DE102008037044B4

DE102008037044B4 - Element of a linear guide system and method for operating the element

Info

Publication number: DE102008037044B4
Application number: DE102008037044A
Authority: DE
Inventors: Udo Berg
Original assignee: SKF AB
Current assignee: Ewellix AB
Priority date: 2008-08-08
Filing date: 2008-08-08
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2028-08-09
Also published as: DE102008037044A1

Abstract

Element (12) eines Linearführungssystems, wobei das Element (12) und eine Führung (10) des Linearführungssystems in Längsrichtung der Führung (10) gegeneinander verschiebbar gelagert sind, und das Element (12) wenigstens einen Wälzkörperumlauf (16) mit zumindest einem Kontaktbereich (18) aufweist, in welchem die Wälzkörper (14, 14') sowohl in einer ersten Laufbahn (24) am Element (12) als auch in einer zweiten Laufbahn (26) an der Führung (10) laufen, und wobei der Kontaktbereich (18) einen Ein- und einen Auslaufbereich umfasst, in dem die Wälzkörper (14, 14') in den Kontaktbereich (18) ein- bzw. auslaufen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Laufbahn (24) zumindest einen im Ein- und/oder Auslaufbereich angeordneten, aktiv deformierbare Bereich (38a, 38b) aufweist, der derart ansteuerbar ist, dass durch eine Deformation des aktiv deformierbaren Bereichs (38a, 38b) ein Abstand zwischen den Laufbahnen (24, 26) beim Ein- und/oder Auslaufen eines Wälzkörpers (14, 14') trichterförmig aufgeweitet wird, bis der Wälzkörper (14) ein vorderes bzw. hinteres Ende der...Element (12) of a linear guide system, wherein the element (12) and a guide (10) of the linear guide system in the longitudinal direction of the guide (10) are mutually displaceable, and the element (12) at least one Wälzkörperumlauf (16) with at least one contact area ( 18), in which the rolling elements (14, 14 ') run on the guide (10) both in a first track (24) on the element (12) and in a second track (26), and wherein the contact region (18 ) comprises an inlet and an outlet region, in which the rolling bodies (14, 14 ') in the contact area (18) on or run, characterized in that the first track (24) at least one in the inlet and / or outlet area arranged, actively deformable region (38a, 38b) which is controllable such that by a deformation of the actively deformable region (38a, 38b), a distance between the raceways (24, 26) when entering and / or leaving a rolling body ( 14, 14 ') tric is widened hermetically until the rolling elements (14) a front or rear end of the ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Linearführungssystem mit einer Führungsschiene, einem Schlitten, der in Längsrichtung der Führungsschiene verschiebbar gelagert ist, und einer Vielzahl von Wälzkörpern, wobei der Schlitten einen Walzkörperumlauf aufweist, in dem die Wälzkörper endlos umlaufen. Der Wälzkörperumlauf umfasst zumindest einen Kontaktbereich, in dem eine erste Laufbahn vorgesehen ist. Ein Wälzkörpereinlauf des Linearführungssystems ist hinsichtlich Schwingungs- und Geräuschentwicklung optimiert. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Linearführungssystems.The invention relates to a linear guide system with a guide rail, a carriage which is slidably mounted in the longitudinal direction of the guide rail, and a plurality of rolling elements, wherein the carriage has a rolling body revolution, in which the rolling elements rotate endlessly. The rolling element circulation comprises at least one contact region in which a first raceway is provided. A Wälzkörpereinlauf the linear guide system is optimized in terms of vibration and noise. Furthermore, the invention relates to a method for operating such a linear guide system.

Aus dem Stand der Technik sind Präzisionsführungen bekannt, bei denen ein Einlaufen von Wälzkörpern in den Kontaktbereich zwischen Führungsschlitten und Führungsschiene nicht vorgesehen ist. Solche Präzisionsführungen weisen ein begrenztes Verhältnis zwischen Hublänge und Baulänge auf.From the prior art precision guides are known in which a shrinkage of rolling elements in the contact area between the guide carriage and guide rail is not provided. Such precision guides have a limited ratio between stroke length and length.

Ferner sind auch Linearführungssysteme bekannt, deren Führungsschlitten zur Realisierung großer Hublängen einen in sich geschlossenen Umlauf von Wälzkörpern aufweisen, wobei diese Wälzkörper einzeln, nacheinander in den Kontaktbereich zwischen dem Führungsschlitten und der Führungsschiene einlaufen. Bei solchen Systemen ist es bekannt, dass der Wälzkörper, der geschoben durch die anderen Wälzkörper gerade aus einem Umlenkbereich für die Wälzkörper im Führungsschlitten in den Kontaktbereich sozusagen hineingedrückt wird, aufgrund des gegenüber dem Umlenkbereich eng dimensionierten Abstands im Kontaktbereich einen gewissen Widerstand überwinden muss. Dies kann unter anderem zu an sich unerwünschten Geräuschen führen.Further, linear guide systems are also known, the guide carriage for realizing large stroke lengths have a self-contained circulation of rolling elements, said rolling elements individually, successively run into the contact area between the guide carriage and the guide rail. In such systems, it is known that the rolling element, which is pushed pushed by the other rolling elements just from a deflection for the rolling elements in the guide carriage in the contact area, so to speak, must overcome a certain resistance due to the relation to the deflection narrow dimensioned distance in the contact area. Among other things, this can lead to unwanted noise.

Um dies zu umgehen, wird bislang bei der Gestaltung des Einlaufbereichs mit einer Vielzahl unterschiedlicher Geometrien gearbeitet.To avoid this, so far worked in the design of the inlet area with a variety of different geometries.

