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Die
Erfindung betrifft einen Rollelementhalter und ein Verfahren zum
Herstellen desselben, insbesondere eine Haltevorrichtung, mit der
die Rollelemente gehalten und geführt werden können und
die bei Werkzeugmaschinen, elektronischen Automations- und Halbleiteranlagen
Verwendung findet.
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Bei
herkömmlichen
Linearführungen
unterscheidet man die Haltevorrichtung für Rollelemente in Bauweise
von Einzelteilen und die aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzte
Haltevorrichtung. Beim Zusammenbau der ersten Haltevorrichtung für die herkömmliche
Linearführung
müssen
Rollelemente und Abstandsstücke
abwechselnd in einen Gleitwagen der Linearführung eingesetzt werden, was
zu viel Zeit- und Kraftaufwand zumutet. Außerdem müssen die Rollelemente und die
Abstandsstücke
in engem Kontakt stehen, da sonst sich das Abstandsstück leicht
von beiden Rollelementen löst, was
jedoch zu einer Blockierung innerhalb des Rücklaufkanals führt. Stehen
die Rollelemente und die Abstandsstücke in zu enger Berührung, wird
dann der Reibungswiderstand erheblich erhöht. Daher ist die Steuerung
des Abstands zwischen dem Abstandsstück und den Rollelementen sehr
schwierig. Wie bekannt ist, wird das Abstandsstück nach der Reibung mit den
Rollelementen verschlissen, was eine Erhöhung des Abstands bewirkt.
Sogar wenn eine technische Lösung
zur Steuerung von Abständen
zwischen dem Abstandsstück
und den Rollelementen vorhanden wäre, bleibt das Problem mit
der Vergrößerung des
Abstands nach Anwendung der Linearführung für längere Zeit jedoch immer noch
bestehen.
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Aus
US 5,988,883 und JP H05-052217
oder H05-231432 ist eine Haltevorrichtung bekannt, die aus mehreren
Einzelteilen zusammengesetzt ist und mit einer flexiblen Verbindungskette
versehen ist, welche Abstandsstücke
verbindet, wobei jedes der Abstandsstücke in einer von beiden Abstandsstücken gebildeten
Kammer beweglich gelagert ist. Da die Abstandsstücke mit der Verbindungskette
verbunden sind, wird vermieden, dass eine Trennung aufgrund des
zu großen
Abstands vorkommt. Bei Herstellung solcher Haltevorrichtungen müssen die Rollelemente
zunächst
in eine Form eingesetzt und dann im Spritzgussverfahren hergestellt
werden. Die Materialeigenschaft und die mechanische Leistung der
Spritzgussmaschinen stellen hohe Anforderungen, was zur Erhöhung von
Herstellungskosten führt. Mit
dem. speziellen Herstellungsverfahren stehen die Rollelemente in
engem Kontakt mit den Abstandsstücken
der Haltevorrichtung. Außerdem
hat das Abstandsstück
einen geschlossenen Querschnitt, was zu einer großen Kontaktfläche mit
dem Rollelement führt,
wobei bei solcher Konfiguration Schmieröl nicht gespeichert oder zirkuliert
werden kann, was eine Steigerung des Rollwiderstands der Rollelemente bewirkt
und das Abrutschen der Rollelemente zur Folge hat. Dies beeinträchtigt dann
die Flüssigkeit
bei Rollbewegung der Rollelemente. Da solches Abstandsstück mit einer
kugelförmigen
Form hergestellt ist, ergibt sich dann eine konkave Kugelfläche zwischen
dem Abstandsstück
und dem Rollelement. Dies ermöglicht
dann eine fast flächendeckende
Berührung
des Abstandsstücks
mit dem Rollelement. Wie bekannt ist, bewirkt der flächendeckende
Kontakt eine schlechte Schmierwirkung und einen großen Widerstand.
Hierdurch ergibt sich dann eine Vergrößerung des Widerstands beim
Bewegen der Linearführung.
