DE102004034965A1

DE102004034965A1 - Linearführung mit Wälzkörpern

Info

Publication number: DE102004034965A1
Application number: DE200410034965
Authority: DE
Inventors: Andreas Hermann; Hubert Wahl; Hans Dr. Tandler; Ralph Aschenbach
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02
Also published as: WO2006008024A2; WO2006008024A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Linearführung mit Wälzkörpern (5), umfassend zwei gegeneinander bewegliche Baugruppen (1, 2), an denen Laufflächen (3.1...3.2, 4.1...4.4) für die Wälzkörper (5) ausgebildet sind. Die Linearführung ist aufgrund der Genauigkeit insbesondere in Mikroskopen anwendbar. DOLLAR A Erfindungsgemäß sind die Wälzkörper (5) in ihrer Bewegungsrichtung nicht durch die in Laufflächen (3.1...3.2, 4.1...4.4) eingebrachten Vertiefungen, sondern durch Käfige (6, 7) geführt, wobei die Käfige (6, 7) über Mittel zur Zwangsführung mit wenigstens einer der Baugruppen (1 oder 2) in Verbindung stehen. DOLLAR A Auf diese Weise ist es im Gegensatz zum Stand der Technik nicht erforderlich, in die Laufflächen (3.1...3.2, 4.1...4.4) Nuten einzubringen, in denen die Wälzkörper (5) geführt werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Linearführung mit Wälzkörpern, umfassend zwei gegeneinander bewegliche Baugruppen, an denen Laufflächen für die Wälzkörper ausgebildet sind. Die Linearführung ist aufgrund der Genauigkeit insbesondere in Mikroskopen anwendbar.
Anordnungen zur linearen Führung von bewegten Teilen bzw. Baugruppen mit Wälzkörpern sind an sich bekannt. Auf Grund von Fertigungstoleranzen und Abnutzung an den Führungsflächen ist zwischen den Führungsbahnen Spiel vorhanden, das in der Regel mit einseitig angeordneten Nachstelleisten ausgeglichen oder zumindest begrenzt werden kann.

Für Präzisionseinrichtungen ist aus der GB 1,012,974 eine Geradführung bekannt, bei der ein geführtes Teil drei parallele Rundstäbe aufweist, die jeweils zwischen zwei Rollen an einem führenden Bauteil laufen. Bei dieser Geradführung ist nachteiligerweise nur ein verhältnismäßig geringes Führungsspiel kompensierbar. Daher bedarf es hoher Präzision bei der Fertigung der Führungsbahnen an sich und auch bezüglich ihrer Parallelität.

Eine weitere Linearführung für Präzisionsgeräte ist in DE 77 31 160 U1 beschrieben. Hier sind zwischen den jeweils an einer führenden und einer geführten Baugruppe ausgebildeten Führungsbahnen Wälzkörper vorgesehen, die durch Käfige auf Abstand zueinander gehalten werden. Für die Wälzkörper und die Käfige sind in den Führungsbahnen Aussparungen vorhanden. Zur Kompensierung bzw. Einstellung des Führungsspiels ist an einem der Bauteile eine unter Federkraft vorgespannte Leiste angeordnet.

Nachteilig bei dieser Führung ist, daß der Keilwinkel zwischen dem geführten und dem zu führenden Bauteil nicht vollständig ausgeglichen werden kann. Auch hier ist nur ein geringes Führungsspiel kompensierbar.

Außerdem sind aus DE 43 18 428 A1 Laufbahnen, die als V-Nuten ausgebildet, und aus DE 33 13 129 C2 gewölbte Laufbahnen bekannt.

Eine weiter Linearführung für Präzisionsgeräte ist in DE 196 42 796 A1 beschrieben. Hier sind Wälzkörper vorgesehen, die in zueinander korrespondierende Nuten eingesetzt sind. Zur Fertigung der Nuten für die Wälzkörper und Rundstäbe ist ein erheblicher Fertigungsaufwand erforderlich.