Bei den aus der Praxis bekannten Linearführungssystemen, von denen die Erfindung ausgeht, sind am Führungsschlitten im Bereich des Einlaufs abgeschrägte Bereiche ausgebildet. Diese Einlaufschrägen werden während der Fertigung des Führungsschlittens erzeugt und sind dann in ihrer Geometrie für die gesamte Lebensdauer des Führungsschlittens festgelegt. Derartige Geometrien weisen beispielsweise eine trichterförmige äußere Gestalt auf.In the known from practice linear guide systems, from which the invention proceeds, are formed on the guide carriage in the region of the inlet chamfered areas. These inlet slopes are generated during the production of the guide carriage and are then determined in their geometry for the entire life of the guide carriage. Such geometries have, for example, a funnel-shaped outer shape.

Solche Lösungen haben jedoch den Nachteil, dass in dem Bereich der Schrägung die einlaufenden Wälzkörper nicht in Kontakt mit der Lauffläche des Schlittens und der Lauffläche einer Führungsschiene stehen. Somit besteht in diesem Bereich keine Flächenpressung, wodurch die lasttragende Fläche des Führungsschlittens bei gleicher Baulänge verringert ist.However, such solutions have the disadvantage that in the region of the taper, the incoming rolling elements are not in contact with the running surface of the carriage and the running surface of a guide rail. Thus, there is no surface pressure in this area, whereby the load-bearing surface of the guide carriage is reduced at the same length.

Aus der US 6 174 084 B1 ist ein Linearwälzlager mit Wälzkörperumlauf bekannt, bei dem eine Vorspannung zwischen zwei einander gegenüberliegenden Laufbahnen, mit dazwischen abrollenden Wälzkörpern mittels einer Piezoaktuatorik einstellbar bzw. an sich verändernde Belastungssituationen anpassbar ist.From the US Pat. No. 6,174,084 B1 is a linear roller bearing with Wälzkörperumlauf known in which a bias between two opposing raceways, with rolling elements rolling in between by means of a Piezoaktuatorik is adjustable or adaptable to changing load situations.

Die vorliegende Erfindung macht es sich insbesondere zur Aufgabe, eine Vorrichtung des vorstehend beschriebenen Aufbaus, insbesondere hinsichtlich des Ein- und/oder Auslaufverhaltens der Wälzkörper zu verbessern.The present invention makes it in particular the task to improve a device of the structure described above, in particular with regard to the input and / or output behavior of the rolling elements.

Diese Aufgabe wird durch ein Element mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungen der Erfindung dar.This object is achieved by an element having the features of the independent claim. The dependent claims represent advantageous embodiments of the invention.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Linearführungssystem mit einer Führungsschiene und einem insbesondere als Schlitten ausgebildeten Element vor, wobei der Schlitten in Längsrichtung der Führungsschiene verschiebbar gelagert ist. Das Linearführungssystem umfasst ferner eine Vielzahl von Wälzkörpern, wobei der Schlitten einen Wälzkörperumlauf mit zumindest einem Kontaktbereich aufweist. Darüber hinaus ist in dem Kontaktbereich an dem Schlitten eine erste Laufbahn vorgesehen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zumindest einen aktiv deformierbaren Bereich aufweist. An der Führungsschiene kann eine zweite Laufbahn vorgesehen sein, wobei der Schlitten zumindest in dem Kontaktbereich der ersten Laufbahn über die Wälzkörper mit der zweiten Laufbahn der Führungsschiene in Verbindung stehen kann. Dabei kann der aktiv deformierbare Bereich der ersten Laufbahn in einem Einlaufbereich angeordnet sein, in dem die Wälzkörper in den Kontaktbereich einlaufen. Dies bietet den Vorteil, dass durch den aktiv deformierbaren Bereich zumindest ein Teil der Laufbahn des Schlittens verstellbar bzw. aktiv deformierbar ist, wobei insbesondere beim Einlaufen eines Wälzkörpers in den Kontaktbereich dieser aktiv deformierbare Bereich zurückgezogen wird, so dass der Wälzkörper im Wesentlichen kräftefrei in einen Kontaktbereich zwischen der Laufbahn des Schlittens und der Laufbahn der Führungsschiene einlaufen kann. Das kräftefreie Einlaufen reduziert dabei wesentlich die Schwingungs- und Geräuschemissionen des Linearführungssystems.To achieve this object, the invention proposes a linear guide system with a guide rail and a particular designed as a carriage element, wherein the carriage is slidably mounted in the longitudinal direction of the guide rail. The linear guide system further comprises a plurality of rolling elements, wherein the carriage has a Wälzkörperumlauf having at least one contact area. In addition, in the contact region on the carriage, a first raceway is provided, which is characterized in that it has at least one actively deformable region. A second raceway may be provided on the guide rail, wherein the slide may communicate with the second raceway of the guide rail via the rolling elements at least in the contact region of the first raceway. In this case, the actively deformable region of the first raceway can be arranged in an inlet region in which the rolling elements enter the contact region. This offers the advantage that at least part of the raceway of the carriage is adjustable or actively deformable by the actively deformable region, wherein in particular when a rolling element enters the contact region, this actively deformable region is withdrawn, so that the rolling element essentially free of forces into a Contact area between the track of the carriage and the track of the guide rail can run. The force-free shrinkage significantly reduces the vibration and noise emissions of the linear guide system.

