DE102005028854A1

DE102005028854A1 - Linearlagerführung

Info

Publication number: DE102005028854A1
Application number: DE200510028854
Authority: DE
Inventors: Sven Dipl.-Ing. Klee (FH)
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2005-06-22
Filing date: 2005-06-22
Publication date: 2007-01-04
Also published as: WO2006136344A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Linearlagerführung (1) für Maschinenteile (2) mit einem an Laufbahnen (3) des Maschinenteils (2) mittels Wälzkörper (5) geführten Tragkörper (4) und mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung (7) zum Detektieren und Melden eines sich wegen mangelnder Schmierung verändernden Verschiebewiderstandes, der sich aus einer Veränderung der Reibkraft ergibt. Um eine sichere Detektierung der Änderung des Verschiebewiderstandes und somit eine zu geringe oder fehlende Schmierung anzuzeigen, ist am Tragkörper (4) ein über zumindest eine Laufbahn (3) des Maschinenteils (2) oder die Wälzlageroberfläche (6) streifendes Reibbelagteil (10) angeordnet, wobei das Reibbelagteil (10) mit einem Längen-, Druck-, Auslenkungs- oder Wärmeänderungen erfassenden Bauteil (8) in Wirkverbindung steht, welches wiederum mit der Mess- und Auswerteeinrichtung (7) verbunden ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Linearlagerführung für Maschinenteile mit einem an Laufbahnen des Maschinenteils mittels Wälzkörper geführten Tragkörper, und mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung zum Detektieren und Melden eines sich wegen mangelnder Schmierung verändernden Verschiebewiderstandes, der sich aus einer Veränderung der Reibkraft ergibt.

Hintergrund der Erfindung

Linearlagerführungen dienen der reibungsarmen und klemmfreien Längsführung von Bauteilen, beispielsweise von Bauteilen mit prismatischer Führungsgeometrie. Diese Bauteile werden auf Kugeln, Zylinderrollen oder Nadeln gelagert geführt. Dadurch werden niedrige Verschiebekräfte, eine hohe Verschiebegeschwindigkeit und ein gegenüber Gleitführungen, wie sie z.B. aus der DE 101 45 217 A1 oder der WO 02/061297 A1 bekannt sind, sehr geringer Verschleiß erreicht.

Mit Linearlagerführungen ausgestattete Linearantriebseinheiten dienen der Umwandlung einer Antriebs-Drehbewegung in eine Linearbewegung des Antriebs. Derartige Linearlagerführungen werden somit beispielsweise in Werkzeugmaschinen oder allgemein in Fertigungsstraßen eingesetzt. Maschinenteile können auf diese Weise in Längsrichtung einwandfrei und hochgenau geführt werden.

Linearlager erreichen je nach Einflussparameter, wie z.B. Belastungsgröße und Belastungsart sowie eingesetztem Schmierstoff, eine unterschiedliche nominelle Lebensdauer. Einige dieser Einflussparameter sind schlecht oder gar nicht zu bestimmen, und deren Wirkung auf die Lebensdauer des Linearlagers ist schwierig zu definieren. Dabei ist einer der wichtigsten Parameter die Schmierung des Lagers, welche dessen Lebensdauer am stärksten beeinflusst.

Üblicherweise werden Linearlagerführungen entweder nach bestimmten Zeitintervallen bei Wartungsarbeiten nachgeschmiert oder nur minimal geschmiert. Ist die Schmierung zu gering oder mangelhaft, kommt es sehr schnell zu kapitalen Lagerschäden und eventuellen Folgeschäden bei den beteiligten Maschinenteilen. Denn bei Schmierstoffversagen im Schmierungssystem kommt es häufig zum Eindicken der Schmierstoffreste zu zähschwarzen Seifenresten oder auch zu einem zu geringen Schmierfilm in den Kontaktbereichen der Tragzonen der Lagerführung.

