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Die
Erfindung betrifft eine Linearbewegungsvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff von Anspruch 1. Linearbewegungsvorrichtungen sind beispielsweise in
Form von Kugel- oder Rollenschienenführungen, Kugelbüchsen,
Ball-Splines oder Wälzkörpergewindetrieben bekannt.
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Aus
der
JP 2008-175229
A ist eine Linearbewegungsvorrichtung in Form eines Wälzkörpergewindetriebs
bekannt. Gemäß der
2 der
JP 2008-175229 A umfasst
die Linearbewegungsvorrichtung eine sich in Längsrichtung
erstreckende Stange
3 in Form einer Gewindespindel, die
mit einer schraubenförmigen Stangenwälzfläche
4 versehen ist.
Um die Stange herum ist ein in Längsrichtung beweglicher
Läufer
5 in Form einer Kugelumlaufmutter angeordnet.
An der Innenumfangsfläche des Läufers ist eine
schraubenförmige Läuferwälzfläche
6 vorgesehen,
die der Stangenwälzfläche gegenüberliegt, wobei
zwischen der Stangen- und der Läuferwälzfläche
eine Vielzahl von kugelförmigen Wälzkörpern
2 aufgenommen
ist. Weiter ist ein Rücklaufkanal
9 vorgesehen,
der in einem gesonderten Rückführrohr angeordnet
ist. Der Rückführkanal besitzt an seinen beiden
Endbereichen gebogene Umlenkabschnitte, über die er mit
der Läuferwälzfläche verbunden ist, so dass
die Wälzkörper endlos umlaufen können.
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Weiter
ist ein elastisches Bremselement 11 vorgesehen, das derart
in den Rücklaufkanal hineinragt, dass sich die Wälzkörper
nur unter Verformung des Bremselements an diesem vorbei bewegen
können. Mit diesem Bremselement wird erreicht, dass die
Wälzkörper mit einem definierten Mindestabstand in
die Tragzone einlaufen, wodurch ein sogenannter Kugelstau vermieden
wird, der zum Blockieren der Linearbewegungsvorrichtung führen
kann. Das Problem des Kugelstaus tritt besonders stark bei Wälzkörpergewindetrieben
auf, deren Rücklaufkanal parallel zur Richtung der Schwerkraft
ausgerichtet ist, da hier die Wälzkörper durch
die Schwerkraft aneinander anliegend in die Tragzone gedrängt
werden. Das Problem des Kugelstaus nimmt mit zunehmender Anzahl
an Wälzkörpern in einem Wälzkörperumlauf zu,
weshalb es bei Wälzkörpergewindetrieben besonders
ausgeprägt ist. Das genannte Problem kann aber auch bei
anderen Linearbewegungsvorrichtungen mit Wälzkörperumlauf
auftreten, weshalb die vorliegende Erfindung nicht auf Wälzkörpergewindetriebe
beschränkt ist.
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Der
Nachteil des bekannten Bremselements besteht in der Verschleiß bedingten
Abnutzung, die dazu führt, dass die Bremswirkung mit der
Zeit nachlässt, so dass das Problem des Kugelstaus wieder auftreten
kann. Aus der
DE 103
46 079 A1 ist zwar ein Bremselement aus Metall bekannt,
das einer geringeren Abnutzung unterliegt, dieses Bremselement ist
aber sehr teuer in der Herstellung.
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Aus
dem Stand der Technik sind weiter Schmiermittelauftrager aus Schaumstoff
bekannt, die ebenfalls in den Rücklaufkanal hineinragen.
Hierzu wird beispielhaft auf die
EP 971 140 B1 verwiesen. Dort ist in
6 ein
entsprechender Schmiermittelauftrager
114 für
eine Linearbewegungsvorrichtung in Form einer Kugelschienenführung
gezeigt. Derartige Schmiermittelauftrager üben prinzipiell
auch eine Bremswirkung auf die Wälzkörper aus,
diese ist jedoch bei Weitem nicht stark genug, um einen Kugelstau
zu vermeiden. Zur Steigerung der Bremswirkung wäre es notwendig,
das Schaumstoffelement weiter in den Rücklaufkanal hineinragen
zu lassen. Vom Anmelder wurden entsprechende Versuche durchgeführt.