Trotz der Berücksichtigung
der Anforderung an die Schmierwirkung kann die konkave Kugelfläche eine
unvollständige
Berührung
mit den Rollelementen bekommen, indem die konkave Kugelfläche mit
Wellung versehen ist oder eine geringe Differenz zwischen dem Krümmungsradius
der konkaven Kugelfläche
und dem des Rollelements besteht, wodurch ein geringe Spalte zwischen
der konkaven Kugelfläche
und dem Rollelement vorhanden ist, um das Schmieröl einzulassen
und somit den Reibungswiderstand herabzusetzen. Besteht nur das
Abstandsstück
aus Kunststoff oder Gummistoff, wird es verschlissen. Außerdem verfügt der Kunststoff
oder Gummistoff über
eine große,
elastische Verformung. Wenn die konkave Kugelfläche und das Rollelement auf
größeren Druck
beansprucht werden oder Verschleiß oder Verformung an der konkaven
Kugelfläche
auftritt, bildet sich ein vollständiger
Kontakt zwischen der konkaven Kugelfläche und dem Rollelement, was
zur Vergrößerung des
Reibungswiderstands führt.
Dies kann einen vergrößerten Rollwiderstand
auf die Linearführung
auswirken. Es kann sogar vorkommen, dass die Verbindungskette der Haltevorrichtung
abgebrochen wird.
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Des
Weiteren befindet sich das Rollelement im Kern der Form. Vor der
Formung werden die Rollelemente in die Form eingesetzt, um ein Spritzgussverfahren
durchzuführen.
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Dieses
Herstellungsverfahren weist jedoch die folgenden Nachteile auf:
- 1. Die Anzahl der eingesetzten Rollelemente
variiert je nach Größe der Haltevorrichtung.
Je länger die
Haltevorrichtung ist, desto mehr Rollelemente müssen eingesetzt werden. Dies
führt dann
zur Verlängerung
der Herstellungsdauer.
- 2. Bei solcher Konstruktion erfolgt die Entformung in obere
und untere Richtungen, sodass die konkave Kugelfläche über nur
eine beschränkte
Konkavität
verfügt.
Daher entspricht der Krümmungsradius
der konkaven Kugelfläche
im Wesentlichen dem des Rollelements. Wenn die konkave Kugelfläche und
das Rollelement auf größeren Druck beansprucht
werden oder Verschleiß oder
Verformung an der konkaven Kugelfläche auftritt, bildet sich ein vollständiger Kontakt
zwischen der konkaven Kugelfläche
und dem Rollelement, was zur Vergrößerung des Reibungswiderstands
führt.
- 3. Das Abstandsstück
mit der Durchgangsbohrung weist mehrere Vorteile auf. Durch die
Entformung in obere und untere Richtungen ist es kaum möglich, die
Abstandsstücke
zwischen den benachbarten Rollelementen mit einer Durchgangsbohrung
zu versehen.
- 4. Bei Herstellen der herkömmlichen
Haltevorrichtung müssen
die Rollelemente stückweise
in die Form eingesetzt werden, was einen großen Zeit- und Kraftaufwand
erfordert.
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Durch
die Erfindung wird einen Rollelementhalter und ein Verfahren zum
Herstellen desselben geschaffen, wobei der Rollelementhalter durch
einfache Maßnahmen
die oben erwähnten
Nachteile nicht aufweist.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des
Rollelementhalters entsprechend den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen
und bezüglich des
Verfahrens entsprechend dem in Anspruch 4 bzw. 5 angegebenen Merkmalen
gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Vorteilhaft
ist die erfindungsgemäße Haltevorrichtung
einstückig
ausgebildet, was eine kontinuierliche, glatte Führung der umlaufenden Rollelemente
bewirkt. Um die oben genannten Nachteile zu vermeiden, ist jedes
der Abstandsstücke
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
mit einer Durchgangsbohrung versehen, in der Schmiermittel aufbewahrt werden
kann, um eine bessere Schmierwirkung zu erreichen. Daher kommen
die Durchgangsbohrung und das Rollelement völlig nicht in Kontakt und werden
sie immer geschmiert, sogar wenn eine Reibung oder ein Stoß zwischen den
Rollelementen und der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung zustande kommt.
Dadurch werden eine dauerhafte, bessere Abtrennung und Schmierwirkung
zwischen der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
und den Rollelementen gewährleistet.
