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Die Erfindung betrifft eine Linearlagerung, welche beispielsweise in einer Werkzeugmaschine verwendbar ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Linearlagerung.
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Linearlagerungen ermöglichen allgemein eine Bewegung von Maschinenteilen in linearer Richtung, wobei Bewegungen in anderen Freiheitsgraden unterbunden sind. Ebenso wie eine rotative Lagerung kann auch eine Linearlagerung als Wälzlagerung oder als Gleitlagerung gestaltet sein. Gleitlagerungen können grundsätzlich als hydrostatische oder als hydrodynamische Lagerungen ausgebildet sein.
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Ein Beispiel einer eine Anzahl an Wälzkörpern aufweisenden Linearführung ist in der
DE 10 2013 209 294 B3 offenbart. Als Wälzkörper sind in diesem Fall Kugeln vorgesehen. Eine weitere Linearführung mit Kugeln als Wälzkörpern ist zum Beispiel aus der
DE 101 21 794 A1 bekannt. In beiden Fällen handelt es sich um Profilschienenführungen. Eine Linearführung mit rollenförmigen Wälzkörpern ist zum Beispiel in der
DE 41 03 672 C2 offenbart. Ebenso wie bei den Linearführungen mit kugelförmigen Wälzkörpern werden auch in diesem Fall die Wälzkörper in ringförmig geschlossenen Bahnen geführt, welche jeweils einen Tragabschnitt sowie einen über Umlenkabschnitte mit dem Tragabschnitt verbundenen Rückführungsabschnitt umfassen.
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Linearführungen mit wälzgelagerten Schlitten sind in der Lage, hohe Lasten aufzunehmen, wobei zugleich hohe Anforderungen an geometrische Präzision und Steifigkeit erfüllbar sind. Hinsichtlich der insbesondere bei Werkzeugmaschinen bedeutsamen Dämpfungseigenschaften reichen wälzgelagerte Linearführungen jedoch typischerweise nicht an hydrostatische Linearlagerungen heran. Hydrostatische Linearführungen hingegen sind in der Regel weniger steif und damit weniger für hochpräzise und zugleich hoch belastete Anwendungen geeignet als lineare Wälzlagerungen.
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Aus der
US 6,086,254 A ist eine wälzgelagerte Linearführung bekannt, bei welcher das Dämpfungsverhalten dadurch verbessert werden soll, dass in einen Spalt zwischen Schlitten und Führungsschiene der Linearführung unter Druck stehendes Öl eingepresst wird.
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Bei einer aus der
DE 33 26 541 A1 bekannten Führungseinrichtung ist ein auf einer Schiene verschiebbarer Schlitten mehrteilig aufgebaut: Ein sogenanntes verschiebbares Bett ist mit Hilfe von Wälzkörpern, nämlich Kugeln, direkt auf der Schiene gelagert. Auf dem verschiebbaren Bett befindet sich ein sogenanntes Sattelteil, welches über eine statische Drucklagerung in gedämpfter Weise mit dem verschiebbaren Bett gekoppelt ist.
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Die
DE 42 37 408 A1 offenbart eine Linearbewegungs-Tischeinheit mit Antivibrationsmechanismus. Hierbei befindet sich auf einer Schiene zwischen zwei Endschlitten des Wälzkontakttyps ein Mittelschlitten des Gleitkontakttyps. Der Mittelschlitten dient hierbei dazu, Vibrationen zu dämpfen. Öl, welches einen Schmiermittelfilm bildet, ist dem Mittelschlitten von Zeit zu Zeit oder kontinuierlich zuzuführen. Der Aufbau eines hydrostatischen Drucks im Mittelschlitten ist nicht vorgesehen, da dieser ausschließlich der Vibrationsdämpfung dient. Um eine gesonderte Dämpfungsvorrichtung, wie es der Mittelschlitten darstellt, zu vermeiden, ist in der
DE 42 37 408 A1 vorgeschlagen, an einer wälzgelagerten Linearführung zusätzliche Vorkehrungen zur Bildung eines Ölfilms zu treffen.
