction 52 of the guide rail 54.
  • the Gleitstütz vom 124a and 124b and the Gleitauflage crab 126a and 126b are guided relative to each other by a lubricating film 140a and 140b, said lubricating film 140a, 140b preferably as a hydrodynamic lubricating film, which is due to the movement of the guide carriage 110 relative to the guide rail 54 forms.
  • the lubricating film has a thickness in the range of 2 pm to 6 m.
  • inserts 142a and 142b are inserted into the guide portions 112a, 112b for forming the slide pads 126a and 126b, so that the material for forming the slide pads 126a, 126b is independent of the material of the carriage 110 and, in particular, irrespective of the material of the guide portions 112a , 112b can be chosen.
  • the sliding contact surfaces 126a and 126b can be realized by materials such as bronze, plastic or ceramic, so that with a suitable choice of the guide rail 54 even the most varied sliding mating for the sliding materials can be selected.
  • the second embodiment is formed in the same manner as the first embodiment, so that the description of the individual elements can be fully incorporated by reference to the comments on the first embodiment.
  • the guide contour 84a and the guide portion 112a are formed to form the slide guides 120'a and 120'b, with the side surfaces 94a and 96a having their respective portions forming the slide support surfaces 124a and 124b and the guide portion 112a in turn forms the sliding abutment surfaces 126'a and 126'b which slidably abut against the sliding support surfaces 124'a and 124'b.
  • the Gleitstütz vom 124'a and 124'b and the Gleitauflage crab 126'a and 126'b run symmetrically to the guide plane of symmetry 128 ', which does not coincide in this embodiment in the longitudinal center plane 82 of the guide rail 54, but perpendicular to this. Further, symmetrically to the guide plane of symmetry 128 'in the guide portion 112b, the rolling elements 116'a and 116'b are arranged in corresponding WälzSystem effectn 118'a and 118'b, which in turn on the side surfaces 94b and 96b to form the corresponding Wälzoasalaufbahnen 132a and 132b support.
  • the main load direction HLR ' is parallel to the guide plane of symmetry 128', and in the guide plane of symmetry 128 'is also the total slide support force GGS' resulting from the slide support forces GS'a and .gamma. Taken up by the slide guides 120'a and 120'b GS'b composed.
  • the WälzSystem enclosureen 130'a, 130b formed by the in the WälzArchitectingn 118'a, 118'b recorded rolling elements 116'a, 116'b to the WälzConsequentlybahnen 132'a, 132'b bias in the same way as described in connection with the first embodiment, so that a biasing force on the sliding guides 120'a and 120'b acts in the same manner, as described in connection with the first embodiment.
  • the guide contours 84" a, 84 "b of the guide rail 54" are formed as projections, wherein the guide contour 84 "a the V-shaped sliding support surfaces 124" a and 124 “b bears, these sliding support surfaces 124 "a and 124" b are symmetrical to the guide plane of symmetry 128 and thus with sliding guide surfaces 126 "a and 126" b of the guide section 112 "a slide guides 120" a and 120 “b formed symmetrically to the guide plane of symmetry 128" are arranged.
  • Wälz moments 116 "a and 116" b are effective, which also have, for example, balls as rolling elements 116 “a and 116" b, which in Wälz stressesn 118 "a and 118" b and roll on rolling element raceways 132 "a and 132" b formed by the guide contour 84 "b of the guide rail 54".
  • the main load direction HLR is in the guide symmetry plane 128 "and the resulting total slip support force GGS" is also in the guide symmetry plane 128, while a resulting total roll support force GWS "is also in the guide symmetry plane 128", but opposite to the resulting one
  • a single slide 120 "' is formed by a portion of the upper rail 86 and a portion of a lower slide surface 88 facing the upper rail surface 86.
  • the lower guide carriage surface forms the slide support surface 124 "and the upper rail surface 86 forms the slide support surface 126" 'of the slide guide 120 "'.
  • the upper rail surface 86 may extend over the entire width of the guide rail 54 in the same manner as the lower guide carriage surface 88, it is possible to provide the sliding guide 120 '' with a high load capacity. Since the sliding support surface 124 "'and the sliding support surface 126"' extend perpendicular to the main load direction, no forces acting transversely to the guide plane of symmetry 128 also occur when the sliding guide 120 "'is loaded in the main load direction HLR.
  • the rolling elements 116a and 116b are arranged in the same manner as in the first embodiment and form the rolling element guides 130a and 130b in the same manner as described in connection with, for example, the first embodiment, so that in this regard to the comments on the first embodiment can be fully incorporated by reference.

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Abstract

Um eine Linearführung für Werkzeugmaschinen, umfassend eine sich in einer Längsrichtung erstreckende und in der Längsrichtung eine konstante Quer- schnittsform aufweisende Führungsschiene sowie mindestens einen an der Führungsschiene geführten und die Führungsschiene in Teilbereichen der Querschnittsform umgreifenden Führungswagen, derart zu verbessern, dass diese einerseits eine präzise Führung des Führungswagens relativ zur Führungsschiene gewährleisten und andererseits eine große Steifigkeit und eine große Dämpfung gegenüber Vibrationen aufweisen, wird vorgeschlagen, dass der Führungswagen an der Führungsschiene durch mindestens eine Gleitführung geführt ist, welche mindestens eine an der Führungsschiene vor- gesehene Gleitstützfläche aufweist, an welcher eine Gleitauflagefläche des Führungswagens anliegt, dass der Führungswagen an der Führungsschiene durch mindestens eine Wälzkörperführung geführt ist, welche mindestens eine an der Führungsschiene angeordnete Wälzkörperlaufbahn und eine am Führungswagen vorgesehene Wälzkörperanordnung aufweist, deren Wälz- körper sich abwälzend längs der Wälzkörperlaufbahn der Führungsschiene bewegbar sind, und dass die mindestens eine Gleitführung und die mindestens eine Wälzkörperführung so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie auf den Führungswagen und senkrecht zur Längsrichtung der Führungsschiene wirkende jedoch unterschiedlich ausgerichtete Stützkräfte aufnehmen.

Description

LINEARFÜHRUNG FÜR WERKZEUGMASCHINEN
Die Erfindung betrifft eine Linearführung für Werkzeugmaschinen, umfassend eine sich in einer Längsrichtung erstreckende und in der Längsrichtung eine konstante Querschnittsform aufweisende Führungsschiene sowie mindestens einen an der Führungsschiene geführten und die Führungsschiene in Teilbereichen der Querschnittsform umgreifenden Führungswagen.
Derartige Linearführungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist der Führungswagen entweder ausschließlich durch Gleitführungen an der Führungsschiene geführt oder ausschließlich durch Wälzkörperführungen an der Führungsschiene geführt.
Gleitführungen haben den Vorteil, dass diese eine hohe Steifigkeit und eine hohe Dämpfung gegen sich aufbauende Schwingungen aufweisen, jedoch den Nachteil, dass diese keine sehr hohe Tragfähigkeit aufweisen und eine hohe Genauigkeit nur mit großem Aufwand erreichbar ist, jedoch.