Eine falsche oder zu geringe Schmierung kann meistens durch den Fachmann nur schwer oder überhaupt nicht erkannt werden. Erst der später auftretende Folgeschaden der Falschschmierung durch ungeeignetes Schmiermittel oder die Nichtschmierung durch Schmierstoffmangel kann erkannt werden. Eine Detektierung des Schmierstoffmangels zur vorbeugenden Einleitung von Gegenmaßnahmen ist in der Regel unmöglich, ohne dass entsprechende technische Mittel eingesetzt werden.

Die DE 103 07 882 A1 zeigt ein Linearwälzlager mit einem an einer Führungsschiene über Wälzkörper geführten Führungswagen mit Endgliedern, wobei die Endglieder jeweils mit einem Sensor versehen sind, dessen elektrisches Signal abhängig vom Verschiebewiderstand ist. Sowohl eine Verformung des Endgliedes als auch eine auf das Endglied wirkende Kraftkomponente als Folge eines erhöhten Verschiebewiderstandes durch mangelnde Schmierung oder Verschmutzung durch Schmutzpartikel werden als physikalische Größen von dem Sensor erfasst, in ein elektrisches Signal umgewandelt und an eine Auswerte einheit übertragen. Diese löst ein akustisches Alarmsignal aus, wenn sich die Laufeigenschaften des Linearwälzlagers verschlechtern. Ferner kann eine Verformung des Tragkörpers des Führungswagens bzw. Endgliedes vom Sensor erfasst und an die Auswerteeinheit abgegeben werden. Der Sensor ist hierbei als Kraftsensor ausgebildet, der auf mechanischen Druck reagiert.

Im Tragkörper des Führungswagens sind Wälzkörperkanäle ausgebildet, die Tragkanäle sowie Rücklaufkanäle für die Wälzkörper umfassen. Die Endglieder wiederum weisen jeweils einen Umlenkkanal auf, wobei alle Kanäle in Wirkverbindung miteinander stehen. Die Verschiebewiderstandsänderung äußert sich in den Tragkanälen und den Rücklaufkanälen als eine axiale Kraft, die entlang der Kette von Wälzkörpern übertragen wird.

Durch diesen Aufbau ist das Linearwälzlager technisch sehr aufwändig und kostenintensiv zu fertigen. Des Weiteren kann es durch die Vielzahl der Kanäle zu Fehlern bzw. Fehlmeldungen bei der Änderung des Verschiebewiderstandes kommen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linearlagerführung der eingangs genannten Art zu schaffen, die eine sichere Detektierung der Änderung des Verschiebewiderstandes und somit eine zu geringe oder fehlende Schmierung anzeigt, und darüber hinaus kostengünstig realisierbar ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung geht daher aus von einer Linearlagerführung für Maschinenteile mit einem an Laufbahnen des Maschinenteils mittels Wälzkörper geführten Tragkörper, und mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung zum Detektieren und Melden eines sich wegen mangelnder Schmierung verändernden Verschiebewiderstandes, der sich aus einer Veränderung der Reibkraft ergibt. Zudem ist bei dieser Linearlagerführung vorgesehen, dass am Tragkörper ein über zumindest eine Laufbahn des Maschinenteils oder die Wälzlageroberfläche streifendes Reibbelagteil angeordnet ist, wobei das Reibbelagteil mit einem Längen-, Druck-, Auslenkungs- oder Wärmeänderungen erfassenden Bauteil in Wirkverbindung steht, welches wiederum mit der Mess- und Auswerteeinrichtung verbunden ist.

