DE102012205762A1

DE102012205762A1 - Linearführung mit einem Schwingungsdämpfer

Info

Publication number: DE102012205762A1
Application number: DE201210205762
Authority: DE
Inventors: Markus Knecht; Christian VOGELGESANG; Klaus Schumacher
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2013-10-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Führungswagen (02, 08) für eine Linearführung. Der Führungswagen umfasst einen Grundkörper (03) mit einem Führungselement (04) zur Aufnahme des Führungswagens in einer Führungsschiene (01) und ein Koppelelement (06) zur Aufnahme eines zu führenden Teils. Zwischen dem Grundkörper (03) und dem Koppelelement (06) ist ein Dämpfungselement (05) vorgesehen. Erfindungsgemäß ist das Dämpfungselement (05) ein Elastomer.

Description

Die Erfindung betrifft einen Führungswagen für eine Linearführung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Maschinen oder Aggregate erzeugen während ihres Betriebes Schwingungen. Bei einer starren Verbindung einer Maschine mit der Umgebung mittels einer Linearführung werden diese Schwingungen auf die Linearführung und die umgebenden Bauteile übertragen. Die dadurch entstehenden Vibrationen erzeugen Geräusche und eine erhöhte mechanische Belastung der Linearführung.
Aus der DE 198 45 181 A1 ist ein Linearwälzlager mit einem Schmierstoffdepot bekannt, dessen Öffnungen durch einen gummielastischen Werkstoff verschlossen sind.
Die DE 100 52 848 A1 beschreibt ein Linearwälzlager, in dessen Rücklaufkanal ein Kunststoffband eingelegt ist, wodurch eine Dämpfung der Kugelumläufe erreicht wird.
Es sind auch Linearführungen mit aktiven Dämpfern, wie Ölfilmdämpfern, piezoelektrischen oder andern elektroaktiven Materialien bekannt.
Die DE 10 2007 059 156 A1 offenbart eine Linearführung mit einem Schwingungsdämpfer, der als Spalt zwischen zwei Laufwagenabschnitten gestaltet ist. Eine Hubvorrichtung ermöglicht durch Verstellung des Spaltes einen variablen Hub des oberen Wagenabschnittes gegenüber dem unteren Wagenabschnitt. Die Hubvorrichtung dient gleichzeitig dem Ausgleich von Fehlpositionierungen und einer dynamischen Schwingungsdämpfung. Der Spalt kann als Druckkammer ausgeführt sein, mit piezoelektrischen Materialien oder einem elektroaktiven Polymer ausgekleidet sein. Durch eine Steuer- und Regeleinheit ist die Hubvorrichtung steuerbar, so dass eine Schwingungskompensation durch eine aktiv erzeugte Gegenschwingung ausgeglichen werden kann.
Aus der DE 43 04 950 A1 ist eine Linearführung bekannt mit einem Führungswagen, der entlang einer Führungsschiene über Wälzkörperumläufe bewegbar ist. Zwischen dem Grundkörper des Führungswagens und dem Schlitten ist ein Dämpfer angeordnet, welcher als mit mindestens einem Dämpfungsspalt versehener hydraulischer Quetschfilmdämpfer, als Piezoaktor, als Aktor mit einer elektrorheologischen Flüssigkeit, die beim Anlegen einer Spannung ihre Viskosität verändert, oder als Reibungsdämpfer mit Tellerfederpaketen, Ringfederpaketen oder Reiblamellenpaketen ausgeführt ist. Der Dämpfungsraum ist bevorzugt unmittelbarer Bestandteil des Grundkörpers des Führungswagens.
Sowohl die Herstellung als auch die Ansteuerung der aktiven Dämpfungselemente der Linearführungen ist technisch sehr aufwändig und kostenintensiv. Für den Einsatz an einfachen und häufig verwendeten Maschinenführungen eignen sich diese vorbekannten Lösungen daher nicht.
Aus dem Stand der Technik sind weiterhin zahlreiche Lösungen zur Schwingungsdämpfung in technischen Anwendungen, wie zum Beispiel elastische Puffer bekannt. Puffer, Schienen, Anschläge, Kombielemente, Konuslager, Buchsen und weitere Maschinenelemente sind als Gummi-Metall-Verbindungen gefertigt und können zumeist über Schraubverbindungen an den betreffenden Maschinenteilen befestigt werden. Allerdings sind solche Standard-Maschinenelemente nur in begrenzt variablen Bauformen verfügbar und werden zumeist nur in statischen Anordnungen verwendet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen einfach aufgebauten und preiswert herstellbaren Führungswagen für eine Linearführung bereitzustellen, der zur Verringerung von Geräusch- und Vibrationsbeeinflussung der Umgebungskonstruktion über eine Dämpfungscharakteristik verfügt. Die Beweglichkeit des Führungswagens in Bezug zu den statischen Elementen der Linearführung soll durch die Dämpfung nicht beeinträchtigt werden. Außerdem sollen sich die Abmessungen des Führungswagens durch die Dämpfung nicht deutlich verändern, sodass sich die Erfindung leicht in vorhandene Anwendungen solcher Führungen integrieren lässt.
Die Aufgabe wird durch einen Führungswagen für eine Linearführung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Ein Führungswagen für eine Linearführung besitzt zunächst in bekannter Weise einen Grundkörper, der ein Führungselement umfasst, das der Führung des Führungswagens auf einer Leiteinrichtung z. Bsp. einer Schiene, einer Kufe, einer Rinne oder dergleichen dient. Der Grundkörper ist dabei so gestaltet, dass er mit der Form der Leiteinrichtung im Sinne einer Gleit- oder Wälzführung korrespondiert. Der Führungswagen weist weiterhin ein Koppelelement auf, an dem ein zu führendes Teil befestigt werden kann. Zwischen dem Koppelelement und dem Grundkörper ist ein Dämpfungselement vorgesehen, welches erfindungsgemäß als Elastomer ausgebildet ist.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass der Führungswagen standardmäßig und preiswert mit einer entsprechenden Dämpfungscharakteristik versehen werden kann, was in den zu installierenden Anlagen zu weniger Lärmbelastungen und von vornherein zu einer verbesserten Lebensdauer der beweglichen Teile führt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, dass durch die Elastizität des Dämpfungselementes ein Ausgleich von Fluchtungsfehlern der Linearführung, sowie ein Ausgleich von temperaturbedingten Längenänderungen der Komponenten der Linearführung in einem gewissen Maße ohne zusätzlichen Aufwand möglich ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Linearführungswagens ist das Dämpfungselement unmittelbar mit dem Grundkörper verbunden. Unter einer unmittelbaren Verbindung ist hierbei eine Verbindung ohne weitere mechanische Hilfsmittel zu verstehen, wie zum Beispiel eine stoffschlüssige oder formschlüssige Verbindung.