Wälzkörperführungen haben den Vorteil, dass sie eine hohe Genauigkeit mit geringem Aufwand erreichbar ist und eine große Tragfähigkeit aufweisen, jedoch den Nachteil, dass sie eine gewissen elastische Nachgiebigkeit aufweisen und Schwingungen oder Vibrationen nur eine geringe Dämpfung entgegensetzen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Linearführung der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, dass diese einerseits eine präzise Führung des Führungswagens relativ zur Führungsschiene gewährleisten und andererseits eine große Steifigkeit und eine große Dämpfung gegenüber Vibrationen aufweisen. Diese Aufgabe wird bei einer Linearführung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Führungswagen an der Führungsschiene durch mindestens eine Gleitführung geführt ist, welche mindestens eine an der Führungsschiene vorgesehene Gleitstützfläche aufweist, an welcher eine Gleitauflagefläche des Führungswagens anliegt, dass der
Führungswagen an der Führungsschiene durch mindestens eine Wälzkörperführung geführt ist, welche mindestens eine an der Führungsschiene angeordnete Wälzkörperlaufbahn und eine am Führungswagen vorgesehene Wälzkörperanordnung aufweist, deren Wälzkörper sich abwälzend längs der Wälzkörperlaufbahn der Führungsschiene bewegbar sind und dass die mindestens eine Gleitführung und die mindestens eine Wälzkörperführung so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie auf den Führungswagen und senkrecht zur Längsrichtung der Führungsschiene wirkende, jedoch unterschiedlich ausgerichtete Stützkräfte aufnehmen .
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu sehen, dass diese zur Führung des Führungswagens an der Führungsschiene mindestens eine Gleitführung mit mindestens einer Wälzkörperführung kombiniert, wobei die Gleitführung und die Wälzkörperführung unterschiedlich ausgerichtete Stützkräfte aufnehmen, das heißt also, dass die von der Gleitführung aufgenommenen Stützkräfte senkrecht zur Längsrichtung eine andere Ausrichtung aufweisen als die von der Wälzkörperführung aufgenommenen Stützkräfte, so dass je nach Lasteinwirkung auf den Führungswagen entweder die Gleitführung oder die Wälzkörperführung oder beide durch entsprechende Stützkräfte beaufschlagt werden.
Die auf die Gleitführung und die Wälzkörperführung wirkenden Stützkräfte sind insbesondere nie gleichgerichtet, sondern liegen in einer senkrecht zur Längsrichtung der Führungsschiene verlaufenden Ebene und weisen in dieser Ebene eine unterschiedliche Ausrichtung auf. Damit besteht bei der erfindungsgemäßen Linearführung die Möglichkeit, durch entsprechende Ausrichtung der Linearführung relativ zur Richtung der Last die bei der Belastung des Führungswagens auftretenden Stützkräfte entweder auf die Gleitführung oder auf Wälzkörperführung oder auf beide wirken zu lassen.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht dabei vor, dass der Linearführung eine Hauptlastrichtung zugeordnet ist und dass die mindestens eine Gleitführung so angeordnet ist, dass diese mindestens eine wesentliche
Komponente der in Hauptlastrichtung wirkenden Kraft aufnimmt.
Noch besser ist es, wenn die Gleitführung so angeordnet ist, dass diese die in Hauptlastrichtung wirkende Kraft aufnimmt, so dass beispielsweise bei der in Hauptlastrichtung wirkenden Kraft keine oder nur eine marginale Belastung der Wälzkörperführung besteht, so dass der Führungswagen bei Einwirkung der in Hauptlastrichtung wirkenden Kraft durch die mindestens eine Gleitführung mit deren vorteilhaften Eigenschaften geführt werden kann.
Somit besteht die Möglichkeit, einerseits eine zusätzliche Führung durch die Wälzkörperführung zu erhalten, andererseits aber durch geeignete Wahl der Hauptlastrichtung die in dieser wirkenden hauptsächlichen Kräfte durch die Gleitführung mit ihren vorteilhaften Eigenschaften, wie hohe Steifigkeit und hohe Dämpfung, aufzunehmen.
Die Wälzkörperführung stellt somit sicher, dass auch bei Einwirkung quer oder entgegengesetzt zur Hauptlastrichtung stets eine zuverlässige Führung des Führungswagens in der Längsrichtung unter Beteiligung der Gleitführung und der Wälzkörperführung oder auch nur unter Beteiligung der Wälzkörperführung erfolgt. Prinzipiell bestünde die Möglichkeit, die mindestens eine Gleitführung und die mindestens eine Wälzkörperführung vorspannungsfrei in der Linearführung zu betreiben.
Eine besonders vorteilhafte Lösung sieht jedoch vor, dass die mindestens eine Wälzkörperführung und die mindestens eine Gleitführung vorgespannt sind .
Eine Vorspannung einer Gleitführung ist aus dem Stand der Technik nicht bekannt, da die vorgespannte Ausführung einer Gleitführung sehr aufwendig ist.
Eine wesentliche Komponente der Kraft ist bei einer Komponentenzerlegung der Kraft die größte der beiden Komponenten.
Dabei könnten prinzipiell die Gleitführung und die Wälzkörperführung separat vorgespannt sein.
Besonders zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Vorspannung der mindestens einen Wälzkörperführung die Vorspannung der mindestens einen Gleitführung zur Folge hat.
Das heißt, dass die mindestens eine Wälzkörperführung und die mindestens eine Gleitführung relativ zueinander so angeordnet sind, dass bei Vorspannung der mindestens einen Wälzkörperführung gleichzeitig die Vorspannung der mindestens einen Gleitführung auftritt.
Eine derartige Vorspannung erlaubt es, bereits ohne Einwirkung einer Last auf die erfindungsgemäße Linearführung eine hohe Führungspräzision zu erreichen und bei quer oder auch entgegengesetzt zur Hauptlastrichtung wirkenden lastbedingten Kräften, die Führungspräzision und die Führungssteifigkeit sowie die guten Dämpfungseigenschaften der Gleitführung für die Führungseigenschaften der Linearführung wirksam werden zu lassen. Bleiben insbesondere die genannten lastbedingten Kräfte unter der Vorspannkraft, so überwiegt auch bei quer oder entgegengesetzt zur Hauptlastrichtung wirkenden lastbedingten Kräften die Gleitführung hinsichtlich der Führungseigenschaften der Linearführung für das Verhalten der Linearführung .
Insbesondere erfolgt dies dadurch, dass die mindestens eine Wälzkörperführung durch eine senkrecht zur Längsrichtung der Führungsschiene wirkende Wälzkörpervorspannkraft vorgespannt ist, deren Reaktionskraft eine auf die Gleitführung wirkende Gleitführungsvorspannkraft ergibt.
Das heißt, dass die Abstützung der Wälzkörperführung zur Vorspannung derselben mit der Wälzkörpervorspannkraft dazu führt, dass aufgrund der Abstützung der Wälzkörpervorspannkraft über die Gleitführung gleichzeitig eine Gleitführungsvorspannkraft auf die Gleitführung wirkt und diese ebenfalls vorspannt, so dass dadurch die mindestens eine Gleitführung mit einer hohen Präzision der Führung des Führungswagens an der Führungsschiene, insbesondere kombiniert mit hoher Steifigkeit und hoher Präzision, betrieben werden kann.
