DE10051004A1

DE10051004A1 - Linearwälzlager

Info

Publication number: DE10051004A1
Application number: DE10051004A
Authority: DE
Inventors: Thomas Winkler; Richard Negele
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2000-10-14
Filing date: 2000-10-14
Publication date: 2002-04-18

Abstract

Bei einem Linearwälzlager mit einer Führungsschiene (1) und einem Führungswagen (2), der die Führungsschiene (1) teilweise umgibt und an dieser über Wälzkörper (3) längsverschieblich abgestützt ist, mit für die Wälzkörper (3) ausgebildeten, in Längsrichtung sich erstreckenden Laufbahnen (4, 5, 6, 7) der Führungsschiene (1) und diesen zugeordneten Laufbahnen (8, 9, 10, 11) des Führungswagens (2), ist erfindungsgemäß an der Führungsschiene (1) neben einer Laufbahn (4, 5, 6, 7) jeweils eine Stützfläche (12, 13, 14, 15) angeordnet, die sich zu einer an dem Führungswagen (2) angeordneten komplementären Stützfläche (16, 17, 18, 19) in einem Abstand (S) befindet, wobei alle Stützflächen zu den Laufbahnen parallel verlaufen.

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Linearwälzlager mit einer Führungsschiene und einem Führungswagen, der die Führungsschiene teilweise umgibt und an dieser über Wälzkörper längsverschieblich abgestützt ist, mit für die Wälzkörper ausgebil deten, in Längsrichtung sich erstreckenden Laufbahnen der Führungsschiene und diesen zugeordneten Laufbahnen des Führungswagens.

Hintergrund der Erfindung

In Werkzeugmaschinen kann es vorkommen, dass die dort eingesetzten Profil schienen-Wälzführungen sehr hohen statischen Belastungen ausgesetzt sind. Ein Hauptgrund hierfür ist, dass es während eines Produktionszyklus zu einem Ausfall der Werkzeugmaschine, einem sogenannten Maschinen-Crash, kom men kann, beispielsweise wenn ein Werkzeug gegen ein Hindernis fährt. Ein solcher Vorgang birgt die Gefahr einer Überlastung der Führungen, so dass relativ schnell mit dem Ausfall der Führung zu rechnen ist, falls keine konstruk tiven Gegenmaßnahmen getroffen werden.

Eine Aussage über die statische Belastbarkeit einer Profilschienenführung gibt die statische Tragzahl Co. Diese ist gemäß DIN 636 so definiert, dass die Be anspruchung im Mittelpunkt der am höchsten belasteten Berührungsstelle zwi schen Wälzkörper und Laufbahn einer bestimmten, von der Kontaktgeometrie abhängigen Spannung entspricht. Weiterhin tritt bei dieser Beanspruchung an der Berührungsstelle eine bleibende Gesamtverformung der Wälzkörper und der Laufbahn auf, die etwa dem 0,0001-fachen Maß des Wälzkörperdurchmes sers entspricht. Wird die zulässige Belastung überschritten, führt dies zum Ausfall der Profilschienen-Wälzführung.

Aus der Druckschrift DE 37 42 965 A1 ist ein Linearwälzlager der eingangs genannten Art bekannt, bei welchem der Reibungswiderstand zwischen dem Führungswagen und der Führungsschiene dadurch verändert werden kann, dass ein im Führungswagen eingebautes Druckgefäß mit Hydraulikdruck be aufschlagt wird, so dass eine Friktionsplatte an der Führungsschiene unter Druck anliegt. Über Maßnahmen, eine Überlastung der Teile dieser Linearfüh rung zu vermeiden, sind dieser Druckschrift Hinweise nicht zu entnehmen.