Weiterhin kann zumindest ein Aktuator vorgesehen sein, mit dem der im Wesentlichen vertikale Abstand zwischen der ersten Laufbahn und der zweiten Laufbahn im aktiv deformierbaren Bereich veränderbar ist. Dies bietet den Vorteil, dass der aktiv deformierbare Bereich durch exakte Ansteuerung des Aktuators gezielt veränderbar ist. Der Aktuator kann in einer baulichen Einheit mit dem Linearführungssystem ausgebildet sein oder der aktiv deformierbare Bereich kann einen Angriffspunkt zur mechanischen Verbindung mit einem externen Aktuator aufweisen.Furthermore, at least one actuator can be provided, with which the substantially vertical distance between the first track and the second career in the actively deformable region is changeable. This offers the advantage that the actively deformable region can be selectively changed by exact control of the actuator. The actuator may be formed in a structural unit with the linear guide system or the actively deformable portion may have a point of engagement for mechanical connection to an external actuator.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Linearführungssystem eine Steuereinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, den Aktuator derart anzusteuern, dass durch eine Deformation des aktiv deformierbaren Bereichs ein Abstand zwischen den Laufbahnen beim Einlaufen eines Wälzkörpers trichterförmig aufgeweitet wird, bis der Wälzkörper eine vordere Kante der Laufbahn am Schlitten überschritten hat. Dabei ist mit dem Aktuator der Abstand zwischen der ersten Laufbahn und der zweiten Laufbahn im aktiv deformierbaren Bereich derart veränderbar, dass ein sanftes Ein- und/oder Auslaufen des Wälzkörpers in bzw. aus den aktiv deformierbaren Bereich ermöglicht wird. Die Steuereinheit kann vorzugsweise als frei programmierbare Recheneinheit ausgebildet sein, die über eine Treibereinheit den Aktuator anspricht. Es sind jedoch auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in welchem die Wälzkörper vor dem Einlaufen in den aktiv deformierbaren Bereich einen Puls auslösen, der dann den Aktuator aktiviert, so dass eine komplexere Steuerungslogik entfallen kann.In a further advantageous embodiment of the invention it is proposed that the linear guide system comprises a control unit which is designed to control the actuator such that a distance between the raceways is widened in a funnel shape by a deformation of the actively deformable region when a rolling element, until the Rolling body has exceeded a leading edge of the raceway on the carriage. In this case, the distance between the first track and the second track in the actively deformable region can be varied with the actuator in such a way that a smooth entry and / or exit of the rolling element into or out of the actively deformable region is made possible. The control unit may preferably be designed as a freely programmable arithmetic unit, which responds via a driver unit to the actuator. However, embodiments of the invention are also conceivable in which the rolling elements initiate a pulse before entering the actively deformable region, which then activates the actuator so that a more complex control logic can be dispensed with.

Zudem kann der aktiv deformierbare Bereich der ersten Laufbahn aus einem aktorischen Material, insbesondere aus einer Formgedächtnis-Legierung, aus einem Formgedächtnis-Polymer, aus einer elektrodynamischen Schwingungsspule, aus einkristallinem Blei-Zirkonat-Titanat, aus Blei-Zirkonat-Titanat, aus Polyvinylidenfluorid und/oder aus einer Kombination dieser Materialien ausgebildet sein. Somit kann auf besonders einfache Weise eine energiesparende Betätigungsvariante des aktiv deformierbaren Bereiches ausgebildet werden, wobei die Auswahl der aktorischen Materialien in Abhängigkeit der Verfahrgeschwindigkeit des Schlittens relativ zur Führungsschiene erfolgen kann.In addition, the actively deformable region of the first raceway of an actuator material, in particular of a shape memory alloy, a shape memory polymer, an electrodynamic vibration coil, monocrystalline lead zirconate titanate, lead zirconate titanate, polyvinylidene fluoride and or be formed from a combination of these materials. Thus, an energy-saving actuation variant of the actively deformable region can be formed in a particularly simple manner, wherein the selection of Aktorischen materials depending on the speed of movement of the carriage can be made relative to the guide rail.

Weiterhin kann zumindest ein Sensor vorgesehen sein, mit dem ein unmittelbar vor dem aktiv deformierbaren Bereich befindlicher Wälzkörper erfassbar ist. Dies bietet den Vorteil, dass durch die Erfassung der Wälzkörper eine sehr präzise Taktung der Betätigung des aktiv deformierbaren Bereiches erreicht wird, verglichen mit einer in alternativen Ausgestaltungen der Erfindung denkbaren, kontinuierlichen und zeitabhängigen Taktung bzw. einer kontinuierlichen Taktung, die allein von der Verfahrgeschwindigkeit des Schlittens abhängt. Der Sensor kann beispielsweise in Form eines Wirbelstromsensors ausgebildet sein.Furthermore, at least one sensor can be provided with which a rolling element located directly in front of the actively deformable region can be detected. This offers the advantage that a very precise timing of the actuation of the actively deformable region is achieved by the detection of the rolling elements, compared to a contemplated in alternative embodiments of the invention, continuous and time-dependent timing or a continuous timing, the only of the traversing speed of Sled depends. The sensor may be formed for example in the form of an eddy current sensor.

Darüber hinaus kann mit dem Aktuator der Abstand zwischen der ersten Laufbahn und der zweiten Laufbahn im aktiv deformierbaren Bereich derart vergrößerbar sein, dass ein im Wesentlichen kräftefreies Einlaufen des Wälzkörpers in den aktiv deformierbaren Bereich und damit in den Kontaktbereich ermöglicht wird. Damit kann auf besonders einfache Weise die eingangs beschriebene Problematik und damit die Entwicklung von Geräusch- und Schwingungseffekten eliminiert werden.In addition, with the actuator, the distance between the first raceway and the second raceway in the actively deformable region can be increased such that a substantially force-free shrinkage of the rolling element in the actively deformable region and thus in the contact region is made possible. This can be eliminated in a particularly simple manner, the problem described above and thus the development of noise and vibration effects.

Außerdem kann nach dem Einlaufen eines Wälzkörpers in den aktiv deformierbaren Bereich des Kontaktbereiches in diesem Bereich der Abstand der ersten Laufbahn zu der zweiten Laufbahn derart reduzierbar sein, dass im aktiv deformierbaren Bereich zwischen der ersten Laufbahn und dem Wälzkörper der gleiche Wert einer Flächenpressung erzeugbar ist wie im passiven Bereich zwischen der ersten Laufbahn und einem weiteren Wälzkörper. Dies bietet Vorteile dahingehend, dass über die gesamte Länge der ersten Laufbahn der gleiche Wert der Flächenpressung generiert wird und dadurch eine hohe Tragfähigkeit des Linearführungssystems realisiert wird.In addition, after the entry of a rolling element into the actively deformable region of the contact region in this region, the distance between the first raceway and the second raceway can be reduced such that the same value of surface pressure can be generated in the actively deformable region between the first raceway and the rolling element in the passive area between the first raceway and another rolling element. This offers advantages in that the same value of the surface pressure is generated over the entire length of the first track, thereby realizing a high bearing capacity of the linear guide system.