Grundsätzlich müssen die Laufbahnen bei den oben näher beschriebenen Geradführungen sowohl in der führenden als auch in der geführten Baugruppe sehr genau gefertigt und justiert werden. Dies erfordert eine strikte Toleranzeinhaltung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Linearführung zu schaffen, die bei einem verhältnismäßig geringen fertigungstechnischen Aufwand eine hohe Führungsgenauigkeit und gute Langzeitstabilität bietet.

Erfindungsgemäß sind bei einer Linearführung der eingangs beschriebenen Art die Wälzkörper in ihrer Bewegungsrichtung nicht durch in Laufflächen eingebrachte Vertiefungen, sondern durch Käfige geführt, wobei die Käfige über Mittel zur Zwangsführung mit wenigstens einer der Baugruppen in Verbindung stehen.

Auf diese Weise ist es im Gegensatz zum Stand der Technik nicht erforderlich, in die Laufflächen Nuten einzubringen, in denen die Wälzkörper geführt werden.

Insofern sind zur Ausbildung der Laufflächen an den Bauteilen bzw. -Baugruppen wesentlich einfachere und kostengünstigere Fertigungstechnologien anwendbar.

Bevorzugt sind als Mittel zur Zwangsführung der Käfige miteinander korrespondierende Langlöcher und Führungsstifte vorgesehen, wobei mit der Ausrichtung der Langlöcher die Bewegungsrichtung und mit deren Länge die Bewegungslänge vorgegeben werden.

Im Unterschied zum Stand der Technik läßt die Führungsgenauigkeit der Führungsstifte in den Nuten, die der Zwangsführung der Käfige dienen, wesentlich mehr Fertigungstoleranzen zu. Die Führungsstifte sind mechanisch fest mit einer der Baugruppen verbunden.

Als Wälzkörper kommen bevorzugt Kugeln zur Anwendung. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, Wälzkörper in Zylinder-, Tonnen- oder Nadelform zu nutzen. In jedem Fall laufen die Wälzkörper lose in Aussparungen, die in die Käfige eingebracht sind.

Die erfindungsgemäße Linearführung ist so ausgebildet, daß an einer der Baugruppen vier Außenflächen, die sich paarweise parallel gegenüber liegen, als Laufflächen dienen, während an der anderen Baugruppe vier Innenflächen als Laufflächen ausgebildet sind, die den Laufflächen an der ersten Baugruppe gegenüber stehen und jeweils zwischen ei ner Innen- und einer Außenfläche Wälzkörper angeordnet sind, so daß die beiden Baugruppen ausschließlich in der dadurch verbleibenden Bewegungsrichtung verschiebbar sind.

Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, daß die Laufflächen federnd vorgespannt sind, so daß die Federvorspannkraft senkrecht zu den Laufflächen über die Wälzkörper übertragen wird und so Spielfreiheit gewährleistet ist.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

1 einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Linearführung senkrecht zur Verschieberichtung und

2 eine Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Linearführung.

Nach 1 umfaßt das hier gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Linearführung zwei gegeneinander bewegliche Baugruppen 1 und 2. Dabei ist die Baugruppe 1 einstückig ausgeführt, wohingegen die Baugruppe 2 im wesentlichen aus den Einzelteilen 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 zusammengesetzt ist, die mittels Schraubverbindungen, wie dargestellt, miteinander verbunden sind.

An der Baugruppe 1 sind Laufflächen 3.1 bis 3.4 und an der Baugruppe 2 Laufflächen 4.1 bis 4.4 für Wälzkörper 5 ausgebildet.

Dabei stehen sich jeweils die Laufflächen 3.1 und 4.1, 3.2 und 4.2, 3.3 und 4.3 und 3.4 und 4.4 parallel gegenüber und sind durch die Wälzkörper 5, die hier beispielhaft als Kugeln ausgeführt sind, beabstandet.

Die paarweise miteinander korrespondierenden Laufflächen 3.1, 4.1 und 3.3, 4.3 sind senkrecht zu den ebenfalls miteinander korrespondierenden Laufflächen 2.1, 4.2 und 3.4, 4.4 ausgerichtet.

