DE102004032853A1

DE102004032853A1 - Linearwälzlager

Info

Publication number: DE102004032853A1
Application number: DE200410032853
Authority: DE
Inventors: Roland Dipl.-Ing. Greubel (FH)
Original assignee: Rexroth Star GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2004-07-07
Filing date: 2004-07-07
Publication date: 2006-02-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Linearwälzlager (10), mit einer Führungsschiene (12) und einem Führungswagen (14), der an der Führungsschiene (12) über tragende Wälzkörper (16) aus wenigstens einer Reihe von Wälzkörpern (18) längsverschieblich abgestützt ist, wobei die Führungsschiene (12) und der Führungswagen (14) Laufbahnen (20) für die tragenden Wälzkörper (16) aufweisen und wobei der Führungswagen (14) einen Tragkörper (22) mit einem Befestigungsabschnitt (24) umfasst. DOLLAR A Erfindungsgemäß besteht der Tragkörper (22) aus einem Werkstoff, der einen Elastizitätsmodul größer als 215 GPa aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Linearwälzlager, mit einer Führungsschiene und einem Führungswagen, der an der Führungsschiene über tragende Wälzkörper aus wenigstens einer Reihe von Wälzkörpern längsverschieblich abgestützt ist, wobei die Führungsschiene und der Führungswagen Laufbahnen für die tragenden Wälzkörper aufweisen, und wobei der Führungswagen einen Tragkörper mit einem Befestigungsabschnitt umfasst.

Derartige Linearwälzlager sind beispielsweise aus der DE 93 12 728 U1 bekannt. Im Allgemeinen wird von Linearwälzlagern eine hohe Steifigkeit verlangt, die hauptsächlich durch vier Komponenten bestimmt wird, nämlich der Elastizität der Führungsschiene, der Verformung der Wälzkörper, der Einfederung der Wälzkörper in die Laufbahn aufgrund der Herz'schen Pressung und der Elastizität des Führungswagens. Die Abmessungen von Führungswagen und Führungsschienen sind aufgrund von ISO-Normen im Großen und Ganzen festgelegt. Da als Werkstoff meist Stahl mit einem Elastizitätsmodul von 210 GPa verwendet wird, ist die Elastizität von Führungsschiene und Führungswagen im Wesentlichen bestimmt. Die Geometrie der Laufbahnen und der Wälzkörper wird üblicherweise anhand der Herz'schen Theorie so festgelegt, dass die dadurch hervorgerufenen Elastizitäten minimal sind. Die Steifigkeit des gesamten Linearwälzlages ist somit im Wesentlichen durch dessen Baugröße bestimmt. Wenn bei einer Anwendung aufgrund der Platzverhältnisse die Baugröße beschränkt ist, kann es vorkommen, dass die Steifigkeit des Linearwälzlagers nicht ausreicht.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Linearwälzlager der eingangs genannten Art zu schaffen, welches bei geringer Baugröße eine hohe Steifigkeit aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Tragkörper aus einem Werkstoff besteht, der einen Elastizitätsmodul größer als 215 GPa aufweist. Durch den höheren Elastizitätsmodul des Tragkörpers, der um bis zu 100% gegenüber Stahl gesteigert werden kann, nimmt die Elastizität des Führungswagens ab, wodurch die Steifigkeit des gesamten Linearwälzlagers bei gleichbleibender Baugröße beträchtlich ansteigt.

Werkstoffe mit derartig hohem Elastizitätsmodul sind beispielsweise Oxidkeramiken oder Wolframlegierungen. Diese Werkstoffe haben gegenüber Stahl den Nachteil, dass sie schwer bearbeitbar, zum Teil sehr spröde und nicht härtbar sind. Dieses Eigenschaftsprofil ist letztlich dafür verantwortlich, dass derartige Werkstoffe für Linearwälzlager bisher nicht verwendet wurden.

Der Führungswagen eines Linearwälzlagers besitzt eine komplizierte Form, die bei schwer bearbeitbaren Werkstoffen nur noch sehr kostenaufwändig herzustellen ist. Jeder Wälzkörper, der in den Tragbereich des Linearwälzlagers einläuft, verursacht einen Stoß, der bei spröden Werkstoffen wie Oxidkeramik sehr schnell zu Ausbrüchen an der Laufbahn führt. Darüber hinaus müssen die Laufbahnen des Linearwälzlagers eine hohe Härte aufweisen, damit sie nicht frühzeitig verschleißen. Eine hohe Härte erschwert aber die Bearbeitung der Rohteile sehr. Stahl kann hingegen nach der Bearbeitung der relativ weichen Rohteile gehärtet werden. Diese Probleme können durch ein erfindungsgemäßes Linearwälzlager überwunden werden, bei dem die Laufbahnen des Führungswagens an Laufbahneinlagen ausgebildet sind, die am Tragkörper abgestützt sind. Der Tragkörper braucht somit keine extrem hohe Härte aufzuweisen. Darüber hinaus werden die Stöße der in den Tragbereich einlaufenden Wälzkörper, von den Laufbahneinlagen aufgenommen und nur in abgeschwächter Form an den Tragkörper weitergeleitet. Insbesondere wird der eher punktförmige Stoß auf die große Auflagefläche der Laufbahneinlagen verteilt.

