DE102007013516A1

DE102007013516A1 - Linearwälzlager

Info

Publication number: DE102007013516A1
Application number: DE102007013516A
Authority: DE
Inventors: Alfred Haub
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: US20080232726A1; DE102007013516B4; US7832932B2; JP2008232437A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Linearwälzlager (10), umfassend einen auf einer Führungsschiene (20) in deren Achsrichtung über Wälzkörper (42) längsbeweglich abgestützten Führungswagen (30), wobei die Führungsschiene (20) eine Bodenfläche (22), eine Kopffläche (24) und zwei die Bodenfläche und die Kopffläche verbindende Seitenflächen (26) aufweist, an denen mindestens je eine Laufbahn (28) für Wälzkörper angeordnet ist, wobei der Führungswagen (30) zwei Schenkelteile und einen die beiden Schenkelteile verbindenden Stegteil aufweist, um die Führungsschiene im Wesentlichen U-förmig zu umgreifen, wobei in den Schenkelteilen mindestens je ein Wälzkörperumlauf angeordnet ist, wobei weiter ein Wälzkörperumlauf eine lastaufnehmende Laufbahn, eine Rückführlaufbahn sowie die beiden Laufbahnen verbindende Bogenlaufbahnen aufweist und wobei die lastaufnehmende Laufbahn des Führungswagens (30) von einer zur Achsrichtung der Führungsschiene (20) parallelen Laufplatte (40) gebildet ist, die teilweise an dem Führungswagen (30) anliegt und um eine zur Achsrichtung der Führungsschiene (20) annähernd senkrechte Achse schaukelnd abgestützt ist. Erfindungsgemäß liegt das Verhältnis der Dicke (44) der Laufplatte (40) zum Durchmesser des Wälzkörpers (42) in einem Bereich von 0,8 bis 1,2, vorzugsweise in einem Bereich von 0,8 bis 1,1.