Weiterhin kann der Wert der Flächenpressung im aktiv deformierbaren Bereich insbesondere kontinuierlich bis auf den Wert der Flächenpressung im passiven Bereich steigerbar und/oder von diesem Wert aus reduzierbar sein. Durch diese Harmonisierung des Anstiegs der Flächenpressung am Wälzkörper wird zusätzlich die Entwicklung von Vibrationen und Geräuschen vermindert.Furthermore, the value of the surface pressure in the actively deformable region can in particular be continuously increased up to the value of the surface pressure in the passive region and / or be reducible from this value. This harmonization of the increase in surface pressure on the rolling element also reduces the development of vibrations and noise.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann durch eine serielle Anordnung mehrerer unmittelbar aneinander angrenzender aktiv deformierbarer Bereiche eine peristaltische Bewegung eines Gesamteinlaufbereichs erzeugbar sein. Dabei können die aktiv deformierbaren Bereiche mit jeweils einem Aktuator getrennt ansteuerbar sein. Alternativ hierzu kann jeder der angrenzenden aktiv deformierbaren Bereiche aus einem aktorischen Material ausgebildet sein.In a further embodiment of the invention, a peristaltic movement of a total inlet area can be generated by a serial arrangement of a plurality of immediately adjacent, actively deformable areas. In this case, the actively deformable regions can be controlled separately with one actuator each. Alternatively, each of the adjacent actively deformable regions may be formed of an actuator material.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Linearführungssystems der oben beschriebenen Art. Es wird vorgeschlagen, dass durch eine Deformation des aktiv deformierbaren Bereichs ein Abstand zwischen den Laufbahnen beim Einlaufen eines Wälzkörpers trichterförmig aufgeweitet wird, bis der Wälzkörper ein vorderes Ende der Laufbahn am Schlitten überschritten hat. Das Verfahren kann vorzugsweise als Software in einer Steuereinheit implementiert sein.Another aspect of the invention relates to a method for operating a linear guide system of the type described above. It is proposed that a distance between the raceways when opening a rolling element is widened in a funnel shape by a deformation of the actively deformable region until the rolling elements a front end of the raceway on the sled. The method may preferably be implemented as software in a control unit.

Das vorausgehend Beschriebene gilt dabei natürlich alternativ oder zusätzlich für einen Auslaufbereich. Weiterhin ermöglichen die aktiv deformierbaren Bereiche mit besonderem Vorteil den Einlaufbereich und den Auslaufbereich derart aufeinander abgestimmt anzusteuern, so dass auch bei einem Verschieben des Schlittens immer eine gleichbleibende Anzahl von Wälzkörpern lasttragend im Kontaktbereich zur Verfügung steht. Damit wird mit besonderem Vorteil eine immer gleichbleibende Steifigkeit des Systems erzielt, wie sie bisher lediglich bei Präzisionsführungen bekannt ist. Dabei werden der aktiv deformierbare Ein- und Auslaufbereich derart aufeinander abgestimmt gesteuert, dass in dem Maße, in dem ein in den Kontaktbereich einlaufender Wälzkörper lasttragend beiträgt, ein aus dem Kontaktbereich auslaufender Wälzkörper lasttragend entlastet wird. Bei herkömmlichen Linearführungssystemen mit endlosem Wälzkörperumlauf ist aufgrund des eingangs beschriebenen Ein- und Auslaufverhaltens der Wälzkörper die Anzahl der lasttragenden Wälzkörper bei einem Verschieben des Schlittens und damit auch die Steifigkeit systembedingt nicht konstant haltbar, sondern weist eine Varianz von in etwa einem Wälzkörper auf. Of course, the previously described applies alternatively or additionally to an outlet area. Furthermore, the actively deformable regions make it particularly advantageous to control the inlet region and the outlet region in a coordinated manner, so that a constant number of rolling elements is always load-bearing in the contact region even when the carriage is displaced. This is achieved with particular advantage an always constant rigidity of the system, as it has been known only for precision guides. In this case, the actively deformable inlet and outlet areas are controlled in such a coordinated manner that, to the extent that a rolling body entering the contact area contributes load-bearingly, a rolling body leaving the contact area is load-bearingly relieved. In conventional linear guide systems with endless Wälzkörperumlauf due to the inlet and outlet behavior of the rolling elements described above, the number of load-bearing rolling elements at a displacement of the carriage and thus the stiffness due to the system is not constant, but has a variance of about a rolling element.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figuren und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.The invention is explained in more detail below with reference to the description of the figures. The claims, the figures, and the description include a variety of features that will be discussed below in conjunction with exemplary embodiments of the present invention. The person skilled in the art will also consider these features individually and in other combinations to form further embodiments that are adapted to corresponding applications of the invention.

Es zeigen in schematischer Darstellung:In a schematic representation:

1 eine Schnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Linearführungssystem, 1 a sectional view through a linear guide system according to the invention,

2 eine weitere, vergrößerte Schnittansicht des Schlittens des Linearführungssystems, 2 a further, enlarged sectional view of the carriage of the linear guide system,

3 eine vergrößerte Seitenansicht eines Metallteils des Schlittens, und 3 an enlarged side view of a metal part of the carriage, and

4 ein Linearführungssystem mit mehreren aktiv deformierbaren Bereichen nach einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung. 4 a linear guide system with several actively deformable areas according to an alternative embodiment of the invention.