Durch diesen Aufbau wird vorteilhaft stets ein bestmöglicher Schmierzustand der Linearlagerführung sichergestellt. Ein Schmiermittelmangel oder Schmiermittelversagen wird zuverlässig erkannt und somit ein Trockenlauf verhindert. Als Folge dessen werden eine vorzeitige Zerstörung der Linearlagerführung und sich daraus ergebende Folgeschäden der damit verbundenen Maschinenteile vermieden. Weitere Vorteile bestehen darin, dass nur die tatsächlich benötigte Schmiermittelmenge in die Linearlagerführung eingebracht wird und wegen des geringeren Wartungsaufwandes die Betriebskosten verringert werden können. Des Weiteren wird eine weitgehend automatisierte Nachschmierung der Linearlagerführung realisiert.

Mit der Mess- und Auswerteeinheit wird somit die Betriebssicherheit der Linearlagerführung erhöht, da vor deren Totalausfall ein Alarmsignal ausgelöst wird. Durch das Nachschmieren können die Schmutzpartikel aus den Laufflächen herausgespült und Mangelschmierung beseitigt werden.

Das Reibbelagteil streift dazu über die zu untersuchende Fläche, nämlich eine der Laufbahnen des Maschinenteils oder die Wälzlageroberfläche. Der zwischen dem Reibbelagteil und der zu untersuchenden Fläche vorhandene Schmierfilm des Schmiermittels erzeugt einen definierten Reibwiderstand bzw. Verschiebewiderstand, der sich aus der Veränderung der Reibkraft zwischen der zu untersuchenden Fläche und dem mittels Wälzlagerkörper auf dieser Fläche geführten Tragkörper ergibt.

Die Reibkraft bzw. der Verschiebewiderstand wird durch das Reibbelagteil detektiert und durch ein Längen-, Druck-, Auslenkungs- oder Wärmeänderungen erfassendes Bauteil an die Mess- und Auswerteeinrichtung gemeldet. Stellt diese eine Abweichung von einem vorgegebenen Sollwert fest, wird ein Alarmsignal ausgelöst. Das Wartungspersonal kann nun eingreifen und für eine ausreichende Schmierung der Linearlagerführung sorgen, indem dieser Schmiermittel zugeführt wird.

Das Reibbelagteil kann konstruktiv an jeder Stelle des Tragkörpers angebracht werden, z.B. im Tragzonenbereich oder in den Wälzkörperkanälen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Linearlagerführung gemäß der Erfindung ist das die Längenänderungen erfassende Bauteil für das Reibbelagteil als Dehnungsmessstreifen ausgebildet. Dieser dient der dehnungsabhängigen elektrischen Widerstandsänderung einer auf das dehnungsbeanspruchte Bauteil, z.B. ein Biegeteil, aufgeklebten dünnen Metallfolie mit mäanderförmiger Leiterbahn.

Weiterhin können das Druckänderungen erfassende Bauteil als druckempfindliche Folie und das Auslenkungsänderungen erfassende Bauteil als Potentiometer ausgebildet sein. Diese Bauelemente sind einfach aufgebaut sowie kostengünstig herstellbar, und eignen sich besonders zur Detektierung und Meldung der Veränderung von Bezugsgrößen innerhalb eines Messsystems. Des Weiteren kann als Messsignal auch die im Reibbelagteil auf Grund der Reibenergie entstehende Wärme gemessen und ausgewertet werden.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Reibbelagteil an einem auf Biegung beanspruchbaren Balkenteil des Tragkörpers angeordnet. Erfolgt sonach bei einem erhöhten Verschiebewiderstand und einer damit einhergehenden erhöhten Reibkraft eine Biegung bzw. Auslenkung des Balkenteils, so erfasst beispielsweise der Dehnungsmessstreifen die Änderung der Form des Biegebalkens und meldet diese an die Mess- und Auswerteeinheit, die dann einen akustischen und/oder optischen Alarm auslöst.

Ferner kann die Messung des Schmierungszustandes durch ein Längen-, Druck-, Auslenkungs- oder Wärmeänderungen erfassendes Bauteil an beinahe jeder Stelle der Linearlagerführung erfolgen, indem dieses Bauteil an irgendeiner Stelle am Gehäuse, einer Schraube usw. angebracht ist.