Description

Die Erfindung betrifft ein Linearwälzlager, umfassend einen auf einer Führungsschiene in deren Achsrichtung über Wälzkörper längsbeweglich abgestützten Führungswagen, wobei die Führungsschiene eine Bodenfläche, eine Kopffläche und zwei, die Bodenfläche und die Kopffläche verbindende Seitenflächen aufweist, an denen mindestens je eine Laufbahn für Wälzkörper angeordnet ist, wobei der Führungswagen zwei Schenkelteile und einen, die beiden Schenkelteile verbindenden Stegteil aufweist, um die Führungsschiene im Wesentlichen U-förmig zu umgreifen, wobei in den Schenkelteilen mindestens je ein Wälzkörperumlauf angeordnet ist, wobei weiter ein Wälzkörperumlauf eine lastaufnehmende Laufbahn, eine Rückführlaufbahn sowie die beiden Laufbahnen verbindende Bogenlaufbahnen aufweist, und wobei die lastaufnehmende Laufbahn des Führungswagens von einer zur Achsrichtung der Führungsschiene parallelen Laufplatte gebildet ist, die teilweise an dem Führungswagen anliegt und um eine zur Achsrichtung der Führungsschiene annähernd senkrechte Achse schaukelnd abgestützt ist.
Aus der DE 103 03 948 A1 ist eine Linearführungseinrichtung mit einer Führungsschiene und einem darauf in deren Längsrichtung hin- und herbewegbaren Führungswagen bekannt. Eine Wälzkörperlaufbahn des Wagens ist an einem mit dem Führungswagen verbundenen Laufbahnelement ausgebildet, welches zumindest an seinem Einlaufende einen freitragenden Abschnitt mit einer Länge aufweist, die wenigstens gleich dem Durchmesser der Wälzkörper ist. Ein Nachteil dieser Linearführungseinrichtung besteht darin, dass keine Fluchtungsfehler ausgeglichen werden können.
Weiterhin ist aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 90 11 444 U1 ein Wälzlager bekannt, welches einen auf einer Schiene in deren Achsrichtung verschiebbar geführten Lagerhauptkörper mit einer lastübertragenden und einer rücklaufenden Wälzkörperreihe sowie zwei Bogenwälzkörperreihen aufweist.
Bei einer Ausführungsform dieses Linearwälzlagers erkennt man, dass die lastaufnehmenden Laufrillen des Lagerhauptkörpers an einer Laufplatte angeordnet sind. Man erkennt weiter, dass die Laufplatte auf ihrer Rückseite im mittleren Bereich konvex gewölbt ist, wodurch die Laufplatte in der Komplementärnut des Lagerhauptkörpers eine schaukelnde Bewegung um eine zur Längsrichtung der Schiene senkrechte Achse ausführen kann. Durch eine derartige schaukelnde Bewegung können unplane Montageflächen und sonstige Fluchtungsfehler ausgeglichen werden, wenn beispielsweise ein und dasselbe übergeordnete Anschlussteil mit zwei Lagerhauptkörpern auf ein und derselben Schiene geführt ist oder wenn ein und dasselbe Anschlussteil mit zwei Lagerhauptkörpern verbunden ist, die auf verschiedenen Schienen gelagert sind.
Eine solche Schaukelmöglichkeit auf Grund der konvex gewölbten Rückseite der Laufplatte hat jedoch im ungünstigsten Fall zur Folge, dass zwischen Laufplatte und Lagerhauptkörper eine Linienberührung vorherrscht. Diese Linienberührung geht zu Lasten der Tragfähigkeit des Linearlagers.
Außerdem weist das bekannte Linearwälzlager eine Laufplatte mit einem relativ großen Querschnitt auf, wodurch sich eine relativ große Komplementärnut im Lagerhauptkörper erforderlich macht. Da sich die Nutgröße umgekehrt proportional zur Steifigkeit des Linearlagers verhält, sind einer Querschnittserhöhung der Laufplatte enge Grenzen gesetzt.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Linearwälzlager der oben bezeichneten Art so auszubilden, dass eine Laufplatte mit einem reduzierten Querschnitt aufweist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Verhältnis der Dicke der Laufplatte zum Durchmesser des Wälzkörpers in einem Bereich von 0,8 bis 1,2, vorzugsweise von 0,8 bis 1,1 liegt. Dadurch wird die Steifigkeit des Linearlagers erhöht, weil die Komplementärnut am Führungswagen kleiner ausgeführt werden kann.
Dabei soll unter der Dicke der Laufplatte der lotrechte Abstand des Druckpunkts des Wälzkörpers an der lastaufnehmenden Laufbahn der Laufplatte zur Rückenfläche der Laufplatte zu verstehen sein.
Das Verhältnis der Länge der Laufplatte zum Durchmesser des Wälzkörpers kann in einem Bereich von 7,0 bis 15,0 liegen. Vorzugsweise liegt dieses Verhältnis zwischen 7,0 und 8,1.
Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Linearwälzlagers kann darin gesehen werden, wenn das Verhältnis der Länge der Freimachung an der Komplementärnut des Führungswagens zum Durchmesser des Wälzkörpers in einem Bereich von 2,2 bis 3,7, vorzugsweise in einem Bereich von 2,2 bis 3,4, und das Verhältnis der Tiefe der Freimachung an der Komplementärnut des Führungswagens zum Durchmesser des Wälzkörpers in einem Bereich von 0,02 bis 0,07 liegen. Dadurch kann erreicht werden, dass die Kugeln stoßfrei in die lastaufnehmende Laufbahn einlaufen, wodurch sich die Ablaufgenauigkeit des Linearwälzlagers erhöht und die Reibkraftschwankungen reduzieren.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verhältnis der Länge der Auflagefläche des Führungswagens zum Durchmesser des Wälzkörpers in einem Bereich von 0,8 bis 2,7, vorzugsweise von 1,4 bis 2,7 liegen. Dadurch wird die Tragfähigkeit des Linearlagers gesteigert.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann darin gesehen werden, dass das Verhältnis der Breite der Auflagefläche am Führungswagen zum Durchmesser des Wälzkörpers in einem Bereich von 0,3 bis 1,1, vorzugsweise von 0,3 bis 0,6 liegt. Auch dadurch wird die Tragfähigkeit des Linearlagers erhöht.