Die Bewegungsrichtung liegt in 1 senkrecht zur Zeichenebene. In dem in 1 dargestellten Querschnitt durch die Linearführung sind jeweils nur diejenigen Wälzkörper 5 sichtbar, die in der Querschnitts- bzw. Zeichenebene liegen. Tatsächlich sind eine Vielzahl von Wälzkörpern 5 vorhanden, die einander in Betrachtungsrichtung überdecken.

Aus 1 ist weiterhin ersichtlich, daß die Wälzkörper 5 durch Käfige 6 und 7 auf Abstand bzw. in ihren Relativpositionen zueinander gehalten werden. Dies trifft nicht nur zur für die in der Darstellung sichtbaren Wälzkörper 5, sondern ebenso für die weiteren Wälzkörper, die unter oder über der Zeichenebene liegen.

Erfindungswesentlich ist hierbei, daß die Wälzkörper 5 nicht in Nuten oder Vertiefungen laufen, die in die Führungsbahnen eingebracht sind, wie dies nach Stand der Technik üblich ist. Anders als bisher bekannt rollen die Wälzkörper 5 auf den eben ausgeführten Laufflächen 3.1 bis 3.4 und 4.1 bis 4.4 ab. Geführt werden sie dabei mittels der Käfige 6 und 7, die ihrerseits über Führungstifte 8 in Bewegungsrichtung zwangsgeführt sind.

Im dargestellten Beispiel sind die Führungsstifte 8 mechanisch fest mit der Baugruppe 1 verbunden, während die Käfi ge 6, 7 mit Langlöchern 9 ausgestattet sind. Die Langlöcher 9 sind in 1 lediglich in ihren Breitenabmessungen zu sehen. Die Breitenabmessung eines Langlochs 9 bildet gemeinsam mit dem Durchmesser des darin geführten Führungsstiftes 8 eine Gleitpassung, so daß die Führungsstifte 8 in der Richtung, in der sich die beiden Baugruppen 1 und 2 relativ zueinander bewegen, möglichst reibungs- und spielfrei in den Langlöchern 9 gleiten können.

Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die beispielhaft als Kugeln ausgeführten Wälzkörper 5 in Rundlöchern 10 laufen, die in den Käfigen 6 und 7 ausgebildet sind, wobei auch hier die Relativbewegung möglichst reibungs- und spielfrei erfolgt.

Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Linearführung ist das Einzelteil 2.4 elastisch ausgeführt und in Richtung F₁ federnd vorgespannt, so daß die Federvorspannkraft zunächst von der Lauffläche 4.2 über Wälzkörper 5 auf die Lauffläche 3.2 und von der parallel gegenüberliegenden Lauffläche 3.4 wiederum über Wälzkörper 5 auf die Lauffläche 4.4 übertragen wird. Auf diese Weise wird in Richtung F₁ Spielfreiheit erzielt.

In analoger Weise sorgen Federscheiben 11 in der Richtung F₂ für Spielfreiheit durch Federvorspannung, indem die Federvorspannkraft von der Lauffläche 4.1 über Wälzkörper 5 auf die Lauffläche 3.1 und von der parallel gegenüberliegenden Lauffläche 3.3 wiederum über Wälzkörper 5 auf die Lauffläche 4.3 übertragen wird.

In 2 ist die erfindungsgemäße Linearführung in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Hier sind eine Viel zahl von in Bewegungsrichtung B hintereinander liegenden Wälzkörpern 5 erkennbar, die einerseits vom Käfig 6, andererseits vom Käfig 7 auf Abstand zueinander gehalten werden.

Zu erkennen sind weiterhin die Führungsstifte 8, die für die Zwangsführung der Käfige 6 und 7 in der Bewegungsrichtung B sorgen.

Die Schrauben sind jeweils symbolisch dargestellt und nicht mit Bezugszeichen versehen.

Die einzelnen Baugruppen der erfindungsgemäßen Linearführung sind mit verhältnismäßig unkomplizierten Fertigungstechnologien und daher kostengünstig herstellbar, weil in die Laufflächen keine Nuten zur Führung der Wälzkörper eingebracht werden müssen, die Führungsgenauigkeit mittels der Käfige erzielt wird und die Baugruppen spielfrei gegeneinander in Bewegungsrichtung verschiebbar sind.