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Um
eine bessere mechanische Festigkeit eines Verbindungselements der
erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
zu Verfügung
zu stellen, kann die die beiden symmetrischen, benachbarten Abstandsstücke verbindende
Konstruktion an die Außenform der
Rollelemente angepasst sein. Um über
mehrere Funktionen der Haltevorrichtung zu verfügen, ist eine Durchgangsbohrung
in der Mitte des Abstandsstücks der
Haltevorrichtung ausgebildet, wodurch sich eine hohle, ringförmige Konfiguration
bildet. Außerdem weist
das Abstandsstück
einen rechteckigen Querschnitt auf, was eine Herabsetzung der Kontaktfläche zwischen
dem Abstandsstück
und dem Rollelement bewirkt.
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Die
erfindungsgemäße Konfiguration
zeichnet sich dadurch aus, dass das erfindungsgemäße Verbindungselement
beim Umlenken gekrümmt
wird, wodurch sich eine Öffnung
zwischen der Durchgangsbohrung des Abstandsstücks und dem Rollelement bildet,
sodass die Durchgangsbohrung und die Umlenkbahn miteinander kommunizieren,
um der Durchgangsbohrung des Abstandsstücks das Schmiermittel in der
Umlenkbahn zuführen
zu können.
Wird der Umlenkvorgang des Rollelementhalters und der Rollelemente
abgeschlossen, gelangen sie wieder zur Linearbahn, wobei die Rollelemente die
Durchgangsbohrung zur geschlossenen Kammer umschließen, die
zur Aufbewahrung von Schmiermittel eingesetzt werden kann. Darüber hinaus
trägt.
das Schmieröl
in der Ölkammer
der Durchgangsbohrung zur Entstehung eines Ölfilms auf dem Rollelement bei,
wenn die Rollelemente in Linearbewegung versetzt werden. Dadurch
wird die Schmierwirkung verbessert, um den Widerstand zu verringern
und somit die Standzeit der Haltevorrichtung zu erhöhen.
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Der
erfindungsgemäße Rollelementhalter wird
aus einer oberen und einer unteren Form im Spritzgussverfahren hergestellt,
wobei eine Formungsstange durch die zusammengesetzte Form hindurch
führt,
um die hohle, ringförmige
Konstruktion des Abstandsstücks
der Haltevorrichtung zu bilden.
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Das
verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Rollelementhalters wird
mit einer Spritzgussform durchgeführt, die aus einer oberen Form,
einer Formungsstange und einer unteren Form zusammengesetzt ist.
Zunächst
wird die Formungsstange in die untere Form eingeführt. Dann
wird die mit Gießkanälen versehene,
obere Form oben auf die untere Form gestellt, sodass eine komplette
Spritzgussform fertig hergestellt wird. Danach wird Kunststoff zur
Formung des Rollelementhalters in die Spritzgussform eingefüllt, um
die Formung der Haltevorrichtung zu ermöglichen. Beim Entformen werden zunächst die
Formungsstange und dann die obere Form entfernt. Schließlich kann
der gefertigte Rollelementhalter aus der unteren Form herausgenommen.
Auf diese Weise wird der erfindungsgemäße Rollelementhalter hergestellt.
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Die
Gestaltung der oben erwähnten
erfindungsgemäßen Spritzgussform
zeichnet sich durch die obere und die untere Form aus, die eine
Konfiguration zur Unterstützung
und Befestigung der Formungsstange bilden und in Aufbau einer Brücke bzw. einem
Brückenpfeiler
entspricht. Hierdurch ergibt sich eine ausreichende Stützkraft
im Spritzgussvorgang, die der Formungsstange zur Verfügung steht und
sich gegen den im Spritzgussvorgang erzeugten Druck wirkt, was eine
Erhöhung
der Dauerhaftigkeit und Fehlerlosigkeit von Fertigprodukten gewährleistet.
Daher sorgt das erfindungsgemäße Verfahren zum
Herstellen des Rollelementhalters für eine schnelle Produktion
und erleichtert das Herstellungsverfahren, wodurch die Herstellungskosten
verringert werden.
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Im
Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Funktionsweise der Erfindung
anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
und der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert werden.