Bei einer anderen Ausgestaltung der Linearlagerführung ist das Reibbelagteil zwischen zwei longitudinal verlaufenden Federelementen gelagert. Dem Reibbelagteil ist dabei z.B. ein Potentiometer zugeordnet, welches die Auslenkung des Reibbelagteils zwischen den Federelementen misst und an die Mess- und Auswerteeinheit meldet. Möglich ist auch die Erzeugung eines binären Signals durch das Reibbelagteil, welches an die Mess- und Auswerteeinheit übermittelt wird.

Des Weiteren kann das Reibbelagteil vorzugsweise aus Filz oder einem Sinterwerkstoff bestehen.

Um den Einsatzzweck des Reibbelagteils zu erweitern, kann dieses zusätzlich zur Abgabe von Schmiermittel auf die Laufbahn des Maschinenteils oder die Wälzlageroberfläche des Tragkörpers vorgesehen werden und ausgebildet sein.

Eine kontinuierliche Kontrolle des Schmierungszustandes der Linearlagerführung kann weiterhin dadurch erreicht werden, dass das Reibbelagteil mittels eines Aktuators in bestimmten Zeitintervallen einsetzbar ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einigen Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Linearlagerführung in einer ersten Ausführungsform,
2 eine schematische Darstellung einer Linearlagerführung in einer zweiten Ausführungsform, und
3 eine schematische Darstellung einer Linearlagerführung in einer dritten Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die in den 1 bis 3 gezeigte Linearlagerführung 1 besteht im Wesentlichen aus einem Maschinenteil 2 mit einer Laufbahn 3 für einen Tragkörper 4. Eine Kette von Wälzlagerkörpern 5 ist zwischen der Laufbahn 3 des Maschinenteils 2 und der Wälzkörperlaufbahn 6 des Tragkörpers 4 angeordnet.
Weiterhin umfasst die Linearlagerführung 1 eine Mess- und Auswerteeinheit 7 zum Auswerten von Signalen eines Längen-, Druck-, Auslenkungs- oder Wärmeänderungen erfassenden Bauteils 8.
Bei der Ausführungsform der Linearlagerführung 1 gemäß 1 ist am Tragkörper 4 ein abgewinkeltes Balkenteil 9 angebracht, an dessen freiem Ende ein Reibbelagteil 10 aus Filz oder einem Sinterwerkstoff befestigt ist. Am Balkenteil 9 ist als Längenänderungen erfassendes Bauteil 8 ein Dehnungsmessstreifen 11 angebracht.
Während des Betriebes der Linearlagerführung 1 streift das Reibbelagteil 10 über die Laufbahn 3 des Maschinenteils 2 in Pfeilrichtung. Der zwischen dem Reibbelagteil 10 und der Laufbahn 3 vorhandene Schmierfilm eines Schmiermittels erzeugt einen definierten Reibwiderstand bzw. Verschiebewiderstand. Dieser resultiert aus der Veränderung der Reibkraft zwischen der Laufbahn 3 des Maschineteils 2 und der Walzkörperlaufbahn 6 des Tragkörpers 4.
Erhöht sich die Reibkraft, so erfährt das Balkenteil 9 eine Formänderung, beispielsweise durch Veränderung seiner Abwinkelung. Diese wird durch das Reibbelagteil 10 detektiert, über den Dehnungsmessstreifen 11 erfasst und über eine elektrische Leitung 12 an die Mess- und Auswerteeinrichtung 7 gemeldet. Bei einer Abweichung von einem in der Mess- und Auswerteeinrichtung 7 gespeicherten Sollwert wird ein Alarmsignal ausgelöst. Nun kann eine geziel te Schmiermittelzuführung vorgenommen werden.
Bei der Ausführungsform der Linearlagerführung 1 gemäß 2 wird das Reibbelagteil 10 in einem Hohlraum zwischen dem Balkenteil 9 und dem Tragkörper 4 geführt. Das Reibbelagteil 10 steht in Wirkeingriff mit einer druckempfindlichen Folie 13. Erhöht sich der Verschiebewiderstand des Reibbelagteils 10, so vergrößert sich auch der Druck auf die druckempfindliche Folie 13, die nun über die Leitung 12 ein Signal an die Mess- und Auswerteeinheit 7 sendet und ein optisches und/oder akustisches Alarmsignal auslöst.
3 zeigt eine Ausführungsform der Linearlagerführung 1, bei der in einem Hohlraum des Balkenteils 9 das Reibbelagteil 10 zwischen zwei longitudinal angeordneten Federelementen 14 und 15, beispielsweise zwei Druckschraubenfedern, befestigt ist. Das Reibbelagteil 10 steht in Wirkeingriff mit einem Potentiometer 16, welches elektrisch über die Leitung 12 mit der Mess- und Auswerteeinheit 7 verbunden ist. Erfährt das Reibbelagteil 10 infolge eines erhöhten Verschiebewiderstandes eine Auslenkung in Form einer wegbezogenen Lageveränderung, gibt das Potentiometer 16 ein entsprechendes Signal an die Mess- und Auswerteeinheit 7, die ihrerseits ein Alarmsignal auslöst.