Insbesondere ist die mindestens eine Wälzkörperführung so ausgebildet, dass die Vorspannung der mindestens einen Wälzkörperführung durch eine elastische Deformation der Wälzkörper erfolgt.
Eine derartige elastische Deformation der Wälzkörper, seien sie Kugeln oder Rollen, ist dadurch zu erreichen, dass diese aufgrund der Hertzschen-Pressung elastisch deformiert werden können, so dass deren Form unter Vorspannung von einer exakten Kugelform oder einem exakter Zylinderform abweicht. Eine derartige Abweichung von der exakten Kugelform oder Zylinderform liegt in der Größenordnung einiger Mikrometer, beispielsweise im Bereich zwischen 6pm und 20 pm, um welche bei der Hertzschen-Pressung der Abstand zwischen dem Kugelmittelpunkt oder der Zylinderachse und dem deformierten Bereich von dem exakten Radius der Kugel bzw. des Zylinders abweicht.
Hinsichtlich der Ausrichtung der mindestens einen Gleitstützfläche und der mindestens einen Gleitauflagefläche der Gleitführung wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die mindestens eine Gleitstützfläche und die mindestens eine Gleitauflagefläche der Gleitführung quer zur Hauptlastrichtung verlaufen .
Insbesondere ist vorgesehen, dass die mindestens eine Gleitstützfläche und die mindestens eine Gleitauflagefläche der Gleitführung in einem Winkel im Bereich von 40° bis 90° zur Hauptlastrichtung verlaufen.
Hinsichtlich der Auslegung der Gleitführung wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Gleitführung auf eine Flächenbelastung von 50 N/mm2 oder weniger ausgelegt ist, wobei in diesem Fall spezielle Gleitpaarungen eingesetzt werden.
Es ist aber auch denkbar, dass die Gleitführung auf eine Flächenbelastung von 15 N/mm2 oder weniger, noch besser 5 N/mm2 oder weniger ausgelegt ist.
Hinsichtlich der vorgesehenen Gleitpaarungen wurden bei der erfindungsgemäßen Gleitführung ebenfalls keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass die Gleitführung als Gleitpaarung eine Kombination von Stahl mit Grauguss oder Stahl mit Bronze oder Stahl mit Kunststoff oder Grauguss mit Grauguss oder Grauguss mit Bronze oder Grauguss mit Kunststoff oder Keramik mit Stahl aufweist.
All diese Gleitflächenpaarungen haben einerseits die vorteilhafte Eigenschaft, dass sie bei mäßiger Flächenbelastung insgesamt aufgrund der großen Fläche große Lasten aufnehmen können.
Hinsichtlich der Ausdehnung der Gleitführung quer zur Längsrichtung der Führungsschiene wurden bislang ebenfalls keine näheren Angaben gemacht.
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass eine Summe aller Gleitstützflächen der Linearführung und eine Summe aller die Gleitauflageflächen der Linearführung eine Ausdehnung quer zur Längsrichtung der Führungsschiene und insbesondere quer zur Hauptlastrichtung aufweisen, die mindestens das 1,5- fache einer Breite der Führungsschiene beträgt.
Im Rahmen der bislang erläuterten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Linearführung wurde stets davon ausgegangen, dass diese
mindestens eine Gleitführung umfasst.
Besonders günstig ist es jedoch, wenn die erfindungsgemäße Linearführung zwei Gleitführungen umfasst.
Im Fall zweier Gleitführungen ist dabei vorgesehen, dass diese beiderseits einer Führungssymmetrieebene angeordnet sind, wobei die Führungssymmetrieebene insbesondere mittig zwischen den beiden Gleitführungen liegt. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass die Gleitstützflächen und die Gleitauflageflächen der Gleitführungen beide quer zur Führungssymmetrieebene verlaufen, vorzugsweise in einem spitzen Winkel zur Führungssymmetrieebene angeordnet sind.
Dabei ist zweckmäßigerweise vorgesehen, dass die Gleitstützflächen und die Gleitauflageflächen der beiden Gleitführungen spiegelsymmetrisch zu der Führungssymmetrieebene angeordnet sind .
Hinsichtlich der Ausrichtung der beiden Gleitführungen relativ zueinander sieht eine vorteilhafte Lösung vor, dass eine Gleitführungsstützkraft jeder der Gleitführungen eine parallel und eine quer zur Führungssymmetrieebene wirkende Kraftkomponente aufweist.
Vorzugsweise sind die beiden Gleitführungen dabei so angeordnet, dass sich die quer zur Führungssymmetrieebene wirkenden Kraftkomponenten gegenseitig aufheben.
Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass eine Gleitführungsstützkraft der einen Gleitführung und eine Gleitführungsstützkraft der anderen Gleitführung einen Winkel im Bereich von 30° bis 150° oder von 210° bis 330° miteinander einschließen.
Schließlich sieht eine vorteilhafte Realisierungsform der erfindungsgemäßen Lösung vor, dass die Gleitstützfläche und die Gleitauflagefläche der einen Gleitführung und die Gleitstützfläche und die Gleitauflagefläche der anderen Gleitführung einen Winkel im Bereich von 30° bis 150° oder von 210° bis 330° miteinander einschließen .
Darüber hinaus wurden auch hinsichtlich der Anordnung der Wälzkörperführungen keine näheren Angaben gemacht. Beispielsweise wäre es denkbar, die erfindungsgemäße Linearführung mit einer einzigen Wälzkörperführung zu realisieren.
Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, dass die Linearführung zwei Wälzkörperführungen umfasst.
Vorzugsweise sind dabei auch die beiden Wälzkörperführungen beiderseits einer Führungssymmetrieebene angeordnet.
Eine zweckmäßige Anordnung derartiger zweier Gleitführungen sieht vor, dass eine Wälzführungsstützkraft jeder der Wälzkörperführungen eine parallel und eine quer zur Führungssymmetrieebene wirkende Kraftkomponente aufweist.
Vorzugsweise sind die Wälzkörperführungen so angeordnet, dass sich die quer zur Führungssymmetrieebene wirkenden Kraftkomponenten gegenseitig aufheben.
Insbesondere ist vorgesehen, dass eine Wälzführungsstützkraft der einen Wälzkörperführung und eine Wälzführungsstützkraft der anderen Wälzkörperführung einen Winkel im Bereich von 30° bis 50° oder von 210° bis 330° miteinander einschließen.
Hinsichtlich der Schmierung der erfindungsgemäßen Linearführung wurden bislang keine näheren Angaben gemacht.
Beispielsweise wäre es denkbar, die erfindungsgemäße Linearführung trockenlauffähig auszuführen.
Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, dass zwischen der Gleitstützfläche und der Gleitauflagefläche der mindestens einen Gleitführung ein Schmierfilm angeordnet ist. Dieser Schmierfilm könnte beispielsweise ein hydrostatischer Schmierfilm sein, wobei dieser eine komplizierte Schmiermittelversorgung erforderlich machen würde.
Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Schmierfilm ein hydrodynamischer Schmierfilm ist.
Ferner ist zweckmäßigerweise hinsichtlich der Ausbildung des Schmierfilms vorgesehen, dass die Dicke des Schmierfilms in jeder Position des Führungswagens über der Ausdehnung der Führungsschiene in der Längsrichtung um weniger als 10% variiert.
Eine derartige gering variierende Dicke des Schmierfilms ist insbesondere dadurch erreichbar, dass die mindestens eine Gleitführung und die mindestens eine Wälzkörperführung relativ zueinander vorgespannt sind .
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Schmierfilm eine Dicke im Bereich von 2 pm bis 6 pm aufweist.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine;
Fig. 2 eine Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Linearführung; Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer Draufsicht in Richtung des Pfeils X in Fig. 2;
Fig. 4 eine nochmals vergrößerte Darstellung der Draufsicht gemäß Fig . 3 im Bereich der Gleitführungen und Wälzkörperführungen
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Wälzkörpers mit sich dabei ausbildender Hertzscher-Pressung;
Fig. 6 eine Darstellung ähnlich Fig . 3 eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Linearführung;
Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig . 3 eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Linearführung;
Fig. 8 eine Darstellung ähnlich Fig . 3 eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Linearführung und
Fig. 9 eine Darstellung ähnlich Fig . 3 eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Linearführung .
Ein in Fig . 1 schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel einer als Ganzes mit 10 bezeichneten Werkzeugmaschine umfasst ein Maschinengestell 12, an welchem einerseits ein Werkstückträger 14, beispielsweise in Form einer Werkstückspindeleinheit angeordnet ist, in welcher ein als Ganzes mit 16 bezeichnetes Werkstück um eine Werkstückspindelachse 18 drehbar gelagert ist. Ferner ist am Maschinengestell 12 ein als Ganzes mit 22 bezeichneter Werkzeugträger angeordnet, welcher beispielsweise ein Werkzeugrevolverkopf 24 trägt, der um eine Werkzeugrevolverachse 26 relativ zum Werkzeugrevolvergehäuse 28 drehbar ist, um jeweils eines von an dem Werkzeugrevolverkopf 24 gehaltenen Werkzeugen 32 in eine Bearbeitungsstellung relativ zum Werkstück 16 bringen zu können, in welcher eine Bearbeitung des Werkstücks 16 mittels des Werkzeugs 32 durch Relativbewegung der beiden zueinander möglich ist.
Die Relativbewegung zwischen dem Werkstück 16 und dem Werkzeug 32 ist dadurch möglich, dass entweder der Werkstückträger 14 oder der Werkzeugträger 22 oder beide relativ zum Maschinengestell 12 bewegbar sind .
Beispielsweise ist in dem in Fig . 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Bewegbarkeit des Werkzeugträgers 22 relativ zum Werkstück 16 in Richtung einer parallel zur Werkstückspindelachse 18 verlaufenden Z-Richtung sowie in einer senkrecht zur Werkstückspindelachse 16 verlaufenden X-Richtung vorgesehen.
Diese Bewegungen erfolgen mittels eines in Fig. 1 als Ganzes mit 40
bezeichneten Kreuzschlittens, der einerseits einen Z-Schlitten 42 aufweist, der parallel zur Z-Richtung durch zwei parallel zueinander verlaufende Linearführungen 44a, 44b am Maschinengestell 12 geführt ist und der andererseits einen das Werkzeugrevolvergehäuse 28 tragenden X-Schlitten 46 umfasst, der durch parallel zueinander und parallel zur X-Richtung verlaufende Linearführungen 48a, 48b am Z-Schlitten 42 geführt ist.
Derartige Linearführungen 44a, 44b sowie 48a, 48b sind bei den bekannten Werkzeugmaschinen entweder als Gleitführungen oder in der Regel als Wälzführungen ausgebildet, wobei Gleitführungen den Nachteil haben, dass sie zum Erreichen einer guten Führungspräzision aufwendig aufgebaut werden müssen und nicht für große Lasten geeignet sind, jedoch eine hohe Steifigkeit und gute Dämpfungseigenschaften gegen Vibrationen aufweisen, während Wälzführungen den Vorteil hoher Führungspräzision haben und den Nachteil haben, dass diese eine geringe Steifigkeit und geringe Dämpfungseigenschaften für möglicherweise beim Bearbeiten des Werkstücks 16 auftretende Vibrationen haben .
Ein in Fig . 2 und 3 dargestelltes erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Linearführung 50 für Werkzeugmaschinen 10 umfasst eine sich in einer Längsrichtung 52 erstreckende Führungsschiene 54, welche eine über deren gesamten Längsrichtung 52 konstante Querschnittsform 56 aufweist.
Insbesondere weist die Führungsschiene 54 gemäß Fig . 2 und 3 einen Fußbereich 60 auf, mit welchem die Führungsschiene 54 auf einer Montagefläche 62 montierbar ist, wobei der Fußbereich 60 mit einer Fußstützfläche 64 auf der Montagefläche 62 aufliegt, und wobei beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig . 1 die Montagefläche 62 durch eine Auflageseite 66 des Maschinengestells 12 oder des Z-Schlittens 42 gebildet ist.
Ferner umfasst der Fußbereich 60 quer zur Fußstützfläche 64 und in der Längsrichtung 52 verlaufende und seitlich der Führungsschiene 54 liegende Fußanlageflächen 68a, 68b, wobei mindestens eine der Fußanlageflächen 68a, oder 68b, im in Fig. 2 dargestellten Beispiel die Fußanlagefläche 68a, an einer Stufenfläche 72 der Auflageseite 66 anliegt, welche in Verbindung mit der Fußstützfläche 64 die Möglichkeit einer exakt geradlinigen Ausrichtung der Führungsschiene 54 auf der Auflageseite 66 beispielsweise des Maschinengestells 12 oder des Z-Schlittens 42 ermöglicht.
Vorzugsweise ist hierzu die gesamt Führungsschiene 54 mit diesen durchsetzenden Schrauben 58, beispielsweise senkrecht zur Montagefläche 62 verlaufenden Schrauben 58, an den die Auflageseite 66aufweisenden Teil, also beispielsweise dem Maschinengestell 12 oder dem Z-Schlitten 42, fixierbar. Darüber hinaus weist die Führungsschiene 54 einen als Ganzes mit 80 bezeichneten Führungsbereich auf, welcher beispielsweise beiderseits zu einer Längsmittelebene 82 der Führungsschiene 54, wobei die Längsmittelebene 82 vorzugsweise quer, insbesondere senkrecht, zur Fußstützfläche 64 verläuft, angeordnete Führungskonturen 84a, 84b umfasst, welche zwischen den Fußanlageflächen 68a, 68b und eine einer der Fußstützfläche 64 gegenüberliegend angeordneten Schienenoberfläche 86 liegen, wobei vorzugsweise die
Schienenoberfläche 86 parallel zu der Fußstützfläche 64 verläuft.