Um eine mögliche Überlastung der Teile von Linearführungen zu verhindern, gibt es z. B. die Möglichkeit, Führungen mit sehr hohen statischen Tragzahlen einzusetzen. Als weitere Möglichkeit kommt die Ergänzung einer normalen Tischführung, die zwei Führungsschienen mit je zwei Wagen aufweist, durch ein Zusatzelement auf jeder Achse in Betracht. Ein solches kann z. B. ein Füh rungswagen oder auch ein Gleitelement sein. Diese beiden Möglichkeiten hän gen stark vom auftretenden Belastungsfall ab. Betrachtet man dies allerdings in Relation zu dem auftretenden Belastungskollektiv der Werkzeugmaschine, so hat die Führung den Nachteil, dass sie überdimensioniert ist, da man sich an einem eventuell auftretenden Crash orientiert hat und nicht an den tatsächli chen Betriebslasten. Die Folge sind hohe Kosten, Bauraum-Probleme in der Maschine und ein höherer Aufwand.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, als Führung ein Linearwälzlager zu schaffen, welches unter Vermeidung des aufgezeigten Nachteils einen siche ren Schutz gegen Ausfall durch Maschinen-Crash bietet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass an der Führungs schiene neben einer Laufbahn jeweils eine Stützfläche angeordnet ist, die sich zu einer an dem Führungswagen angeordneten komplementären Stützfläche in einem Abstand S befindet, wobei alle Stützflächen zu den Laufbahnen parallel verlaufen. Jeweils einander entsprechende Stützflächen der Führungsschiene und des Führungswagens können um einen Winkel α zu einer Ebene geneigt sein, welche zu einer die Mitte der Führungsschiene und des Führungswagen kennzeichnenden, in Längsrichtung der Führungsschiene sich erstreckenden Symmetrieebene rechtwinklig angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein Überlast schutz (Crash-Schutz) in der Linearführung integriert. Bei einer großen Bela stung federn insbesondere die Wälzkörper in Druckwinkelrichtung ein, was sich in einer Relativbewegung des Führungswagens auf der Führungsschiene ausdrückt. Diese Einfederung lässt sich in allen Belastungsrichtungen sehr genau berechnen. Damit die zulässigen auf die Wälzkörper einwirkenden La sten nicht überschritten werden, sind neben den Laufbahnen am Führungswa gen und an der Führungsschiene Stützflächen angeordnet. Diese komplemen tär ausgebildeten Stützflächen sind in einem bestimmten Abstand S voneinan der entfernt und bilden sich über die gesamte Wagen- bzw. Führungsschie nenlänge aus. Der Abstand S ist so gewählt, dass bis zum dem Augenblick des belastungsbedingten Zusammentreffens mehrerer Flächen die maximale stati sche Belastung des Führungssystems nicht überschritten wird.

Wird nun eine Last eingeleitet, die die maximale Belastung des Wälzkörpersat zes übersteigt, so wird diese über die als Überlastschutz wirkenden Stützflä chen übertragen, so dass der Wälzkörpersatz nicht überbeansprucht ist. So kann je nach der Beanspruchung der Winkel α und dem entsprechend der Ab stand S variiert werden, da das Zusammenspiel der Überlastschutz-Flächen durch eine bestimmte maximale Flächenpressung begrenzt ist. Mit dem Winkel α lässt sich die in Belastungsrichtung projizierte Fläche verändern, so dass extrem hohen Überlastungen in einer bestimmten Hauptlastrichtung besonders entgegengewirkt werden kann.

Des Weiteren sollten die Stützflächen für den Überlastschutz eine hinreichend harte und verschleißfeste Oberfläche aufweisen. Diese kann bei dem Härte prozess der Laufbahnen der Führungsschiene und des Führungswagens mit erzeugt werden. In einem Ausführungsbeispiel sind die Überlastschutz-Flächen an Schiene und Wagen mit einem Winkel von α = 45° ausgeführt. Dies bedeu tet, dass Überlastungen etwa gleichen Betrages aus allen Hauptrichtungen aufgenommen werden können.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Überlastschutz-Anordnung besteht darin, dass diese sich sehr rationell und kostengünstig herstellen lässt. So werden die Stützflächen dadurch, dass sie in einer profilierten Schleifscheibe zum Bear beiten der Laufbahnen mit integriert sind, in einem Arbeitsgang mit den Lauf bahnen hergestellt. Ein weiterer Vorteil ist, dass sich die Stützflächen im Ab stand S zwischen dem Wagen und der Schiene hervorragend abstimmen las sen, da die Laufbahnen generell in sehr engen Toleranzen hergestellt werden. Herstellungsbedingt haben die Stützflächen und die Laufbahnen dieselben Toleranzen.

Die Stützflächen lassen sich mit einem dämpfenden Werkstoff beschichten. Auf diese Weise wird eine Dämpfung in allen Richtungen, insbesondere in Verfahr richtung, ermöglicht. Während die Beschichtungen zweier aufeinander gerich teter Stützflächen bei normalen Betrieb in einem bestimmten Abstand von ein ander entfernt sind, berühren sie sich beispielsweise bei der mit hohen Lasten verbundenen Schwerzerspannung und reiben aneinander, wodurch ein ge dämpftes Betriebsverhalten des Linearwälzlagers in Verfahrrichtung erreicht wird.

Beschreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine in die Verschiebe richtung weisende Stirnseite eines Führungswagens, der eine Führungsschie ne 1 U-förmig umgibt. Der Führungswagen 2 stützt sich an der Führungsschie ne 1 über als Kugeln ausgebildete Wälzkörper 3 ab und kann mit Hilfe der Ku geln an der Führungsschiene 1 entlang rollen. An jeder Längsseite der Füh rungsschiene 1 sind untere Laufbahnen 4 und 5 und obere Laufbahnen 6 und 7 für die Wälzkörper 3 ausgebildet, und zwar befinden sich in der Zeichnung auf der linken Seite der Führungsschiene 1 die Laufbahnen 4 und 6 und auf der rechten Seite die Laufbahnen 5 und 7.