1 zeigt ein erfindungsgemäßes Linearführungssystem mit einer Führungsschiene 10 und einem Schlitten 12, der in Längsrichtung der Führungsschiene 10 verschiebbar gelagert ist. Der Schlitten 12 kann dabei entlang der Mittellinie der Führungsschiene 10 hin und her bewegt werden. Ferner ist eine Vielzahl von insbesondere als Zylinderrollen oder als Kugeln ausgebildeten Wälzkörpern 14 dargestellt, die endlos in einem Wälzkörperumlauf 16, vgl. 2, umlaufen können. 1 shows an inventive linear guide system with a guide rail 10 and a sled 12 in the longitudinal direction of the guide rail 10 is slidably mounted. The sled 12 can along the center line of the guide rail 10 be moved back and forth. Furthermore, a plurality of rolling elements designed in particular as cylindrical rollers or as balls 14 shown endless in a rolling element circulation 16 , see. 2 , can run around.

Der Schlitten 12 umfasst im Wesentlichen ein Metallteil 30 sowie zumindest ein Kunststoffteil 32, das derart angeordnet ist, dass in einem Teilbereich des Schlittens 12 die Wälzkörper 14 zwischen dem Metallteil 30 und dem Kunststoffteil 32 geführt werden. In einem Kontaktbereich 18 werden die Wälzkörper 14 zwischen dem Metallteil 30 und der Führungsschiene 10 geführt.The sled 12 essentially comprises a metal part 30 and at least one plastic part 32 , which is arranged such that in a partial region of the carriage 12 the rolling elements 14 between the metal part 30 and the plastic part 32 be guided. In a contact area 18 become the rolling elements 14 between the metal part 30 and the guide rail 10 guided.

In anderen Ausführungsformen kann der Schlitten natürlich auch abweichend von dem vorausgehend beschriebenen Grundaufbau aus Metall- und Kunststoffteil auch anders aufgebaut sein. So kann der Schlitten natürlich auch aus mehr oder weniger Kunststoff- und/oder Metallteilen aufgebaut sein und natürlich auch Teile aus anderen Materialien umfassen.Of course, in other embodiments, the carriage may also be constructed differently from the previously described basic structure of metal and plastic part. Thus, the slide can of course also be constructed of more or less plastic and / or metal parts and of course also comprise parts made of other materials.

Wie aus 2 ersichtlich, weist die Führungsschiene 10 an ihrer längsseitigen Oberfläche eine zweite Laufbahn 26 auf, auf der die Wälzkörper 14 abwälzen. Die Wälzkörper 14 stehen einerseits mit der zweiten Laufbahn 26 in Verbindung und andererseits mit der ersten Laufbahn 24 des Metallteils 30 in Kontakt. Dieser Bereich des Wälzkörperumlaufs 16 wird als der Kontaktbereich 18 definiert. Der übrige Bereich des Wälzkörperumlaufs 16, das heißt der Bereich, in dem die Wälzkörper 14 zwischen dem Metallteil 30 und dem Kunststoffteil 32 geführt sind, wird als Rückführbereich 20 definiert.How out 2 can be seen, the guide rail 10 on its longitudinal surface, a second career 26 on, on which the rolling elements 14 roll off. The rolling elements 14 stand on the one hand with the second career 26 in connection and on the other hand with the first career 24 of the metal part 30 in contact. This area of the rolling element circulation 16 is considered the contact area 18 Are defined. The remaining area of the rolling element circulation 16 , that is the area in which the rolling elements 14 between the metal part 30 and the plastic part 32 are used as a return area 20 Are defined.

In 3 ist die Unterteilung der ersten Laufbahn 24 in mehrere Teilbereiche dargestellt. Dabei umfasst die erste Laufbahn 24 zwei aktiv deformierbare Bereiche 38a, 38b und einen mittig zwischen den aktiv deformierbaren Bereichen 38a, 38b angeordneten passiven Bereich 40, dessen Länge mit etwa 70%–90% einen größeren Teil der Gesamtlänge der Laufbahn 24 ausmacht. Mit Hilfe von Aktuatoren 22 kann wahlweise ein in 3 links angeordneter aktiv deformierbarer Bereich 38a bzw. ein aktiv deformierbarer Bereich 38b so angesteuert werden, dass der vertikale Abstand zwischen der ersten Laufbahn 24 und der zweiten Laufbahn 26 verändert wird. Insbesondere kann der vertikale Abstand zwischen der ersten Laufbahn 24 und der zweiten Laufbahn 26 im Endbereich der ersten Laufbahn 24 trichterförmig aufgeweitet werden und/oder ein trichterförmiger Verlauf der beiden Laufbahnen 24, 26 kann durch eine Deformation des entsprechenden deformierbaren Bereichs 38a, 38b in einen zumindest im Wesentlichen parallelen Verlauf überführt werden.In 3 is the division of the first career 24 shown in several sections. This includes the first career 24 two actively deformable areas 38a . 38b and one midway between the actively deformable areas 38a . 38b arranged passive area 40 whose length at about 70% -90% occupy a greater part of the total length of the track 24 accounts. With the help of actuators 22 can optionally be a in 3 left actively deformable area 38a or an actively deformable area 38b be controlled so that the vertical distance between the first career 24 and the second career 26 is changed. In particular, the vertical distance between the first career 24 and the second career 26 in the end of the first career 24 be widened funnel-shaped and / or a funnel-shaped course of the two raceways 24 . 26 may be due to a deformation of the corresponding deformable area 38a . 38b be converted into an at least substantially parallel course.

Je nach Bewegungsrichtung des Schlittens 12 entlang der Führungsschiene 10 laufen die Wälzkörper 14 entweder über den aktiv deformierbaren Bereich 38a oder über den aktiv deformierbaren Bereich 38b in den Kontaktbereich 18 ein. Somit muss gewährleistet sein, dass je nach Bewegungsrichtung der entsprechend in Einlaufrichtung befindliche aktiv deformierbare Bereich 38a, 38b über den diesem Bereich 38a, 38b zugeordneten Aktuator 22 betätigt wird.Depending on the direction of movement of the carriage 12 along the guide rail 10 the rolling elements run 14 either over the actively deformable Area 38a or over the actively deformable area 38b in the contact area 18 one. It must thus be ensured that, depending on the direction of movement, the actively deformable area located correspondingly in the inlet direction 38a . 38b about this area 38a . 38b associated actuator 22 is pressed.