Wie in Fig . 3 vergrößert dargestellt, werden die Führungskonturen 84a und 84b gebildet durch sich ausgehend von den Fußanlageflächen 68 in Richtung der Längsmittelebene 82 in die Führungsschiene 54 hinein erstreckende Seitenvertiefungen 92a und 92b, die eine der Fußstützfläche 64 zugewandt angeordnete Seitenflächen 94a, 94b sowie der Schienenoberfläche 86 zugewandt angerordneten Seitenflächen 96a, 96b aufweisen und die zwischen den jeweiligen Seitenflächen 94a und 96a bzw. 94b und 96b liegende, vorzugsweise parallel zu der Längsmittelebene 82 verlaufende Grundflächen 98a bzw. 98b aufweisen.
Insbesondere verlaufen dabei die Seitenflächen 94a und 94b sowie 96a und 96b einerseits in der Längsrichtung 52 und andererseits in einem spitzen Winkel und symmetrisch zur Längsmittelebene 82, wobei der spitze Winkel im Bereich von 30° bis 60° liegt.
Die Seitenflächen 96a und 96b erstrecken sich dabei jeweils von der entsprechenden Grundfläche 98a bzw. 98b bis zu oberen Außenflächen 102a bzw. 102b der Führungsschiene 54, welche parallel zu der Fußanlagefläche 68a bzw. 68b, vorzugsweise fluchtend mit dieser und somit quer zur Schienenoberfläche 86 verlaufen. Zur Führung eines Maschinenelements der Werkzeugmaschine 10 in der Längsrichtung 52 der Führungsschiene 54 ist an der Führungsschiene 54 mindestens ein Führungswagen 110 angeordnet, welcher die Führungsschiene 54 im Bereich ihrer Schienenoberfläche 86 und der Führungskonturen 84a und 84b umgreift und an den Führungskonturen 84a und 84b mittels Führungsabschnitten 112a bzw. 112b geführt ist.
Hierzu weisen die Führungsabschnitte 112a und 112b den Seitenflächen 94a bzw. 94b zugewandte Führungsflächen 114a bzw. 114b auf, sowie in den Führungsabschnitten 112a und 112b gelagerte Wälzkörper 116a bzw. 116b, welche aus den Führungsabschnitten 112a bzw. 112b in Richtung der Seitenflächen 96a bzw. 96b überstehen und sich an diesen mit ihren Mantelflächen 117a bzw. 117b abstützen.
Dabei ist jeweils eine Vielzahl von Wälzkörpern 116a bzw. 116b in der Längsrichtung 52 der Führungsschiene 54 aufeinanderfolgend in Wälzkörperaufnahmen 118a bzw. 118b der Führungsabschnitte 112a bzw. 112b der Führungswagen 110 angeordnet und geführt, wobei die Wälzkörper 116a bzw. 116b mit den Wälzkörperaufnahmen 118a bzw. 118b zusammen Wälzkörperanordnungen 119a bzw. 119b bilden.
Die Führungsflächen 114a und 114b, die sich über die Längsrichtung 52 der Führungsschiene 54 und somit auch in Längsrichtung des Führungswagens 110 an den Führungsabschnitten 112a bzw. 112b erstrecken, liegen dabei flächenhaft auf den Seitenflächen 94a bzw. 94b der Führungskonturen 84a bzw. 84b auf und bilden somit Gleitführungen 120a bzw. 120b, wobei im Überlappungsbereich zwischen den Seitenflächen 94a und 94b sowie den Führungsflächen 114a bzw. 114b die Seitenflächen 94a bzw. 94b der
Führungsschiene 54 Gleitstützflächen 124a bzw. 124b ausbilden und die Führungsflächen 114a bzw. 114b Gleitauflageflächen 126a bzw. 126b ausbilden, welche die Gleitführungen 120a bzw. 120b darstellen, wobei die Gleitauflageflächen 126a bzw. 126b mit einer senkrecht auf den Gleitstützflächen 124a bzw. 124b stehenden Gleitführungsstützkraft GSa bzw. GSb wirken, und spiegelsymmetrisch zur Längsmittelebene 82 verlaufen, die außerdem eine Führungssymmetrieebene 128 bildet (Fig . 4).
Die Gleitführungskräfte GSa und GSb lassen sich in parallel zur Führungssymmetrieebene 128 verlaufende Komponenten GSap und GSbp sowie senkrecht zur Führungssymmetrieebene 128 verlaufende Komponenten GSas und GSbs zerlegen, wobei sich die Komponenten GSas und GSbs gegenseitig aufheben, so dass sich die Komponenten GSap und GSbp zu einer Gesamt- gleitführungsstützkraft GGS addieren lassen, die parallel zur Führungssymmetrieebene liegt, wie in Fig . 4 dargestellt.
Die Gesamtgleitführungsstützkraft GGS definiert eine Hauptlastrichtung HLR, so dass eine in dieser Hauptlastrichtung HLR auf den Führungswagen 10 mit einer Kraft KL einwirkende Last in Form der Gesamtgleitführungsstützkraft GGS ausschließlich durch die Gleitführungen 120a bzw. 120b aufgenommen wird und somit eine Führung des Führungswagens 110 entsprechend den bereits vorstehend genannten Eigenschaften einer reinen Gleitführung bewirkt.
Zur Abstützung der Wälzkörper 116a bzw. 116b bilden die Seitenflächen 96a bzw. 96b Wälzkörperlaufbahnen 132a bzw. 132b, auf denen sich die Wälzkörper 116a bzw. 116b mit ihren Mantelflächen beim Bewegen des Führungswagens 110 in der Längsrichtung 52 abwälzen und somit auch abstützen.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung liegen die Wälzkörperführungen 130a und 130b auf einer den Gleitführungen 120a und 120b gegenüberliegenden Seite einer senkrecht zur Hauptlastrichtung HLR verlaufenden Führungsteilungs- ebene 134. Somit bilden die Wälzkörper 116a und 116b mit den Wälzkörperaufnahmen 118a bzw. 118b in den Führungsabschnitten 112a bzw. 112b und den Wälzkörperlaufbahnen 132a bzw. 132b als Teilflächen der Seitenflächen 96a bzw. 96b Wälzkörperführungen 130a bzw. 130b, wobei die Wälzkörper 116a bzw. 116b mit Wälzführungsstützkräften WSa bzw. WSb auf die Wälzkörperlaufbahnen 132a bzw. 132b einwirken.
Da die Wälzführungsstützkräfte WSa und WSb symmetrisch zur Längsmittelebene 82 verlaufen, lassen sich diese in parallel zur Führungssymmetrieebene 128 verlaufende Komponenten WSap und WSbp sowie in senkrecht zur Führungssymmetrieebene 128 verlaufende Komponenten WSas und WSbs zerlegen, wobei sich die senkrechten Komponenten WSas und WSbs gegenseitig aufheben und sich die parallelen Komponenten WSap und WSbp zu einer Gesamtwälzführungsstützkraft GWS ergänzen, die ebenfalls in der Längsmittelebene 82 liegt, allerdings genau entgegengesetzt zur Gesamtgleit- führungsstützkraft GGS gerichtet ist.
