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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