In einer anderen Ausführungsform besteht eine mittelbare Verbindung zwischen dem Grundkörper und einem Zwischenstück, zum Beispiel mit einer Platte oder Schiene und Schrauben als Befestigungshilfsmittel. Das Zwischenstück ist in diesem Fall unmittelbar mit dem Dämpfungselement verbunden, welches wiederum unmittelbar mit dem Koppelelement verbunden ist.
Die unmittelbare Verbindung ist in bevorzugter Weise eine Gummi-Metall-Verbindung, welche durch Aufvulkanisieren hergestellt ist. Dabei sind unter dem Oberbegriff Gummi Elastomere zusammengefasst, die die gewünschten dämpfenden Eigenschaften aufweisen. Dies kann beispielsweise Naturkautschuk oder synthetischer Kautschuk sein. Andere Kunststoffe mit elastomeren Eigenschaften (Kunststoff-Elastomere) sind ebenfalls geeignet.
In einer Ausführungsvariante ist dem Elastomer ein Haftvermittler zugesetzt, um die Haftfestigkeit der Gummi-Metall-Verbindung zu verbessern.
Die Wirkungsweise des Haftvermittlers kann auf einer Vielzahl von Eigenschaften basieren. Besonders wichtig sind die Erhöhung der Benetzbarkeit der Metalloberfläche und die Möglichkeit, chemische Bindungen zwischen der Metalloberfläche und dem Bindemittel des Elastomers oder Klebstoffs auszubilden.
Der Haftvermittler kann auch im Rahmen der Oberflächenvorbehandlung des Metalls aufgetragen werden; dadurch kann er direkt an der Grenzfläche seine optimale Wirkung entfalten und daher in kleineren Mengen eingesetzt werden und bessere Haftwerte erreichen.
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist das Dämpfungselement quaderförmig gestaltet. Führungselement, Dämpfungselement und Koppelelement sind dabei vorzugsweise axialsymmetrisch zur Linearachse der Linearführung angeordnet und mit einer rechteckigen Grundfläche gestaltet, die der Grundfläche des quaderförmigen Dämpfungselementes gleicht.
Das Dämpfungselement ist dabei flach geformt, das heißt, die Höhe des Dämpfungselementes ist im Vergleich zu den Seitenlängen, bzw. zu den Seitenlängen der Grundfläche klein, jedenfalls aber kleiner, als die kürzeste Seitenlänge.
Selbstverständlich sind auch andere Formen für den Grundkörper, das Dämpfungselement und das Koppelelement möglich. Insbesondere kann die Gestaltung so erfolgen, dass die Dämpfung der Schwingungen in verschiedenen Richtung erfolgt. Der Fachmann weiß, wie eine Dimensionierung für verschiedene Schwingungsfälle zu erfolgen hat.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1: eine Linearführung mit einem erfindungsgemäßen Führungswagen in einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
2: eine Linearführung mit einem erfindungsgemäßen Führungswagen in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform.
1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Linearführung mit einer Führungsschiene 01 und einem Führungswagen 02. Die Führungsschiene 01 hat in der dargestellten Ausführungsform ein H-Profil (liegend) und bildet eine Leiteinrichtung der Führung.
Der Führungswagen 02 umfasst einem Grundkörper 03 mit einem Führungselement 04, das mit der Führungsschiene 01 in bekannter Weise in formschlüssigem Führungseingriff steht. Die Linearführung kann als Wälzführung, Gleitführung oder Wälz-/Gleitführung in allen dem Fachmann bekannten Formen ausgeführt sein.
Unmittelbar auf dem Grundkörper 03 ist ein quaderförmiges bzw. flaches plattenartiges Dämpfungselement 05 beispielsweise durch Anvulkanisieren befestigt. Das Dämpfungselement 05 ist ein Elastomer und besteht beispielsweise aus vernetztem Kautschuk oder einem anderen Elastomer mit den gewünschten dämpfenden Eigenschaften. Dabei kann die Materialwahl auf die bestehende Dämpfungsaufgabe abgestimmt sein, beispielsweise hinsichtlich Resonanzfrequenz, zu erwartender Schwingungsamplitude und -frequenz oder der Masse des schwingungsübertragenden Teils.
Ein Koppelelement 06 zur Befestigung eines nicht dargestellten zu führenden Teils (z.B. einer rotierenden Maschine oder eines rotierenden Maschinenteils) ist wiederum unmittelbar mit dem Dämpfungselement 05 verbunden. Das Koppelelement 06 weist in der dargestellten Ausführungsform eine Vierpunktbefestigung in Form von vier Bohrlöchern 07 auf, an denen das zu führende Teil angeschraubt werden kann. Selbstverständlich können alternativ auch andere Befestigungsarten vorgesehen sein.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Führungswagens für eine Linearführung ist in 2 dargestellt. Hierin werden für gleiche Teile zur ersten Ausführungsform gleiche Bezugszeichen verwendet. Der hier dargestellte Führungswagen 08 unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Führungswagen 02 darin, dass das Dämpfungselement 05 über ein Zwischenstück 09 mit dem Grundkörper 03 mittelbar verbunden ist. In diesem Fall ist das plattenförmige Zwischenstück 09 mittels vier Schrauben 10 am Grundkörper 03 befestigt. Das Dämpfungselement 05 ist unmittelbar mit dem Zwischenstück 09 und dem Koppelelement 06 beispielsweise durch Anvulkanisieren verbunden.
Da das Zwischenstück 09 in geeigneter Weise mit dem Grundkörper 03 verbunden werden muss, besitzt das Dämpfungselement 05 eine kleinere Grundfläche, als das Zwischenstück 09 und das Koppelelement 06. Bei der Dimensionierung des Dämpfungselementes 05 muss dies berücksichtigt werden.
Der erfindungsgemäße Führungswagen kann in der Form und Härte des Dämpfungselementes 05, sowie in Bezug auf die Anbindung an den Grundkörper 03 oder das Zwischenstück 09 und das Koppelelement 06 an verschiedene Führungs- und Dämpfungsaufgaben angepasst werden. Die beschriebene Quaderform des Dämpfungselementes 05 in der bevorzugten Ausführungsform ist keinesfalls einschränkend auf diese Form anzusehen.
Bezugszeichenliste