Somit sind die Wälzkörperführungen 130a bzw. 130b lediglich zur Aufnahme einer Last geeignet, die in Richtung der Gesamtwälzführungsstützkraft GWS auf den Führungswagen 110 wirkt und somit entgegengesetzt zur Hauptlastrichtung HLR, so dass alle Lasten, die entgegengesetzt zur Hauptlastrichtung HLR wirksam sind, von den Wälzkörperführungen 130a, 130b allein aufgenommen werden und somit erfolgt die Führung der Führungswagen 110 an der Führungsschiene 54 ausschließlich entsprechend den bereits vorstehend genannten Eigenschaften der Wälzkörperführungen 130a bzw. 130b.
Anders gerichtete Lasten, die auf den Führungswagen 110 einwirken, insbesondere quer zu der Hauptlastrichtung HLR auf den Führungswagen 110 einwirken, lassen sich in Kräfte zerlegen, die zum Teil auf die Gleitführungen 120a bzw. 120b und zum Teil auf die Wälzkörperführungen 130a bzw. 130b wirken und somit sind die Führungseigenschaften für derartige Lasten
Mischungen aus Führungseigenschaften einer Gleitführung oder einer Wälzkörperführung.
Grundsätzlich könnten die Wälzkörperaufnahmen 118a und 118b mit den Wälzkörpern 116a bzw. 116b und die Gleitstützflächen 124a bzw. 124b derart an den Führungsabschnitten 112a bzw. 112b der Führungswagen 110 angeordnet sein, dass die Gleitführungsflächen 126a bzw. 126b vorspannungsfrei auf den Gleitstützflächen 124a bzw. 124b gleiten und entsprechend auch die Wälzkörper 116a bzw. 116b sich vorspannungsfrei auf den Wälzkörperlaufbahnen 132a bzw. 132b abwälzen.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Kombination von Gleitführungen 120a, 120b und Wälzkörperführungen 130a, 130b zur Führung des Führungswagens 110 längs der Führungsschiene 54 besteht jedoch darin, dass die Wälzkörperführungen 130a bzw. 130b, wie in Fig. 5 dargestellt, die Möglichkeit eröffnen, die Wälzkörper 116 aufgrund der Hertzschen Pressung bei der Auflage auf der entsprechenden Wälzkörperlaufbahn 132 zu deformieren, und zwar elastisch zu deformieren, so dass die Möglichkeit besteht, die Wälzkörperführungen 130a bzw. 130b in einer zur jeweiligen Wälzführungsstützkraft WSa, WSb parallelen Richtung senkrecht zu den Wälzkörperlaufbahnen 132 elastisch vorzuspannen, so dass auch ohne Lastbeaufschlagung der Führungswagen 110 die Wälzkörperführungen 130 mit einer Wälzkörpervorspannkraft WV, die parallel zur Wälzkörperstützkraft WS verläuft, beaufschlagt sind .
Um die Wälzkörpervorspannkräfte WVa und WVb aufzubringen, müssen sich die Führungsabschnitte 112a bzw. 112b des Führungswagens 110 wiederum auf den Gleitführungen 120a bzw. 120b abstützen, so dass als Reaktionskraft auf die Wälzkörpervorspannkraft WVa bzw. WVb eine Gleitführungsvorspann- kraft GVa bzw. GVb auf die Gleitführungen 120 wirkt, wobei diese Gleit- führungsvorspannkraft GVa bzw. GVb in gleicher Richtung wie die jeweiligen Gleitstützkräfte GSa bzw. GSb wirken und sich aus den Wälzkörpervorspann- kräften WVa und WVb ergeben, wenn eine Kräftezerlegung nach parallel und senkrecht zur Führungssymmetrieebene 128 verlaufenden Komponenten erfolgt und berücksichtigt wird, dass sich die senkrecht zur Führungssymmetrieebene 128 verlaufenden Komponenten aufheben, wie im
Zusammenhang mit den Gleitführungsstützkräften und den Wälzführungs- kräften bereits erläutert.
Somit besteht bei der erfindungsgemäßen Linearführung 50 die Möglichkeit, die Gleitführungen 120a bzw. 120b nicht als klassische Gleitführungen ohne Vorspannkraft zu betreiben, sondern als durch die Gleitführungsvorspann- kräfte GVa, GVb vorgespannte Gleitführungen 120a bzw. 120b zu betreiben.
Durch diese Vorspannung lässt sich bereits ohne eine auf die Führungswagen 110 wirkende Last eine hohe Präzision der Führung der Führungswagen 110 in der Längsrichtung 52 der Führungsschiene 54 realisieren.
Durch die Wälzkörpervorspannkräfte WVa, WVb erfolgt beispielsweise eine Deformation der Wälzkörper, 116a, 116b so dass diese in einem Bereich zwischen 6 pm und mehr und 20 pm und weniger von der tatsächlichen Geometrie der Wälzkörper 116 abweichen. Durch diese elastische Deformation der Wälzkörper 116 und die daraus folgende Wirkung der Wälzkörper 116a bzw. 116b als elastisch vorgespannte Elemente können Abstandstoleranzen zwischen den Gleitstützflächen 124a, 124b und den Wälzkörperlaufbahnen 132a, 132b ausgeglichen werden, so dass die Gleitauflageflächen 126a, 126b des Führungswagens 110 stets dem Verlauf der Gleitstützflächen 124a, 124b exakt folgen.
Im Hinblick auf die vorgesehenen Flächenpressungen im Bereich der Gleitführungen 120a, 120b wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So ist vorzugsweise dann, wenn die Gleitstützflächen 124a, 124b aus Eisen- guss hergestellt sind und die Führungsschiene 54 aus gehärtetem Stahl ist eine Flächenpressung von bis zu 2,5 N/mm2 realisierbar.
Wird dagegen die Gleitstützfläche 124a, 124b aus mit amorphem Kohlenstoff beschichtetem Stahl hergestellt, so sind Flächenpressungen von bis zu 10 N/mm2 realisierbar.
Diese Flächenpressungen sind bezogen auf die Richtung der Gleitstützkräfte GSa und GSb.
Hinsichtlich der Ausdehnung der Gleitstützflächen 124a, 124b und der Gleitauflageflächen 126a, 126b senkrecht zur Hauptlastrichtung HLR wurden bislang ebenfalls keine näheren Angaben gemacht.
So ist vorzugsweise vorgesehen, dass diese Ausdehnung mehr als 20% einer Breite B der Fußstützfläche 64 der Führungsschiene 54 beträgt.
Vorzugsweise erstrecken sich dabei ebenfalls die Gleitstützflächen 124a, 124b über die gesamte Länge des Führungswagens 110 in der Längsrichtung 52 der Führungsschiene 54.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, dass die Gleitstützflächen 124a und 124b und die Gleitauflageflächen 126a bzw. 126b relativ zueinander durch einen Schmierfilm 140a bzw. 140b geführt sind, wobei dieser Schmierfilm 140a, 140b vorzugsweise als ein hydrodynamischer Schmierfilm ist, der sich aufgrund der Bewegung des Führungswagens 110 relativ zur Führungsschiene 54 ausbildet.