Hierbei hat sich gezeigt, dass das oben geschilderte Problem des
Verschleißes bei Bremselementen aus Schaumstoff noch wesentlich
ausgeprägter ist. Der gewünschte Bremseffekt ging
bereits nach sehr kurzer Zeit verloren.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Linearbewegungsvorrichtung
mit einem elastischen Bremselement zu schaffen, das einem geringen
Verschleiß unterliegt. Insbesondere soll dieses Ziel mit
elastischen Bremselementen aus Schaumstoff erreicht werden, die
besonders kostengünstig herzustellen sind.
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Gemäß dem
selbständigen Anspruch wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
dass das Bremselement einen Schlitz aufweist, der so angeordnet
ist, dass er durch die sich vorbei bewegenden Wälzkörper
aufgeweitet werden kann. Die Versuche des Anmelders haben gezeigt,
dass durch diese Maßnahme der Verschleiß des Bremselements
erheblich reduziert wird. Insbesondere bleibt die gewünschte Bremswerkung über
die gesamte Lebensdauer der Linearbewegungsvorrichtung in ausreichendem Maße
bestehen.
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In
den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen
und Verbesserungen der Erfindung angegeben.
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Die
Wälzkörper können Kugeln sein, wobei der
Schlitz in der Mitte des Rücklaufkanals vorgesehen ist.
Bei dieser Ausgestaltung hat sich ein besonders geringer Verschleiß ergeben.
Dies ist darauf zurückzuführen, dass der mittige
Schlitz symmetrisch aufgeweitet wird, wobei gleichzeitig durch die
kantenfreien kugelförmigen Wälzkörper
keine punktuellen Belastungsspitzen auf das Bremselement einwirken.
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Das
Bremselement kann als gesondertes Bauteil aus Schaumstoff ausgeführt
sein. Ein derartiges Bremselement ist besonders kostengünstig
herstellbar. Insbesondere lässt sich der erfindungsgemäße
Schlitz durch Wasserstrahlschneiden leicht herstellen.
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In
dem Läufer kann ein gesonderter Schmierstoffspeicherkörper
aus einem offenzelligen Schaumstoff vorgesehen sein, der das Bremselement
berührt, wobei das Bremselement ebenfalls aus einem offenzelligen
Schaumstoff besteht. Hiermit soll erreicht werden, dass das Bremselement
zusätzlich zu seiner Bremsfunktion eine Schmierung der
Wälzkörper bewirkt. Hierfür sind offenzellige
Schaumstoffe notwendig, damit der Schmierstoff, vorzugsweise Schmieröl,
durch den Schaumstoff aufgesaugt und wieder abgegeben werden kann.
Durch die Berührung zwischen dem Bremselement und Schmierstoffspeicherkörper
wird eine Schmiermittelübertragungsverbindung zwischen
den genannten Teilen hergestellt.
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Der
Schmierstoffspeicherkörper kann als Kreiszylinder ausgeführt
sein, wobei er in einer angepassten Aufnahmebohrung des Läufers,
die in Längsrichtung verläuft, aufgenommen ist.
Die Aufnahmebohrung ist vorzugsweise im Last übertragenden
Hauptkörper des Läufers angeordnet. Auf diese Weise
kann der Schmiermittelvorratsraum auf besonders Platz sparende Weise
bereitgestellt werden, da die Außenabmessungen des Läufers
wegen der Aufnahmebohrung in der Regel nicht vergrößert
werden müssen.
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Das
Bremselement kann plattenartig ausgeführt sein. Hierbei
ist insbesondere daran gedacht, das Bremselement mittels Wasserstrahlschneiden aus
einer Schaumstoffplatte herauszuschneiden. Auf diese Weise können
komplexe Außenformen besonders kostengünstig hergestellt
werden.
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Das
plattenartige Bremselement kann im Wesentlichen senkrecht zum Rücklaufkanal
angeordnet sein, wobei eine im Wesentlichen ebene Seitenfläche
des plattenartigen Bremselements die gesamte Breite des Rücklaufkanals überspannt.
Dies hat zur Folge, dass das plattenartige Bremselement durch die
sich vorbei bewegenden Wälzkörper umgebogen wird.
Hierdurch ergibt sich ein besonders großer Bremseffekt,
bei gleichzeitig geringem Verschleiß. Dadurch, dass das
Bremselement die gesamte Breite des Rückführkanals überspannt,
wird sichergestellt, dass es trotz des Schlitzes eine genügend
große Biegesteifigkeit aufweist, um einen genügend
großen Bremseffekt zu bewirken.