Wenn das Verhältnis des Widerstandsmoments der Laufplatte zum Durchmesser des Wälzkörpers in einem Bereich von 0,6 bis 6,1, vorzugsweise in einem Bereich von 0,6 bis 5,3 liegt, kann das Ablaufverhalten des Linearwälzlagers infolge einer größeren Elastizität und damit Federwirkung der Laufplatte verbessert werden.
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung des Linearwälzlagers,
2 eine stirnseitige Ansicht der Laufplatte im Führungswagen und
3 eine vereinfachte Schnittdarstellung durch den Führungswagen gemäß der Linie III-III in 2.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Linearwälzlager 10 mit einer Führungsschiene 20 und einem in deren Achsrichtung über nicht dargestellte Wälzkörper verschiebbar gelagerten Führungswagen 30.
Die Führungsschiene 20 weist eine Bodenfläche 22, mit der sie auf einer nicht dargestellten Basis befestigt werden kann, eine Kopffläche 24 sowie zwei Seitenflächen 26 auf. An den Seitenflächen 26 sind über die gesamte Länge der Führungsschiene 20 und parallel zu deren Achsrichtung Laufbahnen 28 für Wälzkörper wie beispielsweise Kugeln angeordnet.
Der Führungswagen 30 weist zwei Schenkelbereiche und einen, die beiden Schenkelbereiche verbindenden Stegbereich auf, sodass die Führungsschiene 20 im Wesentlichen U-förmig von dem Führungswagen 30 umgriffen wird.
Im Führungswagen 30 sind Wälzkörperumläufe mit je einer lastaufnehmenden und einer rückführenden Laufbahn, die über zwei Bogenlaufbahnen zu einer endlosen Schleife miteinander verbunden sind, aufgenommen. Dabei ist die lastaufnehmende Laufbahn von einer zur Achsrichtung der Führungsschiene 20 parallel verlaufenden Laufplatte 40 (2) gebildet, die zumindest teilweise an dem Führungswagen 30 anliegt und um eine zur Achsrichtung der Führungsschiene 20 im Wesentlichen orthogonal verlaufenden Achse schaukelnd abgestützt ist.
2 zeigt einen Ausschnitt einer stirnseitigen Ansicht einer Laufplatte 40 im Führungswagen 30. An der Laufplatte 40 sind zwei Laufbahnen 41 für Kugeln 4 ausgebildet, die einen geringfügig größeren Krümmungsradius als der Kugelradius aufweisen. Beispielsweise kann der Krümmungsradius der Laufbahn 41 in einem Bereich liegen, der dem 0,5- bis 0,505-fachen des Durchmessers der Kugel 42 entspricht.
Weiterhin ist die Laufplatte 40 mit zwei Rückenflächen 43 ausgestattet, die mit zwei Auflageflächen 34 der Komplementärnut 32 im Führungswagen 30 korrespondieren. Die Anordnung der Laufplatte 40 in der Nut 32 ist derart ausgebildet, um Lasten aus allen Richtungen aufnehmen zu können. Deshalb sind die Laufbahnen 41 beziehungsweise Kontaktpunkte der Wälzpartner unter einem Druckwinkel von beispielsweise 45° angeordnet.
Die Laufplatte 40 weist eine Dicke 44 auf, die als lotrechter Abstand des Druckpunkts der Kugel 42 an der lastaufnehmenden Laufbahn 41 zur Rückenfläche 43 der Laufplatte 40 definiert ist.
Dabei liegt das Verhältnis der Dicke 44 der Laufplatte 40 zum Durchmesser der Kugel 42 in einem Bereich von 0,8 bis 1,2, vorzugsweise in einem Bereich von 0,8 bis 1,1.
Aus 2 ist weiterhin die Breite 38 der Auflagefläche 34 am Führungswagen 30 zu ersehen. Dabei liegt das Verhältnis der Breite 38 der Auflagefläche 34 am Führungswagen 30 zum Durchmesser der Kugel 42 in einem Bereich von 0,3 bis 1,1, vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 0,6.
3 zeigt einen vereinfachten Längsschnitt, aus dem ersichtlich ist, dass die Laufplatte 40 im Wesentlichen dieselbe Länge wie der Führungswagen 30 aufweist. Dabei liegt das Verhältnis der Länge 45 der Laufplatte (40) zum Durchmesser der Kugel 42 in einem Bereich von 7,0 bis 15,0, vorzugsweise in einem Bereich von 7,0 bis 8,1.
Des Weiteren ist aus 3 zu ersehen, dass die Laufplatte 40 nicht vollständig am Führungswagen 30, sondern nur im Bereich der Auflagefläche 34 anliegt. Dabei liegt das Verhältnis der Länge 36 der Auflagefläche 34 am Führungswagen 30 zum Durchmesser der Kugel 42 in einem Bereich von 0,8 bis 2,7, vorzugsweise in einem Bereich von 1,4 bis 2,7.
Da sich die Auflagefläche 34 nicht über die gesamte Länge des Führungswagens 30, sondern nur über einen mittleren Bereich der Komplementärnut 32 erstreckt, wird, ausgehend von jeder Stirnseite 31 des Führungswagens 30, je eine Freimachung 50 gebildet, die eine bestimmte Länge 52 und eine bestimmte Tiefe 54 aufweist. Dabei liegt einerseits das Verhältnis der Länge 52 der Freimachung 50 an der Komplementärnut 32 des Führungswagens 30 zum Durchmesser der Kugel 42 in einem Bereich von 2,2 bis 3,7, vorzugsweise in einem Bereich von 2,2 bis 3,4. Zum anderen liegt das Verhältnis der Tiefe 54 der Freimachung 50 an der Komplementärnut 32 des Führungswagens 30 zum Durchmesser der Kugel 42 in einem Bereich von 0,02 bis 0,07.
Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene, bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