Vorzugsweise weist dabei der Schmierfilm eine Dicke im Bereich von 2 pm bis 6 m auf. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Linearführung 50', dargestellt in Fig . 6, sind zur Ausbildung der Gleitauflageflächen 126a und 126b in die Führungsabschnitte 112a, 112b Einsätze 142a bzw. 142b eingesetzt, so dass das Material zur Ausbildung der Gleitauflageflächen 126a, 126b unabhängig vom Material des Führungswagens 110 und insbesondere auch unabhängig von dem Material der Führungsabschnitte 112a, 112b gewählt werden kann.
Somit lassen sich beispielsweise durch die Einsätze 142a und 142b die Gleitauflageflächen 126a bzw. 126b durch Materialien wie Bronze, Kunststoff oder Keramik realisieren, so dass bei entsprechender Wahl der Führungsschiene 54 selbst die verschiedensten Gleitpaarungen für die aneinander gleitenden Materialien gewählt werden können.
Im Übrigen ist das zweite Ausführungsbeispiel in gleicher Weise ausgebildet wie das erste Ausführungsbeispiel, so dass zur Beschreibung der einzelnen Elemente vollinhaltlich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel Bezug genommen werden kann.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 7 sind die Führungskontur 84a und der Führungsabschnitt 112a so ausgebildet, dass diese die Gleitführungen 120'a und 120'b bilden, wobei die Seitenflächen 94a und 96a mit deren entsprechenden Teilbereichen die Gleitstützflächen 124a und 124b bilden und der Führungsabschnitt 112a seinerseits die Gleitauflageflächen 126'a und 126'b bildet, welche an den Gleitstützflächen 124'a und 124'b gleitend anliegen.
Die Gleitstützflächen 124'a und 124'b sowie die Gleitauflageflächen 126'a und 126'b verlaufen dabei symmetrisch zu der Führungssymmetrieebene 128', die allerdings bei diesem Ausführungsbeispiel nicht in der Längsmittelebene 82 der Führungsschiene 54 zusammenfällt, sondern senkrecht zu dieser verläuft. Ferner sind symmetrisch zur Führungssymmetrieebene 128' in den Führungsabschnitt 112b die Wälzkörper 116'a und 116'b in entsprechenden Wälzkörperaufnahmen 118'a und 118'b angeordnet, die sich ihrerseits an den Seitenflächen 94b und 96b unter Ausbildung der entsprechenden Wälzkörperlaufbahnen 132a bzw. 132b abstützen.
Somit verläuft bei dem dritten Ausführungsbeispiel die Hauptlastrichtung HLR' parallel zu der Führungssymmetrieebene 128', wobei in der Führungssymmetrieebene 128' auch die Gesamtgleitstützkraft GGS' liegt, die sich aus den von den Gleitführungen 120'a und 120'b aufgenommenen Gleitstützkräften GS'a und GS'b zusammensetzt.
In gleicher weise ergeben die Wälzkörperstützkräfte WSa und WSb insgesamt eine Gesamtwälzkörperstützkraft GWS, welche ebenfalls in der Führungssymmetrieebene 128' liegt, jedoch entgegengesetzt zur Gesamtgleitstützkraft GGS' gerichtet ist.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel lassen sich die Wälzkörperführungen 130'a, 130b, gebildet durch die in den Wälzkörperaufnahmen 118'a, 118'b aufgenommenen Wälzkörper 116'a, 116'b um die Wälzkörperlaufbahnen 132'a, 132'b in gleicher Weise vorspannen wie dies im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, so dass auch eine Vorspannkraft auf die Gleitführungen 120'a bzw. 120'b in gleicher Weise wirkt, wie dies im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Linearführung 50", dargestellt in Fig . 8, sind die Führungskonturen 84"a, 84"b der Führungsschiene 54" als Vorsprünge ausgebildet, wobei die Führungskontur 84"a die V- förmig zueinander verlaufenden Gleitstützflächen 124"a und 124"b trägt, wobei diese Gleitstützflächen 124"a und 124"b symmetrisch zur Führungssymmetrieebene 128 verlaufen und somit mit Gleitführungsflächen 126"a und 126"b des Führungsabschnitts 112"a Gleitführungen 120"a und 120"b bilden, die symmetrisch zur Führungssymmetrieebene 128" angeordnet sind .
In gleicher Weise sind zwischen der Führungskontur 84"b und dem Führungsabschnitt 112"b Wälzkörperführungen 130"a und 130"b wirksam, die ebenfalls beispielsweise Kugeln als Wälzkörper 116"a und 116"b aufweisen, welche in Wälzkörperaufnahmen 118"a und 118"b gehalten sind und sich auf Wälzkörperlaufbahnen 132"a und 132"b abwälzen, die von der Führungskontur 84"b der Führungsschiene 54" gebildet werden.
Auch bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft die Hauptlastrichtung HLR in der Führungssymmetrieebene 128" und die resultierende Gesamtgleitstützkraft GGS" liegt ebenfalls in der Führungssymmetrieebene 128, während eine resultierende Gesamtwälzkörperstützkraft GWS" ebenfalls in der Führungssymmetrieebene 128" liegt, jedoch entgegengesetzt zur resultierenden
Gesamtleitstützkraft GGS ausgerichtet ist.
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Linearführung, dargestellt in Fig . 9, wird eine einzige Gleitführung 120"' gebildet durch einen Bereich der oberen Schiene 86 und einen Bereich einer unteren Führungswagenfläche 88, die der oberen Schienenfläche 86 zugewandt ist.
Dabei bildet die untere Führungswagenfläche die Gleitstützfläche 124" und die obere Schienenfläche 86 die Gleitauflagefläche 126"' der Gleitführung 120"'.
Dadurch, dass sich die obere Schienenfläche 86 beispielsweise über die gesamte Breite der Führungsschiene 54 in gleicher Weise erstrecken kann, wie die untere Führungswagenfläche 88, bietet sich die Möglichkeit, die Gleitführung 120"' mit einer hohen Tragfähigkeit zu versehen. Da die Gleitstützfläche 124"' und die Gleitauflagefläche 126"' sich senkrecht zur Hauptlastrichtung erstrecken, treten auch keine quer zur Führungssymmetrieebene 128 wirkenden Kräfte bei Belastung der Gleitführung 120"' in der Hauptlastrichtung HLR auf.
Im Bereich der Führungsabschnitte 112a und 112b sind die Wälzkörper 116a und 116b in gleicher weise angeordnet, wie dies beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist und bilden die Wälzkörperführungen 130a bzw. 130b in gleicher Weise wie im Zusammenhang beispielsweise mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, so dass diesbezüglich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.
Eine weitere Abstützung der Führungsabschnitte 112a und 112b an der Führungsschiene 54 erfolgt nicht. Insbesondere dienen die Seitenflächen 94a und 94b nicht mehr zur Ausbildung der Gleitstützflächen 124a, 124b.