01: Führungsschiene
02: Führungswagen
03: Grundkörper
04: Führungselement
05: Dämpfungselement
06: Koppelelement
07: Bohrloch
08: Führungswagen
09: Zwischenstück
10: Schraube

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19845181 A1 [0003]
DE 10052848 A1 [0004]
DE 102007059156 A1 [0006]
DE 4304950 A1 [0007]

Claims

Führungswagen (02, 08) für eine Linearführung mit einem Grundkörper (03), der ein Führungselement (04) zur Aufnahme des Führungswagens in einer Führungsschiene (01) aufweist und weiterhin ein Koppelelement (06) zur Aufnahme eines zu führenden Teils umfasst, wobei zwischen dem Grundkörper (03) und dem Koppelelement (06) ein Dämpfungselement (05) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (05) ein Elastomer ist.
Führungswagen (02, 08) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (05) unmittelbar mit dem Koppelelement (06) und dem Grundkörper (03) verbunden ist.
Führungswagen (02, 08) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (05) unmittelbar mit dem Koppelelement (06) und mittelbar über ein Zwischenstück (09) mit dem Grundkörper (03) verbunden ist, wobei die Verbindung zwischen dem Zwischenstück (09) und dem Dämpfungselement (05) unmittelbar ist.
Führungswagen (02, 08) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die unmittelbare Verbindung stoffschlüssig ist.
Führungswagen (02, 08) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung eine haftende Verbindung ist.
Führungswagen (02, 08) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung durch Aufvulkanisieren hergestellt ist.
Führungswagen (02, 08) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Elastomer ein Kautschuk oder Elastomer-Kunststoff ist, dem ein Haftvermittler zugesetzt ist.
Führungswagen (02, 08) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (03) und das Koppelelement (06) aus Metall bestehen.
Führungswagen (02, 08) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (05) quaderförmig oder plattenförmig ist.
Führungswagen (02, 08) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (04), das Dämpfungselement (05) und das Koppelelement (06) axialsymmetrisch zu einer Linearachse der Linearführung auf dem Führungswagen (02, 08) angeordnet sind.