1: Linearlagerführung
2: Maschinenteil
3: Laufbahn
4: Tragkörper
5: Wälzkörper
6: Wälzkörperlaufbahn
7: Mess- und Auswerteeinheit
8: Bauteil
9: Balkenteil
10: Reibbelagteil
11: Dehnungsmessstreifen
12: Leitung
13: druckempfindliche Folie
14: Federelement
15: Federelement
16: Potentiometer

Claims

Linearlagerführung für Maschinenteile (2), mit einem an Laufbahnen (3) des Maschinenteils (2) mittels Wälzkörper (5) geführten Tragkörper (4) und mit einer Mess- und Auswerteeinrichtung (7) zum Detektieren und Melden eines sich wegen mangelnder Schmierung verändernden Verschiebewiderstandes, der sich aus einer Veränderung der Reibkraft ergibt, dadurch gekennzeichnet, dass am Tragkörper (4) ein über zumindest eine Laufbahn (3) des Maschinenteils (2) oder die Wälzlageroberfläche (6) streifendes Reibbelagteil (10) angeordnet ist, wobei das Reibbelagteil (10) mit einem Längen-, Druck-, Auslenkungs- oder Wärmeänderungen erfassenden Bauteil (8) in Wirkverbindung steht, welches wiederum mit der Mess- und Auswerteeinrichtung (7) verbunden ist.
Linearlagerführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenänderungen erfassende Bauteil (8) für das Reibbelagteil (10) als Dehnungsmessstreifen (11) ausgebildet ist.
Linearlagerführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckänderungen erfassende Bauteil (8) als druckempfindliche Folie (13) ausgebildet ist.
Linearlagerführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auslenkungsänderungen erfassende Bauteil (8) als Potentiometer (16) ausgebildet ist.
Linearlagerführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibbelagteil (10) an einem auf Biegung beanspruchbaren Balkenteil (9) des Tragkörpers (4) angeordnet ist.
Linearlagerführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibbelagteil (10) zwischen zwei longitudinal verlaufenden Federelementen (14, 15) gelagert ist.
Linearlagerführung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibbelagteil (10) vorzugsweise aus Filz oder einem Sinterwerkstoff besteht.
Linearlagerführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibbelagteil (10) zusätzlich zur Abgabe von Schmiermittel auf die Laufbahn (3) des Maschinenteils (2) oder die Wälzlageroberfläche (6) des Tragkörpers (4) vorgesehen und ausgebildet ist.
Linearlagerführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Reibbelagteil (10) mittels eines Aktuators in bestimmten Zeitintervallen einsetzbar ist.