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Der
Schlitz kann in der Mitte der Seitenfläche des Bremselements
angeordnet sein, wobei er im Wesentlichen senkrecht zur genannten
Seitenfläche ausgerichtet ist. Hierdurch stellt sich eine
besonders günstige Verformung des Bremselements ein, die
bei geringem Verschleiß eine hohe Bremswirkung erzielt.
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Die
Breite des Schlitzes kann kleiner als 1,0 mm sein. Es hat sich gezeigt,
dass ein schmaler Schlitz eine besonders gute Bremswirkung erzielt. Gleichzeitig
muss aus fertigungstechnischen Gründen eine gewisse Mindestbreite
des Schlitzes vorhanden sein. Der genannte Abmessungsbereich hat sich
als günstiger Kompromiss erwiesen.
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Der
Umlenkabschnitt des Rücklaufkanals kann wenigstens teilweise
von einem gesonderten Umlenkteil begrenzt sein, wobei das Bremselement zwischen
dem Umlenkteil und einem Hauptkörper des Läufers
aufgenommen ist. Auf diese Weise kann das Bremselement besonders
einfach montiert werden.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen
näher erläutert. Es stellt dar:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Linearbewegungsvorrichtung;
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2 eine
Explosionsansicht des Läufers der Linearbewegungsvorrichtung
gemäß 1;
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3 eine
Schnittansicht des Hauptkörpers des Läufers gemäß 2 im
Bereich der Aufnahmebohrungen für den Schmierstoffspeicherkörper;
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4 eine
Schnittansicht des Läufers gemäß 2 im
Bereich des Rücklaufkanals;
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4a einen
vergrößerten Ausschnitt von 4 im
Bereich des Bremselements;
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5 eine
perspektivische Ansicht des Umlenkteils; und
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6 eine
Vorderansicht des plattenartigen Bremselements.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Linearbewegungsvorrichtung 10 in Form eines Kugelgewindetriebes.
Die Linearbewegungsvorrichtung 10 umfasst eine Stange 13,
die sich in eine Längsrichtung 11 erstreckt. Die Stange 13 ist
in Form einer aus Wälzlagerstahl bestehenden Gewindespindel
ausgeführt, an deren Außenumfangsfläche
zwei schraubenförmige Stangenwälzflächen 14 vorgesehen
sind, die ein spitzbogenförmiges Querschnittsprofil aufweisen.
Um die Stange 13 herum ist ein im Wesentlichen zylindrischer Läufer 20 vorgesehen,
der an einem Ende einen Befestigungsflansch 31 aufweist.
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2 zeigt
eine Explosionsansicht des Läufers 20 ohne die
Stange. Der Läufer 20 umfasst einen Hauptkörper 30 aus
Wälzlagerstahl. An der Innenumfangsfläche des
Hauptkörpers 30 ist eine schraubenförmige
Läuferwälzfläche 21 vorgesehen,
die der Stangenwälzfläche (Nr. 14; 1)
gegenüberliegt. Zwischen der Läufer- und der Stangenwälzfläche,
die jeweils gehärtet sind, ist eine Vielzahl von kugelförmigen
Wälzkörpern 12 Last übertragend
angeordnet, wobei in 2 der Übersichtlichkeit
halber nur ein einziger Wälzkörper 12 gezeigt
ist. Die Läuferwälzfläche 21 besitzt
ebenfalls ein spitzbogenförmiges Querschnittsprofil, so
dass die kugelförmigen Wälzkörper 12 die
zugeordneten Wälzflächen an jeweils vier Punkten
berühren.
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An
beiden Längsstirnseiten des Hauptkörpers
30 ist
je ein gesondertes Umlenkteil
70 aus Kunststoff vorgesehen,
das einen gebogenen Umlenkabschnitt
24a eines Rückführkanals
aufweist, wobei beide Umlenkteile
70 identisch ausgeführt sind.
Das Umlenkteil
70 ist in einer angepassten Aufnahmeausnehmung
32a des
Hauptkörpers
30 angeordnet, und dort mit einem
Spannring (Nr.
25;
4) gemäß der
US 5 664 459 A1 am
Hauptkörper
30 gehalten. Zwischen dem Umlenkteil
70 und
dem Hauptkörper
30 ist ein plattenartiges Bremselement
50 aus einem
offenzelligen Schaumstoff angeordnet. Weiter ist ein zylindrischer
Schmierstoffspeicherkörper
56 aus einem offenzelligen
Schaumstoff vorgesehen, der das Bremselement
50 berührt.