Jeder Laufbahn der Führungsschiene 1 entspricht eine Laufbahn des Füh rungswagens 2, an welcher die Wälzkörper 3 ebenfalls abgestützt sind und abrollen können. So erkennt man auf der linken Seite der Zeichnung die untere Laufbahn 8 und auf der rechten Seite die untere Laufbahn 9, während sich darüber die oberen Laufbahnen 10 und 11 des Führungswagens 2 befinden.

Erfindungsgemäß sind an der Führungsschiene 1 unterhalb der Laufbahnen 4 und 5 für die Wälzkörper 3 Stützflächen 12 und 13 und oberhalb der Laufbah nen 6 und 7 Stützflächen 14 und 15 ausgebildet. Diesen Stützflächen entspre chen parallele, an dem Führungswagen 2 ausgebildete Stützflächen 16, 17, 18 und 19, wobei von der Führungsschiene 1 und dem Führungswagen 2 jeweils zwei einander zugewandte parallele Stützflächen 12, 16 bzw. 13, 17 bzw. 14, 18, bzw. 15, 19 in einem Abstand S voneinander angeordnet sind.

Das in der Zeichnung dargestellte Linearwälzlager weist eine mittlere senk rechte Symmetrieebene 20 auf. Jeweils ein Paar aufeinander gerichteter Stütz flächen 12, 16 bzw. 13, 17, bzw. 14, 18 bzw. 15, 19 ist gegenüber einer zu der Symmetrieebene 20 rechtwinkligen und somit waagerechten Ebene um einen Winkel α geneigt angeordnet, der im Ausführungsbeispiel 45° beträgt.

Bezugszahlenliste

1

Führungsschiene

2

Führungswagen

3

Wälzkörper

4

untere Laufbahn der Führungsschiene

5

untere Laufbahn der Führungsschiene

6

obere Laufbahn der Führungsschiene

7

obere Laufbahn der Führungsschiene

8

untere Laufbahn des Führungswagens

9

untere Laufbahn des Führungswagens

10

obere Laufbahn des Führungswagens

11

obere Laufbahn des Führungswagens

12

Stützfläche der Führungsschiene

13

Stützfläche der Führungsschiene

14

Stützfläche der Führungsschiene

15

Stützfläche der Führungsschiene

16

Stützfläche des Führungswagens

17

Stützfläche des Führungswagens

18

Stützfläche des Führungswagens

19

Stützfläche des Führungswagens

20

Symmetrieebene
S Abstand
α Winkel

Claims

1. Linearwälzlager mit einer Führungsschiene (1) und einem Führungswagen (2), der die Führungsschiene (1) teilweise umgibt und an dieser über Wälz körper (3) längsverschieblich abgestützt ist, mit für die Wälzkörper (3) aus gebildeten, in Längsrichtung sich erstreckenden Laufbahnen (4, 5, 6, 7) der Führungsschiene (1) und diesen zugeordneten Laufbahnen (8, 9, 10, 11) des Führungswagen (2), dadurch gekennzeichnet, dass an der Führungs schiene (1) neben einer Laufbahn (4, 5, 6, 7) jeweils eine Stützfläche (12, 13, 14, 15) angeordnet ist, die sich zu einer an dem Führungswagen (2) an geordneten komplementären Stützfläche (16, 17, 18, 19) in einem Abstand (S) befindet, wobei alle Stützflächen zu den Laufbahnen parallel verlaufen.

2. Linearwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Führungsschiene (1) vier Stützflächen (12, 13, 14, 15) angeordnet sind, von denen jeweils zwei Stützflächen (12, 15 bzw. 13, 14) diametral gegen über liegen.

3. Linearwälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die beiden an der Führungsschiene (1) diametral gegenüberliegenden Stützflächen (12, 15 bzw. 13, 14) parallel zueinander angeordnet sind.

4. Linearwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen (12 bis 15 bzw. 16 bis 19) sich jeweils über die gesamte Länge der Führungsschiene (1) bzw. des Führungswagens (2) erstrecken.

5. Linearwälzlager nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine jeweils die Mitte der Führungsschiene (1) und des Führungswagens (2) kennzeichnen de, in Längsrichtung der Führungsschiene (1) sich erstreckende Symme trieebene (20).

6. Linearwälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einander entsprechende Stützflächen (12, 16 bzw. 13, 17 bzw. 14, 18 bzw. 15, 19) der Führungsschiene (1) und des Führungswagens (2) um einen Winkel (α) zu einer Ebene geneigt sind, welche zu der Symmetrieebene (20) rechtwinklig angeordnet ist.

7. Linearwälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) 45° beträgt.

8. Linearwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere der Stützflächen (12 bis 19) mit einer Dämpfungsschicht be legt ist bzw. sind.