Zur Erfassung des Vorhandenseins von Wälzkörpern 14 unmittelbar vor dem Einlaufbereich, das heißt unmittelbar vor einem der aktiv deformierbaren Bereiche 38a, 38b, sind Sensoren 28 vorhanden. Diese Sensoren 28 können beispielsweise als Wirbelstromsensoren ausgebildet sein und sowohl in dem Kunststoffteil 32 als auch in dem Metallteil 30 vorgesehen sein. In der in den 1–3 dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Sensoren 28 im Kunststoffteil 32 angeordnet.For detecting the presence of rolling elements 14 immediately before the inlet area, ie immediately before one of the actively deformable areas 38a . 38b , are sensors 28 available. These sensors 28 For example, they may be formed as eddy current sensors and both in the plastic part 32 as well as in the metal part 30 be provided. In the in the 1 - 3 illustrated embodiment of the present invention are the sensors 28 in the plastic part 32 arranged.

Wird mit dem Sensor 28 das Vorhandensein eines Wälzkörpers 14 unmittelbar vor einem aktiv deformierbaren Bereich 38a erfasst, so kann durch Ansteuerung eines Aktuators 22 eine Kontraktion des Aktuators 22 erzeugt werden. Dabei zieht sich der Aktuator 22 gemäß den in 3 gezeigten horizontalen Doppelpfeilen zusammen.Will with the sensor 28 the presence of a rolling element 14 immediately before an actively deformable area 38a detected, it can by controlling an actuator 22 a contraction of the actuator 22 be generated. In doing so, the actuator pulls 22 according to the in 3 shown horizontal double arrows together.

Da der Aktuator 22 wenigstens an einem Ende mit einem Mittelteil 34 des Metallteil 30 und mit dem anderen Ende mit einem Seitenteil 36 des Metallteils 30 verbunden ist, erzeugt eine Kontraktionsbewegung des Aktuators 22 entlang der innerhalb der Aktuatoren 22 dargestellten horizontalen Doppelpfeile eine Bewegung der Seitenteile 36 des Metallteils 30 relativ zum Mittelteil 34 des Metallteils 30. Diese Bewegung verläuft im Wesentlichen entsprechend den in den Seitenteilen 36 dargestellten Doppelpfeilen, die in 3 dargestellt sind, und im Wesentlichen senkrecht zu den horizontalen Doppelpfeilen der Aktuatoren 22.Because the actuator 22 at least at one end with a central part 34 the metal part 30 and with the other end with a side panel 36 of the metal part 30 is connected, generates a contraction movement of the actuator 22 along the inside of the actuators 22 horizontal double arrows shown a movement of the side panels 36 of the metal part 30 relative to the middle part 34 of the metal part 30 , This movement is essentially the same as that in the side panels 36 illustrated double arrows, the in 3 are shown, and substantially perpendicular to the horizontal double arrows of the actuators 22 ,

Dadurch kann der in 2 dargestellte Abstand a zwischen der Laufbahn 24 am Metallteil 30 und der Laufbahn 26 an der Führungsschiene 10 vergrößert werden, so dass ein mit dem Sensor 28 erfasster Wälzkörper 14 nahezu kräftefrei in den Ein- und/oder Auslaufbereich, das heißt in den Bereich zwischen dem aktiv deformierbaren Bereich 38a bzw. 38b der Laufbahn 24 und der Laufbahn 26, ein- bzw. austreten kann. Sobald der Wälzkörper 14 in den Einlaufbereich eingelaufen ist, wird der Aktuator 22 deaktiviert bzw. so angesteuert, dass er eine Bewegung ausführt, die der Kontraktionsbewegung entgegenwirkt. Dadurch kann der Abstand a wieder reduziert werden, so dass eine Flächenpressung zwischen dem Wälzkörper 14, der sich nun in dem aktiv deformierbaren Bereich 38a befindet, und der Laufbahn 24 erzeugt wird, der dem Wert der Flächenpressung entspricht, die zwischen einem Wälzkörper 14' und einem passiven Bereich 40 der Laufbahn 24 vorherrscht. Der Wert der Flächenpressung im aktiv deformierbaren Bereich 38a steigt dabei kontinuierlich an, bis er den Wert der Flächenpressung im passiven Bereich 40 erreicht. Um das Einlaufen des folgenden Wälzkörpers 14 zu ermöglichen, wird der aktiv deformierbare Bereich 38a im Einlaufbereich des Metallteils 30 wieder zurückgezogen und der oben beschriebene Vorgang wiederholt.This allows the in 2 shown distance a between the track 24 on the metal part 30 and the career 26 on the guide rail 10 be enlarged so that one with the sensor 28 detected rolling elements 14 virtually free of forces in the inlet and / or outlet area, that is in the area between the actively deformable area 38a respectively. 38b the career 24 and the career 26 , can enter or exit. Once the rolling element 14 is run into the inlet area, the actuator 22 deactivated or so controlled that it performs a movement that counteracts the contraction movement. Thereby, the distance a can be reduced again, so that a surface pressure between the rolling elements 14 who is now in the actively deformable area 38a located, and the career 24 is generated, which corresponds to the value of the surface pressure between a rolling element 14 ' and a passive area 40 the career 24 prevails. The value of the surface pressure in the actively deformable area 38a It increases continuously until it reaches the value of surface pressure in the passive range 40 reached. To the shrinkage of the following rolling element 14 to allow the actively deformable area 38a in the inlet region of the metal part 30 withdrawn again and the process described above repeated.