10: Linearwälzlager
20: Führungsschiene
22: Bodenfläche
24: Kopffläche
26: Seitenfläche
28: Laufbahn der Führungsschiene
30: Führungswagen
31: Stirnseite
32: Komplementärnut
34: Auflagefläche des Führungswagens
36: Länge der Auflagefläche
38: Breite der Auflagefläche
40: Laufplatte
41: Laufbahn der Laufplatte
42: Wälzkörper
43: Rückenfläche der Laufplatte
44: Dicke der Laufplatte
45: Länge der Laufplatte
50: Freimachung
52: Länge der Freimachung
54: Tiefe der Freimachung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10303948 A1 [0002]
- DE 9011444 U1 [0003]

Claims

Linearwälzlager (10), umfassend einen auf einer Führungsschiene (20) in deren Achsrichtung über Wälzkörper längsbeweglich abgestützten Führungswagen (30), wobei die Führungsschiene (20) eine Bodenfläche (22), eine Kopffläche (24) und zwei, die Bodenfläche und die Kopffläche verbindende Seitenflächen (26) aufweist, an denen mindestens je eine Laufbahn (28) für Wälzkörper angeordnet ist, wobei der Führungswagen (30) zwei Schenkelteile und einen, die beiden Schenkelteile verbindenden Stegteil aufweist, um die Führungsschiene im Wesentlichen U-förmig zu umgreifen, wobei in den Schenkelteilen mindestens je ein Wälzkörperumlauf angeordnet ist, wobei weiter ein Wälzkörperumlauf eine lastaufnehmende Laufbahn, eine Rückführlaufbahn sowie die beiden Laufbahnen verbindende Bogenlaufbahnen aufweist, und wobei die lastaufnehmende Laufbahn des Führungswagens (30) von einer zur Achsrichtung der Führungsschiene (20) parallelen Laufplatte (40) gebildet ist, die teilweise an dem Führungswagen (30) anliegt und um eine zur Achsrichtung der Führungsschiene (20) annähernd senkrechte Achse schaukelnd abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Dicke (44) der Laufplatte (40) zum Durchmesser des Wälzkörpers (42) in einem Bereich von 0,8 bis 1,2 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 0,8 bis 1,1.
Linearwälzlager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge (45) der Laufplatte (40) zum Durchmesser des Wälzkörpers (42) in einem Bereich von 7,0 bis 15,0 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 7,0 bis 8,1.
Linearwälzlager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge (52) der Freimachung (50) an der Komplementärnut (32) des Führungswagens (30) zum Durchmesser des Wälzkörpers (42) in einem Bereich von 2,2 bis 3,7 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 2,2 bis 3,4.
Linearwälzlager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Tiefe (54) der Freimachung (50) an der Komplementärnut (32) des Führungswagens (30) zum Durchmesser des Wälzkörpers (42) in einem Bereich von 0,02 bis 0,07 liegt.
Linearwälzlager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Länge (36) der Auflagefläche (34) am Führungswagen (30) zum Durchmesser des Wälzkörpers (42) in einem Bereich von 0,8 bis 2,7 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 1,4 bis 2,7.
Linearwälzlager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Breite (38) der Auflagefläche (34) am Führungswagen (30) zum Durchmesser des Wälzkörpers (42) in einem Bereich von 0,3 bis 1,1 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 0,3 bis 0,6.
Linearwälzlager (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis des Widerstandsmoments der Laufplatte (40) zum Durchmesser des Wälzkörpers (42) in einem Bereich von 0,6 bis 6,1 liegt, vorzugsweise in einem Bereich von 0,6 bis 5,3.
Linearwälzlager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (42) als Kugeln ausgebildet sind.