Die Laufbahneinlagen können aus gehärtetem Stahl gefertigt sein, wobei sie aufgrund ihrer geringen Dicke trotzdem eine hohe Steifigkeit aufweisen. Vorzugsweise werden alle komplizierten Konturen des Führungswagens an den Stahleinlagen ausgebildet, so dass der Tragkörper sehr einfach gestaltet werden kann. Er kann somit auch aus einem schwer bearbeitbaren Werkstoff kostengünstig hergestellt werden.

Erfindungsgemäße Linearwälzlager werden beispielsweise zur Lagerung von Maschinentischen verwendet, wobei üblicherweise vier Führungswagen den Maschinentisch statisch überbestimmt abstützen. Wenn die Führungswagen bei der Montage verkantet werden, führt dies zu hohen inneren Beanspruchungen im Führungswagen, insbesondere dann, wenn der Tragkörper sehr steif ist. Es wird daher vorgeschlagen, dass die Laufbahneinlagen kippbeweglich am Tragkörper abgestützt sind. Somit können kleine Kippbewegungen des Führungswagens von den Laufbahneinlagen ausgeglichen werden, ohne dass innere Beanspruchungen entstehen.

Der Tragkörper kann aus Oxidkeramik, vorzugsweise Zirkoniumoxid, bestehen. Oxidkeramik zeichnet neben dem hohen Elastizitätsmodul eine geringe Dichte aus. Dieser Werkstoff ist somit für Anwendungen, bei denen der Führungswagen hohen Beschleunigungen ausgesetzt ist, besonders geeignet. Zirkoniumoxid im Besonderen hat sich bei rotativen Wälzlagern bereits bewährt.

Weiterhin kann der Tragkörper im Wesentlichen aus Wolfram bestehen. Auch dieser Werkstoff zeichnet sich durch einen sehr hohen Elastizitätsmodul aus. Wolfram oder Wolframlegierung können jedoch mit den üblichen Verfahren zur spanabhebenden Formgebung nur sehr schwierig bearbeitet werden. Es wird deshalb vorgeschlagen, dass der Tragkörper aus Wolframpartikeln besteht, die mittels eines Bindemetalls vorzugsweise Nickel, Eisen oder Kupfer, verbunden sind. Derartige Werkstoffe werden unter dem Handelsnamen TRIAMET angeboten und zeichnen sich durch eine verbesserte Bearbeitbarkeit aus. Die Herstellung dieses Werkstoffes erfolgt mit einem Sinterverfahren, bei dem bereits eine Rohkontur des Tragkörpers hergestellt werden kann.