1, 2: Baugruppen
2.1; 2.2; 2.3; 2.4: Einzelteile der Baugruppe 2
3.1 ... 3.4 und 4.1 ... 4.4: Laufflächen
5: Wälzkörper
6, 7: Käfige
8: Führungsstifte
9: Langlöcher
10: Rundlöcher
11: Federscheiben
B: Bewegungsrichtung
F₁, F₂: Richtung der Federvorspannkräfte

Claims

Linearführung mit Wälzkörpern, umfassend zwei gegeneinander bewegliche Baugruppen (1, 2), an denen Laufflächen (3.1 ... 3.4, 4.1 ... 4.4) für die Wälzkörper (5) ausgebildet sind, wobei – die an der einen Baugruppe (1) ausgebildeten Laufflächen (3.1 ... 3.4) den an der anderen Baugruppe (2) ausgebildeten Laufflächen (4.1 ... 4.4) gegenüberstehen und dabei durch Wälzkörper (5) beabstandet sind, – die Abstände von Wälzkörper (5) zu Wälzkörper (5) durch Käfige (6, 7) vorgegeben sind, – die Wälzkörper (5) in ihrer Bewegungsrichtung nicht durch in die Laufflächen (3.1 ... 3.4, 4.1 ... 4.4) eingebrachte Vertiefungen, sondern durch die Käfige (6, 7) geführt sind und – die Käfige (6, 7) über Mittel zur Zwangsführung mit wenigstens einer der Baugruppen (1 oder 2) in Verbindung stehen.
Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Zwangsführung miteinander korrespondierende Nuten und Führungsstifte (8) vorgesehen sind, wobei mit der Ausrichtung der Nuten die Bewegungsrichtung und mit der Länge der Nuten der Bewegungsbereich vorgegeben sind.
Linearführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten in Form von Langlöchern (9) in den Käfigen (6, 7) ausgebildet und die Führungsstifte (8) mechanisch fest mit einer der Baugruppen (1 oder 2) verbunden sind.
Linearführung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wälzkörper (5) Kugeln vorgesehen und in den Käfigen (6, 7) Aussparungen in Form von Rundlöchern (10) vorhanden sind, in denen die Kugeln lose laufen.
Linearführung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß – an der einen Baugruppe (1) vier Außenflächen, die sich paarweise parallel gegenüberliegen, als Laufflächen ( 3.1 ... 3.4) ausgebildet sind, – an der anderen Baugruppe vier Innenflächen als Laufflächen (4.1 ... 4.4) ausgebildet sind, die den Laufflächen (3.1 ... 3.4) gegenüberstehen und – jeweils zwischen einer Innen- und einer Außenfläche Wälzkörper (5) angeordnet sind, so daß die beiden Baugruppen (1, 2) ausschließlich in der dadurch verbleibenden Bewegungsrichtung parallel zu den Laufflächen (3.1 ... 3.4, 4.1 ... 4.4) gegeneinander verschiebbar sind.
Linearführung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (4.2) an der Baugruppe (2) federnd vorgespannt ist, so daß die Federkraft über Wälzkörper (5), die Lauffläche (3.2), die Baugruppe (1), die Lauffläche (3.4), Wälzkörper (5) auf die Lauffläche (4.4) übertragen und dadurch Spielfreiheit senkrecht zu den Laufflächen (4.2, 3.2, 3.4 4.4) gewährleistet wird.
Linearführung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauffläche (4.1) an der Baugruppe (2) federnd vorgespannt ist, so daß die Federkraft über Wälzkörper (5), die Lauffläche (3.1), die Baugruppe (1), die Lauffläche (3.3) und Wälzkörper (5) auf die Lauffläche (4.3) übertragen und dadurch Spielfreiheit senkrecht zu den Laufflächen (4.1, 3.1, 3.3 3.4) gewährleistet wird.