Der Schmierstoffspeicherkörper
56 ist mit Schmieröl
getränkt, welches über das Bremselement
50 auf
die Wälzkörper
12 aufgetragen wird.
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3 zeigt
eine perspektivische Schnittansicht des Hauptkörpers 30 des
Läufers, wobei die Schnittebene mittig durch den geraden
Abschnitt 23 des Rücklaufkanals und die Aufnahmebohrungen 33a; 33b für
den Schmierstoffspeicherkörper verläuft. Der gerade
Abschnitt 23 des Rücklaufkanals mündet in
die beiden Aufnahmeausnehmungen 32a; 32b des Hauptkörpers 30,
in denen jeweils ein Umlenkteil (Nr. 70; 2)
aufgenommen ist. Bei dem geraden Abschnitt 23 des Rücklaufkanals
handelt es sich um eine in Längsrichtung verlaufende kreiszylindrische Bohrung,
die einen geringfügig größeren Durchmesser
als die kugelförmigen Wälzkörper aufweist.
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Parallel
zum geraden Abschnitt 23 des Rücklaufkanals sind
zwei Aufnahmebohrungen 33a; 33b für je
einen Schmierölspeicherkörper (Nr. 56; 2) vorgesehen.
Die in Längsrichtung verlaufenden Aufnahmebohrungen 33a; 33b sind
jeweils in Form eines Sacklochs ausgeführt und münden
in eine zugeordnete Aufnahmeausnehmung 32a; 32b für
ein Umlenkteil. Hinzuweisen ist noch auf die Schmiermittelzuführungsbohrung 35,
die in den Schmieranschluss (Nr. 34; 1)
mündet, so dass Schmierfett über den Schmieranschluss
von außen in den Läufer eingefüllt werden
kann.
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4 zeigt
eine Schnittansicht des Läufers 20, wobei die
Schnittebene durch den Rücklaufkanal 22, insbesondere
durch den geraden Abschnitt 23 und einen gebogenen Abschnitt 24b verläuft.
Die beiden gebogenen Abschnitte 24a; 24b münden
jeweils in die angrenzende Läuferwälzfläche 21,
so dass die Läuferwälzfläche 21 zusammen
mit dem Rücklaufkanal 22 einen endlosen Umlaufweg
für die Wälzkörper bilden.
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4a zeigt
einen vergrößerten Ausschnitt von 4 im
Bereich des Bremselements 50. Bei dem Bremselement 50 handelt
es sich um ein einstückiges Bauteil, das mittels Wasserstrahlschneiden aus
einer dünnen Schaumstoffplatte ausgeschnitten wird. Das
Bremselement 50 ist zwischen dem Umlenkteil 70 und
dem Hauptkörper 30 aufgenommen, wobei ein Bremsabschnitt 52 des
Bremselements in den Rücklaufkanal 22 hineinragt.
Das plattenartige Bremselement 50 ist hierbei senkrecht
zum Verlauf des Rücklaufkanals 22 ausgerichtet.
Der Bremsabschnitt 52 ragt so tief in den Rücklaufkanal 22 hinein, dass
sich die Wälzkörper nur unter Verformung des Bremsabschnitts 52 des
Bremselements 50 an diesem vorbei bewegen können.
Zur Verschleißminderung ist in der Mitte des Bremsabschnitts 52 und
damit in der Mitte des Rücklaufkanals 22 ein Schlitz 51 vorgesehen.
Der Schlitz 51 wird durch die vorbeilaufenden Kugeln aufgeweitet,
wobei die dadurch verursachte Verformung des Bremselements 50 eine
hohe Bremswirkung bei gleichzeitig geringem Verschleiß bewirkt.
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Der
Bremsabschnitt 52 des Bremselements 50 überspannt
die gesamte Breite des Rücklaufkanals 22, so dass
er an der Wand des Rücklaufkanals 22 steif eingespannt
ist. Hierdurch wird eine genügend hohe Biegesteifigkeit
des Bremselements 50 und damit ein großer Bremseffekt
erreicht. Die Seitenfläche 55 des Bremselements 50,
die den Wälzkörpern zugewandt ist, ist im Wesentlichen
eben ausgeführt, wobei der Schlitz 51 senkrecht
zu der genannten Seitenfläche 55 ausgerichtet
ist.