Im Übrigen werden für die weiteren Teile der erfindungsgemäßen Linearführung 50"' gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel die für dieselben Teile dieselben Bezugszeichen wie bei den voranstehenden Ausführungsbeispielen verwendet, so dass vollinhaltlich auf die Ausführungen zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen Bezug genommen werden kann.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
Linearführung (50) für Werkzeugmaschinen (10), umfassend eine sich in einer Längsrichtung (52) erstreckende und in der Längsrichtung (52) eine konstante Querschnittsform (56) aufweisende Führungsschiene (54) sowie mindestens einen an der Führungsschiene (54) geführten und die Führungsschiene (54) in Teilbereichen der Querschnittsform (56) umgreifenden Führungswagen (110),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Führungswagen (110) an der Führungsschiene (54) durch mindestens eine Gleitführung (120) geführt ist, welche mindestens eine an der Führungsschiene (54) vorgesehene Gleitstützfläche (124) aufweist, an welcher eine Gleitauflagefläche (126) des Führungswagens (110) anliegt, dass der Führungswagen (110) an der Führungsschiene (54) durch mindestens eine Wälzkörperführung (130) geführt ist, welche
mindestens eine an der Führungsschiene (54) angeordnete Wälzkörperlaufbahn (132) und eine am Führungswagen (110) vorgesehene Wälzkörperanordnung (119) aufweist, deren Wälzkörper (116) sich abwälzend längs der Wälzkörperlaufbahn (132) der Führungsschiene (54) bewegbar sind, und dass die mindestens eine Gleitführung (120) und die mindestens eine Wälzkörperführung (130) so angeordnet und ausgebildet sind, dass sie auf den Führungswagen (110) und senkrecht zur Längsrichtung (52) der Führungsschiene (54) wirkende jedoch unterschiedlich ausgerichtete Stützkräfte (GS, WS) aufnehmen.
Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearführung (50) eine Hauptlastrichtung (HLR) zugeordnet ist und dass die mindestens eine Gleitführung (120) so angeordnet ist, dass diese mindestens eine Komponente der in Hauptlastrichtung (HLR) auf den Führungswagen (110) wirkenden Kraft aufnimmt. 3. Linearführung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gleitführung (120) so angeordnet ist, dass diese die in Hauptlastrichtung (HLR) wirkende Kraft aufnimmt.
4. Linearführung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wälzkörperführung (130) und die mindestens eine Gleitführung (120) vorgespannt sind .
5. Linearführung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der mindestens einen Wälzkörperführung (130) die Vorspannung der mindestens einen Gleitführung (120) bewirkt.
6. Linearführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Wälzkörperführung (130) durch eine senkrecht zur Längsrichtung (52) der Führungsschiene (54) wirkende Wälzkörper- vorspannkraft (WV) vorgespannt ist, deren Reaktionskraft eine auf die Gleitführung wirkende Gleitführungsvorspannkraft (GV) ergibt.
7. Linearführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der mindestens einen Wälzkörperführung (130) durch eine elastische Deformation der Wälzkörper (116) erfolgt.
8. Linearführung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Gleitstützfläche (124) und die mindestens eine Gleitauflagefläche (126) der Gleitführung (120) quer zur Hauptlastrichtung (HLR) verlaufen.
9. Linearführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Gleitstützfläche (124) und die mindestens eine Gleitauflagefläche (126) der Gleitführung (120) in einem Winkel im Bereich von 40° bis 90° zur Hauptlastrichtung (HLR) verlaufen. 10. Linearführung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitführung (120) auf eine Flächenbelastung von 50 N/mm2 oder weniger ausgelegt ist, insbesondere auf eine Flächenbelastung von 15 N/mm2 oder weniger ausgelegt ist.
11. Linearführung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitführung (120) für eine Flächenbelastung von 5 N/mm2 oder weniger ausgelegt ist.
12. Linearführung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitführung (120) als Gleitpaarung eine der Kombinationen von Stahl mit Grauguss oder Stahl mit Bronze oder Stahl mit Kunststoff oder Grauguss mit Grauguss oder Grauguss mit Bronze oder Grauguss mit Kunststoff oder Keramik mit Stahl aufweist.
13. Linearführung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe aller Gleitstützflächen (124) der Linearführung (50) und eine Summe aller Gleitauflageflächen (126) der Linearführung (50) eine Ausdehnung quer zur Längsrichtung (52) der Führungsschiene (54) aufweisen, die mindestens das 1,5-fache einer Breite der Führungsschiene (54) beträgt.
14. Linearführung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese zwei Gleitführungen (120) umfasst.
15. Linearführung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitführungen (120) beiderseits einer Führungssymmetrieebene (128) angeordnet sind.
16. Linearführung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitstützflächen (124) und die Gleitauflageflächen (126) der Gleitführungen quer zur Führungssymmetrieebene (128) verlaufen. 17. Linearführung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitstützflächen (124) und die Gleitauflageflächen (126) der beiden Gleitführungen spiegelsymmetrisch zur Führungssymmetrieebene (128) angeordnet sind.
18. Linearführung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleitführungsstützkraft (GSa, GSb) jeder der Gleitführungen (120a, 120b) eine parallel (GSap, GSbp) und eine quer (GSas, GSbs) zur Führungssymmetrieebene (128) wirkende Kraftkomponente aufweist.
19. Linearführung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleitführungsstützkraft (GSa) der einen Gleitführung (120a) und eine Gleitführungsstützkraft (GSb) der anderen Gleitführung (120b) einen Winkel im Bereich von 30° bis 150° oder von 210° bis 330° miteinander einschließen .
20. Linearführung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitstützflächen (124) und die Gleitauflagefläche (126a) der einen Gleitführung (120a) und die Gleitstützfläche (124b) und die Gleitauflagefläche (126b) der anderen Gleitführung (120b) einen Winkel im Bereich von 30° bis 150° oder von 210° bis 330° miteinander einschließen .
21. Linearführung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (50) zwei Wälzkörperführungen (130) umfasst.
22. Linearführung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörperführungen (130) beiderseits einer Führungssymmetrieebene (128) angeordnet sind . 23. Linearführung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wälzführungsstützkraft (WSa, WSb) jeder der Wälzkörperführungen (130) eine parallel und eine quer zur Führungssymmetrieebene (128) wirkende Kraftkomponente aufweist.
24. Linearführung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wälzführungsstützkraft (WSa) der einen Wälzkörperführung (130a) und eine Wälzführungsstützkraft (WSb) der anderen Wälzkörperführung (130b) einen Winkel im Bereich von 30° bis 150° oder von 210° bis 330° miteinander einschließen.
25. Linearführung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gleitstützfläche (124) und der Gleitauflagefläche (126) der mindestens einen Gleitführung (120) ein Schmierfilm (140a, 140b) angeordnet ist.
26. Linearführung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierfilm (140a, 140b) ein hydrodynamischer Schmierfilm ist.
27. Linearführung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Schmierfilms (140a, 140b) in jeder Position des Führungswagens (110) über der Ausdehnung der Führungsschiene (54) in der Längsrichtung (52) um weniger als 10% variiert.
28. Linearführung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierfilm (140a, 140b) eine Dicke im Bereich von 2 pm bis 6pm aufweist.
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