Entsprechend umgekehrt kann am Auslaufbereich mit dem aktiv deformierbaren Bereich 38b verfahren werden. Dabei werden die aktiv deformierbaren Ein- und Auslaufbereiche 38a, 38b derart aufeinander abgestimmt angesteuert, dass in dem Maße, in dem ein in den Kontaktbereich 18 einlaufender Wälzkörper 14 lasttragend beiträgt, ein aus dem Kontaktbereich 18 auslaufender Wälzkörper 14 lasttragend entlastet wird. Damit wird unter anderem der bei der Lösung der Aufgabe beschriebene besondere Vorteil einer konstant bleibenden Steifigkeit des Linearführungssystems erzielt. Bei einer Umkehr der relativen Bewegung von Schlitten 12 zur Führungsschiene 10 kehren sich dabei Ein- und Auslaufbereich natürlich entsprechend um.Conversely, at the outlet area with the actively deformable area 38b be moved. Here, the actively deformable inlet and outlet areas 38a . 38b controlled so matched to each other that to the extent that in the contact area 18 incoming rolling elements 14 load carrying contributes, one from the contact area 18 leaking rolling elements 14 load bearing is relieved. This achieves, inter alia, the special advantage of a constant rigidity of the linear guide system described in the solution of the problem. Reversing the relative motion of carriages 12 to the guide rail 10 Of course, the entry and exit areas turn around accordingly.

Die mittels Aktuatoren 22 erreichte aktorische Funktion manipuliert dabei das Metallteil 30 und kann sowohl im Metallteil 30 als auch im Kunststoffteil 32 realisiert werden. Wird dabei die zweite Variante gewählt, so muss zusätzlich ein Übertragungselement vorgesehen werden.The by means of actuators 22 achieved actoric function manipulates the metal part 30 and can be both in the metal part 30 as well as in the plastic part 32 will be realized. If the second variant is selected, a transmission element must additionally be provided.

Zur Realisierung der aktorischen Funktion sind in den 1 bis 3 Aktuatoren 22 vorgesehen, die beispielsweise als piezo-elektrische Aktuatoren ausgebildet sein können. Eine Steuereinheit 42 ist mit den Sensoren 28 und den Aktuatoren 22 verbunden und verarbeitet die Messdaten der Sensoren 28. Die Steuereinheit 42 detektiert mittels der Sensoren 28 das Ein- und/oder Auslaufen eines Wälzkörpers 14 in bzw. aus den Kontaktbereich 18 und aktiviert den an dem entsprechenden Ende des Kontaktbereichs 18 zur Deformation des deformierbaren Bereichs 38a und/oder 38b angeordneten Aktuator 22, um so den Abstand a kurzfristig aufzuweiten.To realize the aktorischen function are in the 1 to 3 actuators 22 provided, which may be formed, for example, as piezoelectric actuators. A control unit 42 is with the sensors 28 and the actuators 22 connected and processed the measurement data of the sensors 28 , The control unit 42 detected by means of the sensors 28 the entry and / or exit of a rolling element 14 in or out of the contact area 18 and activates it at the corresponding end of the contact area 18 for deformation of the deformable region 38a and or 38b arranged actuator 22 so as to widen the distance a in the short term.

In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung können für das Metallteil 30 auch aktorische Materialien verwendet werden, die eine Bewegung des aktiv deformierbaren Bereiches in Abhängigkeit von der Verfahrgeschwindigkeit des Schlittens 12 durchführen. Dabei ist darauf zu achten, dass die aktorischen Materialien in Abhängigkeit von der Wälzkörpereinlauffrequenz in den Ein- und/oder Auslaufbereich ausgewählt werden und somit an die Verfahrgeschwindigkeit des Schlittens 12 angepasst sind.In a further, not shown embodiment of the invention can for the metal part 30 also be used aktorische materials that a movement of the actively deformable area in dependence on the traversing speed of the carriage 12 carry out. It is important to ensure that the actuator materials are selected depending on the Wälzkörpereinlauffrequenz in the input and / or outlet area and thus to the traversing speed of the carriage 12 are adjusted.

In einer weiteren, in 4 dargestellten Ausführungsform der Erfindung sind mehrere hintereinander angeordnete aktiv deformierbare Bereiche 38a, 38a', 38b, 38b' vorgesehen, die über Aktuatoren 22, 22' einzeln ansteuerbar sind. Zwischen dem aktiv deformierbaren Bereich 38a und dem passiven Bereich 40 und zwischen dem aktiv deformierbaren Bereich 38b und dem passiven Bereich 40 der Laufbahn 24 aus 3 ist in der Ausführungsform nach 4 jeweils ein weiterer, aktiv deformierbarer Bereich 38a', 38b' vorgesehen. Mit Hilfe von Sensoren (nicht dargestellt) werden Wälzkörper 14 erfasst, die sich unmittelbar vor dem jeweiligen aktiv deformierbaren Bereich 38a, 38b, 38a', 38b' befinden und jeweils nur der aktiv deformierbare Bereich 38a, 38b, 38a', 38b' wird angesteuert, in den der erfasste Wälzkörper 14 als Nächstes einläuft. Dadurch können peristaltische Bewegungen eines aktiv deformierbaren Abschnittes des Einlaufbereichs, der eine Vielzahl aktiv deformierbarer Bereiche 38a, 38b, 38a', 38b' aufweist, realisiert werden.In another, in 4 illustrated embodiment of the invention are a plurality of successively arranged actively deformable regions 38a . 38a ' . 38b . 38b ' provided that via actuators 22 . 22 ' are individually controllable. Between the actively deformable area 38a and the passive area 40 and between the actively deformable region 38b and the passive area 40 the career 24 out 3 is in the embodiment according to 4 in each case a further, actively deformable area 38a ' . 38b ' intended. With the help of sensors (not shown) are rolling elements 14 detected immediately before the respective actively deformable area 38a . 38b . 38a ' . 38b ' and only the actively deformable area 38a . 38b . 38a ' . 38b ' is controlled, in which the detected rolling elements 14 comes in next. This allows peristaltic movements of an actively deformable portion of the lead-in area, which has a plurality of actively deformable areas 38a . 38b . 38a ' . 38b ' has realized.