Der Führungswagen kann einen, der wenigstens einen Reihe von Wälzkörpern zugeordneten, Rückführkanal aufweisen, so dass diese in einer endlosen Schleife umlaufen können, wobei der Rückführkanal abschnittsweise im Tragkörper verläuft. Auf diese Weise kann der Führungswagen entlang einer beliebig langen Führungsschiene bewegt werden. Die Anordnung des Rückführkanals im Tragkörper ist insbesondere bei einer gesinterten Ausführung vorteilhaft, da deren Herstellung kaum Mehraufwand erfordert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Tragkörper im Bereich des Rückführkanals Poren aufweisen, die Schmiermittel aufnehmen können. Das Schmiermittel wird bei einer Längsbewegung des Führungswagens relativ zur Führungsschiene auf die rücklaufenden Wälzkörper übertragen und von diesen in die Tragzonen mitgenommen. Dort kann es seine Schmierfunktion erfüllen.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Linearwälzlagers im Querschnitt,
2 eine Schnittansicht des Linearwälzlagers gemäß 1 ohne Wälzkörper entlang der Linie A-A.
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Linearwälzlager allgemein mit 10 bezeichnet. Das Linearwälzlager umfasst eine Führungsschiene 12 und einen Führungswagen 14. An der Führungsschiene und am Füh rungswagen sind Laufbahnen 20 angeordnet, die Tragkanäle 30 definieren. Die Tragkanäle bilden zusammen mit den Rückführkanälen 32 endlose Umlaufkanäle 28, in denen Reihen von Wälzkörpern 18 aufgenommen sind, wobei die Wälzkörper als gehärtete Stahlkugeln ausgeführt sind. In den Tragkanälen 30 befinden sich die tragenden Wälzkörper 16 aus den Reihen von Wälzkörpern 18. Die tragenden Wälzkörper stützen den Führungswagen 14 längsverschieblich an der Führungsschiene 12 ab, wobei die Reihe von Wälzkörpern 18 bei einer Längsbewegung des Führungswagens relativ zur Führungsschiene im endlosen Umlaufkanal 28 umläuft.
Der Führungswagen 14 besteht aus einem Tragkörper 22, Laufbahneinlagen 26 und Endkappen 34. Am Tragkörper ist ein Befestigungsabschnitt 24 angeordnet, an dem die Verbindung des Führungswagens mit einer übergeordneten Baugruppe, beispielsweise ein Maschinentisch, hergestellt werden kann. Hierzu umfasst der Befestigungsabschnitt 24 eine ebene Anlagefläche und nicht dargestellte Gewindebohrungen. Die beiden Laufbahneinlagen 26 weisen auf einer Seite je ein Paar von Laufbahnen 20 auf und sind an der gegenüberliegenden Seite am Tragkörper 22 abgestützt. Damit wird erreicht, dass die im Wesentlichen punktförmigen Kugelkräfte flächig auf den Tragkörper übertragen werden.
An den Laufbahneinlagen 26 aus gehärtetem Stahl sind Nuten für Halteleisten 36 vorgesehen. Wenn der Führungswagen 14 von der Führungsschiene 12 abgenommen wird, verhindern die Halteleisten 36 aus Kunststoff, dass die Kugeln aus dem Führungswagen 14 herausfallen. In den Endkappen 34, die an den beiden Stirnseiten des Tragkörpers 22 angeordnet sind, sind Richtungsumkehrabschnitte der Rückführkanäle 32 angeordnet. Weiterhin sind am Führungswagen 14 mehrere Dichtungen 42 angebracht, welche die Wälzkörper vor Schmutz schützen und den Austritt von Schmierstoff aus dem Führungswagen verhindern sollen.
Der Tragkörper 22 besteht aus dem Werkstoff TRIAMED, der im wesentlichen aus Wolfram besteht. Die einzelnen Wolframkristalle sind hier nicht wie bei reinem Wolframmetall an den Korngrenzen direkt verbunden, sondern über eine metallische Binderphase, die aus Nickel und Kupfer besteht. Dieser Werkstoff ist daher leichter zu bearbeiten als reines Wolframmetall und weist trotzdem einen ähnlich hohen Elastizitätsmodul von bis zu 390 GPa auf. Der Tragkörper 22 ist im Wesentlichen porenfrei, nur im Bereich 44 des Rückführkanals 32 sind Poren vorgesehen, in denen Schmiermittel aufgenommen ist, das auf die vorbeilaufenden Wälzkörper übertragen wird.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Führungsschiene 12 des Linearwälzlagers 10 nicht über ihre gesamte Länge geradlinig verlaufen braucht, sondern durchaus auch gebogene Abschnitte umfassen kann.

10: Linearwälzlager
12: Führungsschiene
14: Führungswagen
16: tragende Wälzkörper
18: Reihe von Wälzkörpern
20: Laufbahn
22: Tragkörper
24: Befestigungsabschnitt
26: Laufbahneinlage
28: endloser Umlaufkanal
30: Tragkanal
32: Rückführkanal
34: Endkappe
36: Halteleiste
38: Nut für Halteleiste
40: Richtungsumkehrabschnitt
42: Dichtung
44: Bereich mit Poren

Claims

Linearwälzlager (10), mit einer Führungsschiene (12) und einem Führungswagen (14), der an der Führungsschiene (12) über tragende Wälzkörper (16) aus wenigstens einer Reihe von Wälzkörpern (18) längsverschieblich abgestützt ist, wobei die Führungsschiene (12) und der Führungswagen (14) Laufbahnen (20) für die tragenden Wälzkörper (16) aufweisen, und wobei der Führungswagen (14) einen Tragkörper (22) mit einem Befestigungsabschnitt (24) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (22) aus einem Werkstoff besteht, der einen Elastizitätsmodul größer als 215 GPa aufweist.
Linearwälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahnen (20) des Führungswagens (14) an Laufbahneinlagen (26) ausgebildet sind, die am Tragkörper (22) abgestützt sind.
Linearwälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahneinlagen (26) kippbeweglich am Tragkörper (22) abgestützt sind.
Linearwälzlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufbahneinlagen (26) aus gehärtetem Stahl bestehen.
Linearwälzlager nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (22) aus einer Oxidkeramik, vorzugsweise Zirkoniumoxid, besteht.
Linearwälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (22) im Wesentlichen aus Wolfram besteht.
Linearwälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (22) aus Wolframpartikeln besteht, die mittels eines Bindemetalls, vorzugsweise Nickel, Eisen oder Kupfer, verbunden sind.
Linearwälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Führungswagen einen der wenigstens einen Reihe von Wälzkörpern (18) zugeordneten Rückführkanal (32) aufweist, so dass diese in einer endlosen Schleife umlaufen können, wobei der Rückführkanal (32) abschnittsweise im Tragkörper (22) verläuft.
Linearwälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragkörper (22) im Bereich (44) des Rückführkanals (32) Poren aufweist die Schmiermittel aufnehmen können.