Es zeigen:
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1 in
schematischer Perspektivdarstellung einen erfindungsgemäßen Rollelementhalter;
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2 einen
Schnitt auf den erfindungsgemäßen Rollelementhalter
gemäß 1;
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3 eine
schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Rollelementhalters in einer
Umlenkbahn;
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4 eine
perspektivische Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Spritzgussform;
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5 Schritte
zum Herstellen des erfindungsgemäßen Rollelementhalters;
und
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6 eine
grafische Darstellung zur Verdeutlichung des jeweiligen Reibungswiderstands
des bei Linearführungen
eingesetzten Rollelementhalters mit und ohne Durchgangsbohrung.
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Wie
aus 1 und 2 ersichtlich, sind mehrere
Rollelemente 20 nebeneinander im Inneren eines erfindungsgemäßen Rollelementhalters 10 vorgesehen.
Der Rollelementhalter 10 weist mehrere Abstandsstücke 11 und
ein Verbindungselement 12 auf, wobei jedes der Abstandsstücke 11 in
axialer Richtung über
eine Durchgangsbohrung 111 verfügt, sodass das Abstandsstück 11 als
hohler Ring ausgebildet ist. Mit der ringförmigen Konstruktion werden benachbarte
Rollelemente 20 an beiden Seiten des Abstandsstücks 11 voneinander
getrennt. Um die Kontaktfläche
zwischen dem Abstandsstück 11 und dem
Rollelement 20 zu minimieren, weist das Rollelement 20 einen
rechteckigen Querschnitt auf. Hierdurch ergeben sich nur Kontaktpunkte 112 zwischen dem
Abstandsstück 11 und
dem Rollelement 20. Daher bilden sich ein ringförmiger Kontakt
zwischen dem Abstandsstück 11 und
dem Rollelement 20, um die Kontaktfläche dazwischen herabzusetzen.
Die Durchgangsbohrung 111 wird von je zwei Rollelementen 20 begrenzt,
um eine Kammer zur Aufbewahrung von Schmiermittel zu bilden. Das
Verbindungselement 12 ist als schmales Band ausgebildet und
verbindet die benachbarten Abstandsstücke 11 zum kettenartigen
Rollelementhalter 10. Da der Kontakt der Abstandsstücke 11 zu
den Rollelementen 20 auf einen kleinen Bereich, vor allem
auf die Kontaktpunkte 112, beschränkt und eine zwischen den jeweiligen
beiden benachbarten Rollelementen 20 befindliche Durchgangsbohrung 111 zur
Aufbewahrung von Schmiermittel vorhanden ist, ergibt sich nur ein
sehr geringer Kontaktbereich zwischen dem Abstandsstück 11 und
dem Rollelement 20, sogar wenn die Kontaktfläche dadurch
vergrößert ist,
dass Verschleiß an
den Kontaktpunkten 112 stattfindet. Auf jeden Fall bildet
sich keine Reibung zwischen dem Rollelement 20 und dem
Abstandsstück 11 auf
dem Bereich der Durchgangsbohrung 111. Außerdem ist Schmiermittel
in der Durchgangsbohrung 111 vorhanden, was für eine gewünschte Schmierwirkung sorgt.
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In 3 gezeigt,
dass sich die Rollelemente 20 und der Rollelementhalter 10 in
einer Umlenkbahn 60 befinden, sodass das Verbindungselement 12 gekrümmt wird,
um die Abstandsstücke 11 und
die Rollelemente 20 zum Rücklauf umzulenken. Beim Umlenken
bildet sich eine Öffnung 113 zwischen
der Durchgangsbohrung 111 des Abstandsstücks 11 und dem
Rollelement 20, wodurch die Durchgangsbohrung 111 und
die Umlenkbahn 60 miteinander kommunizieren, um der Durchgangsbohrung 111 des
Abstandsstücks 11 das
Schmiermittel in der Umlenkbahn 60 zuführen zu können. Wird der Umlenkvorgang
des Rollelementhalters 10 und der Rollelemente 20 abgeschlossen,
gelangen sie wieder zur Linearbahn, wobei die Rollelemente 20 die
Durchgangsbohrung 111 zu einer geschlossenen Kammer umschließen, die
zur Aufbewahrung von Schmiermittel eingesetzt werden kann.