Beim Einsatz in Profilschienenführungen weist die Erfindung gegenüber vergleichbaren herkömmlichen Systemen reduzierte Schwingungs- und Geräuschemissionen auf. Die vorliegende Erfindung ist aber für alle Linearführungssysteme mit allen Arten von Wälzkörpern anwendbar. So gilt das vorausgehend Beschriebene natürlich auch für hohlzylinderartige Linearlager, in deren Höhlung über endlos umlaufende Wälzkörper des Linearlagers eine kreiszylindrische Achse oder Welle längsverschieblich gelagert ist, aber auch für Wälzkörper- insbesondere Kugelgewindetriebe.When used in profiled rail guides, the invention has reduced vibration and noise emissions compared to comparable conventional systems. However, the present invention is applicable to all linear guide systems with all kinds of rolling elements. Thus, the above-described naturally also applies to hollow cylindrical linear bearings in whose cavity a circular cylindrical axle or shaft is mounted so as to be longitudinally displaceable via endlessly revolving rolling elements of the linear bearing, but also for rolling elements, in particular ball screws.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Führungsschieneguide rail
1212: Schlittencarriage
14, 14'14, 14 ': Wälzkörperrolling elements
1616: Wälzkörperumlaufroller system
1818: Kontaktbereichcontact area
2020: RückführbereichRestoration area
2222: Aktuatoractuator
24, 2624, 26: Laufbahncareer
2828: Sensorsensor
3030: Metallteilmetal part
3232: KunststoffteilPlastic part
3434: Mittelteilmidsection
3636: Seitenteilside panel
38a, 38b38a, 38b: aktiv deformierbarer Bereichactively deformable area
38a', 38b'38a ', 38b': aktiv deformierbarer Bereichactively deformable area
4040: passiver Bereichpassive area
4242: Steuereinheitcontrol unit
aa: Abstanddistance

Claims

Element ( 12 ) of a linear guide system, wherein the element ( 12 ) and a guided tour ( 10 ) of the linear guide system in the longitudinal direction of the guide ( 10 ) are mounted displaceably against each other, and the element ( 12 ) at least one rolling element circulation ( 16 ) with at least one contact area ( 18 ), in which the rolling bodies ( 14 . 14 ' ) both in a first career ( 24 ) on the element ( 12 ) as well as in a second career ( 26 ) at the leadership ( 10 ), and where the contact area ( 18 ) comprises an inlet and an outlet area, in which the rolling bodies ( 14 . 14 ' ) in the contact area ( 18 ), characterized in that the first career ( 24 ) at least one arranged in the inlet and / or outlet area, actively deformable area ( 38a . 38b ), which is controllable such that by a deformation of the actively deformable region ( 38a . 38b ) a distance between the raceways ( 24 . 26 ) when entering and / or leaving a rolling element ( 14 . 14 ' ) is widened funnel-shaped until the rolling elements ( 14 ) a front or rear end of the track ( 24 ) on the element ( 12 ) has exceeded.

Element ( 12 ) according to claim 1, characterized by at least one actuator ( 22 ), with which a distance between the first track ( 24 ) and the second career ( 26 ) in the actively deformable region ( 38a . 38b ) is changeable.

Element ( 12 ) at least according to claim 2, characterized by a control unit ( 42 ), which is adapted to the actuator ( 22 ) head for.

Element ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the actively deformable region ( 38a . 38b ) of the first career ( 24 ) comprises actoric material, in particular of a shape memory alloy, of a shape memory polymer, of an electrodynamic voice coil, of monocrystalline lead zirconate titanate, of lead zirconate titanate, of polyvinylidene fluoride and / or of a combination of these materials.

Element ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor ( 28 ) is provided with the one before the actively deformable area ( 38a . 38b ) rolling element ( 14 ) is detectable.

Element ( 12 ) according to one of claims 2 to 5, characterized in that the actuator ( 22 ) in structural unit with the linear guide system or the actively deformable area ( 38a . 38b ) is formed with a point of application for an external actuator.

Element ( 12 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that after the entry of a first rolling body ( 14 ) into the actively deformable region ( 38a . 38b ) of the contact area ( 18 ) in this area the distance of the first career ( 24 ) to the second career ( 26 ) can be reduced in this way is that in the actively deformable region ( 38a . 38b ) between the first career ( 24 ) and the first rolling element ( 14 ) the same value of the surface pressure can be generated as between the first career ( 24 ) and another rolling element ( 14 ' ), which is in a passive area ( 40 ) of the first career ( 24 ) running.

Element ( 12 ) according to one of claims 1 to 7, characterized by a serial arrangement of a plurality of directly adjacent active areas ( 38a . 38b ), each with an actuator ( 22 ) are controlled separately.

Element ( 12 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the actively deformable region ( 38a . 38b ) is controllable such that a peristaltic movement of a total inlet and / or outlet area can be generated.

Element ( 12 ) according to any one of claims 1 to 9, characterized in that at the entry and exit area in each case an actively deformable area ( 38a . 38b ) is arranged.

Method for actuating an element ( 12 ) according to one of the preceding claims, characterized in that by a deformation of the actively deformable region ( 38a . 38b ) a distance between the raceways ( 24 . 26 ) when entering and / or leaving a rolling element ( 14 . 14 ' ) is widened funnel-shaped until the rolling elements ( 14 ) a front or rear end of the track ( 24 ) of the element ( 12 ) has exceeded.

The method of claim 11, wherein the actively deformable entry and exit area ( 38a . 38b ) are deformed in such a way that, to the extent that one enters the contact area ( 18 ) incoming rolling elements ( 14 . 14 ' ) contributes load-bearing, one from the contact area ( 18 ) rolling elements ( 14 . 14 ' ) is relieved of load.