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Hinzuweisen
ist noch auf die Abhebenase 71 des Umlenkteils 70,
mit der die Wälzkörper aus der Stangenwälzfläche
herausgehoben und in den gebogenen Umlenkabschnitt des Rücklaufdurchgangs 22 überführt
werden. Weiter ist in 4a zu erkennen, wie der Ausrichtfortsatz 74 des
Umlenkteils 70 in die zugeordnete kreiszylindrische Ausrichtausnehmung 36 im
Hauptkörper 30 eingreift, so dass eine im Wesentlichen
absatzfreie Ausrichtung des gebogenen und des geraden Abschnitts
des Rücklaufkanals 22 gewährleistet ist.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Umlenkteils
70. Das Umlenkteil
70 ist
aus dem Kunststoff Polyoxymethylen (POM) im Spritzgussverfahren hergestellt,
wobei es die aus der
US
4 357 838 A1 bekannte Grundform aufweist. Der gebogene
Umlenkabschnitt
24 weist hierbei eine offene, U-förmige Querschnittsform
auf, die von der zugeordneten Aufnahmeausnehmung (Nr.
32a;
32b;
2)
des Hauptkörpers verschlossen wird, so dass sich ein geschlossener
Kanalquerschnitt ergibt.
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Das
Umlenkteil 70 besitzt an einer dem Hauptkörper
zugewandten Seitenfläche eine Aufnahmeausnehmung 73,
die genau an das plattenartige Bremselement angepasst ist, so dass
letztgenanntes dort im Wesentlichen spielfrei gehalten ist. Weiter
ist in dem Ausrichtfortsatz ein Durchbruch 72 vorgesehen,
wobei der Bremsabschnitt 52 des einstückigen Bremselements 50 über
den Durchbruch 72 in den Rücklaufkanal 22 hineinragt.
Die Breite des Durchbruchs 72 ist eng an das plattenartige
Bremselement angepasst, so dass es von dem Durchbruch 72 gegen
Verbiegung stabilisiert wird.
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6 zeigt
eine Vorderansicht des plattenartigen Bremselements 50.
Die gezeigte Außenkontur entspricht der Bahn des Wasserstrahls,
mit der das Bremselement 50 aus einer Schaumstoffplatte
ausgeschnitten wird. Hinzuweisen ist auf die geringe Breite des
Schlitzes 51, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
0,1 mm beträgt. Die Form des Bremselements 50 wird
im Wesentlichen durch die Form des an sich bekannten Umlenkteils
bestimmt. Hinzuweisen ist auf den Stabilisierungsabschnitt 53,
durch den das Bremselement 50 zwischen dem Umlenkteil und dem
Hauptkörper unter geringer Vorspannung gehalten wird. Die
Berührstelle 54 an dem der Schmierstoffspeicherkörper
(Nr. 56; 2) das Bremselement 50 berührt
ist durch eine Strichlinie gekennzeichnet.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Linearbewegungsvorrichtung
- 11
- Längsrichtung
- 12
- Wälzkörper
- 13
- Stange
- 14
- Stangenwälzfläche
- 20
- Läufer
- 21
- Läuferwälzfläche
- 22
- Rücklaufkanal
- 23
- gerader
Abschnitt des Rücklaufkanals
- 24a,
b
- gebogener
Umlenkabschnitt des Rücklaufkanals
- 25
- Spannring
- 30
- Hauptkörper
- 31
- Befestigungsflansch
- 32a,
b
- Aufnahmeausnehmung
- 33a,
b
- Aufnahmebohrung
- 34
- Schmieranschluss
- 35
- Schmiermittelzuführbohrung
- 36
- Ausrichtausnehmung
- 50
- Bremselement
- 51
- Schlitz
- 52
- Bremsabschnitt
- 53
- Stabilisierungsabschnitt
- 54
- Berührstelle
- 55
- Seitenfläche
- 56
- Schmierstoffspeicherkörper
- 70
- Umlenkteil
- 71
- Abhebenase
- 72
- Durchbruch
- 73
- Aufnahmeausnehmung
- 74
- Ausrichtfortsatz
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2008-175229
A [0002, 0002]
- - DE 10346079 A1 [0004]
- - EP 971140 B1 [0005]
- - US 5664459 A1 [0028]
- - US 4357838 A1 [0035]