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Um
den erfindungsgemäßen Rollelementhalter
herzustellen, wird ein spezielles Verfahren durchgeführt, um
eine problemlose Entformung zu ermöglichen. Aus 4 ist
eine Spritzgussform ersichtlich, die aus einer oberen Form 30,
einer Formungsstange 40 und einer unteren Form 50 zusammengesetzt
ist. Die Form des Rollelementhalters 10 wird durch Zusammenfügen der
oberen Form 30 und der unteren Form 50 gebildet,
wobei die Formungsstange 40 durch die ganze Spritzgussform
hindurch führt.
Zunächst
wird die Formungsstange 40 in eine Rille 51 der
unteren Form 50 eingeführt
(siehe 5a). Dann wird die mit Gießkanälen 31 versehene,
obere Form 30 oben auf die untere Form 50 gestellt
(siehe 5b), sodass eine komplette
Spritzgussform fertig hergestellt wird. Wie aus 5c ersichtlich,
ist eine Kunststoffzuführeinrichtung 70 jeweils
auf die Gießkanäle 31 der
oberen Form 30 ausgerichtet, um den Kunststoff zur Formung
des Rollelementhalters 10 einzufüllen. Beim Entformen werden
zunächst
die Formungsstange 40 und dann die obere Form 30 entfernt
(siehe 5d). Danach kann der gefertigte
Rollelementhalter 10 aus der unteren Form 50 herausgenommen
(siehe 5e). Schließlich werden die Rollelemente 20 nacheinander
in den geformten Rollelementhalter 10 eingesetzt (siehe 5f), wodurch die Rollelemente 20 mit
dem Rollelementhalter 10 geführt und voneinander getrennt werden
können.
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6 zeigt
eine grafische Darstellung zur Verdeutlichung des jeweiligen Reibungswiderstands des
bei Linearführungen
eingesetzten Rollelementhalters mit und ohne Durchgangsbohrung.
Auf der waagerechten Achse sind die Strecken in Kilometer Kurzzeichen
km aufgetragen, auf der senkrechten Achse die zugehörigen Reibungswiderstände in Kilogramm-Force
Kurzzeichen kgf. Bei diesem Versuch wird die Linearführung auf
keine zusätzliche
Belastung beansprucht, wobei sie sich mit einer maximalen Geschwindigkeit
von 1 m/s hin- und herbewegt. Dabei wird sie einmal jede Stunde
geschmiert. Bei den gesamten Strecken 50 km, 100 km, 150 km usw.
werden die jeweiligen Reibungswiderstände gemessen. Daraus ergibt
sich, dass der mit A bezeichnete, halbkugelförmig gewölbte Rollelementhalter ohne
Durchgangsbohrung bei Überprüfung auf
Reibungswiderstand in Strecken von 50 und 100 km zunächst einen abnehmenden
Widerstand aufweist, da eine geringere Interferenz zwischen den
Rollelementen und ihrer Kontaktfläche zu Linearführung auftritt.
Bei Überprüfung auf
Reibungswiderstand in Strecken von 200km, 300km und 400 km ergibt
sich eine deutlich zunehmende Tendenz. Der Grund dafür besteht
darin, dass eine flächendeckende
Berührung
der halbkugelförmig
vertieften Fläche
mit dem Rollelement stattfindet, wenn die halbkugelförmig vertiefte
Fläche verschlissen
wird. Durch Mangel an Schmierung wird die Zunahme des Reibungswiderstands
bewirkt. Bei Überprüfung auf
Reibungswiderstand in Strecken von 450 km und 500 km ergibt sich
eine abgeschwächt
zunehmende Tendenz, indem eine fast vollständige Berührung der halbkugelförmig vertieften
Fläche
mit dem Rollelement zustande kommt. Bei Überprüfung des mit B bezeichneten,
erfindungsgemäßen Rollelementhalters
auf Reibungswiderstand im Bereich der Strecken von 0 bis 500 km
besteht keine zunehmende Tendenz wie bei dem herkömmlichen
Rollelementhalter ohne Durchgangsbohrung.
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- 10
- Rollelementhalter
- 11
- Abstandsstück
- 111
- Durchgangsbohrung
- 112
- Kontaktpunkt
- 113
- Öffnung
- 12
- Verbindungselement
- 20
- Rollelement
- 30
- obere
Form
- 31
- Gießkanal
- 40
- Formungsstange
- 50
- untere
Form
- 51
- Rille
- 60
- Umlenkbahn
- 70
- Kunststoffzuführeinrichtung