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Eine Linearführung mit einem hydrostatisch gelagerten Tragelement ist zum Beispiel aus der
DE 10 2005 023 998 A1 bekannt. Der in diesem Fall als Tragelement bezeichnete Schlitten der Linearführung weist Kopfstücke auf, in welchen sich Elemente zur Regulierung der Durchflussmenge von Hydraulikflüssigkeit befinden. Hiermit lässt sich der Druck in Drucktaschen der Linearführung exakt einstellen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linearlagerung gegenüber den genannten Stand der Technik insbesondere hinsichtlich eines günstigen Verhältnisses zwischen Fertigungsaufwand, geometrischer Präzision, mechanischer Belastbarkeit, Dämpfungseigenschaften, sowie Skalierbarkeit von Produkteigenschaften, weiterzuentwickeln.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Linearlagerung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zum Betrieb einer Linearlagerung gemäß Anspruch 6. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt Linearlagerung, und umgekehrt.
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Die Linearlagerung umfasst mindestens eine Führungsschiene, insbesondere in Form einer Profilschiene, sowie verschiedenartige, eine gemeinsame Last tragende Schlitten, nämlich mindestens einen wälzgelagerten Schlitten sowie mindestens einen hydrostatisch gelagerten Schlitten. Der hydrostatisch gelagerte Schlitten weist einen Druckölanschluss auf, über welchen ein unter Druck stehendes Hydraulikmedium in Drucktaschen der Linearlagerung, welche zwischen dem Schlitten und der Führungsschiene gebildet sind, einleitbar ist. Der hydrostatisch gelagerte Schlitten ist damit in der Lage, den Hauptteil der gemeinsamen Last aufzunehmen. Zusätzlich fungiert der hydrostatisch gelagerte Schlitten als Dämpfungselement der Linearlagerung. In den Druckölanschluss des hydrostatisch gelagerten Schlittens wird Hydraulikmedium vorzugsweise mit einem Druck von mindestens 50 bar, beispielsweise mit einem Druck von 100 bar, eingeleitet. Innerhalb des hydrostatisch gelagerten Schlittens befindet sich in bevorzugter Ausgestaltung eine Vorrichtung zur Druckregulierung, welche in ein Kopfstück des Schlittens integriert ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung fungiert bei geringer Last ausschließlich der hydrostatisch gelagerte Schlitten als die Last tragendes Element der Linearlagerung. Eine lasttragende Funktion der Wälzlagerung ist in diesem Zustand beispielsweise dadurch, dass der wälzgelagerte Schlitten spielbehaftet geführt ist, oder dadurch, dass der wälzgelagerte Schlitten nicht starr mit der Last verbunden ist, nicht gegeben. In jedem Fall tritt der wälzgelagerte Schlitten erst mit zunehmender auf die Linearlagerung wirkender Last als die Last mittragendes Element in Funktion. Mit zunehmender Last kann der Hauptteil der Last vom hydrostatisch gelagerten Schlitten auf den wälzgelagerten Schlitten übergehen. Im Gegensatz zur lasttragenden Funktion, welche bei unterschiedlichen Belastungszuständen der Linearlagerung in einem weiten Rahmen zwischen dem hydrostatisch gelagerten Schlitten und dem wälzgelagerten Schlitten wandert, sind die Dämpfungseigenschaften der Linearlagerung vom Belastungszustand relativ wenig abhängig.
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Die verschiedenartigen Schlitten der Linearlagerung können auf einer gemeinsamen Führungsschiene angeordnet sein. Hierbei befindet sich ein hydrostatisch gelagerter Schlitten beispielsweise zwischen zwei wälzgelagerten Schlitten. Die gesamte Linearlagerung kann eine einzige oder mehrere derartige Anordnungen aus jeweils einer Führungsschiene und verschiedenartigen Schlitten umfassen. Die einzelnen Schlitten sind in montagetechnisch vorteilhafter Weise vorzugsweise nicht mechanisch direkt miteinander verbunden. Diese Bauweise hat darüber hinaus den Vorteil, dass durch den Austausch einzelner Schlitten die Linearlagerung einfach an unterschiedliche Anforderungen, sowohl was die Dämpfung als auch was die Tragfähigkeit betrifft, angepasst werden kann.
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Der mindestens eine wälzgelagerte Schlitten der Linearlagerung ist mit Rollen als Wälzkörpern besonders zur Aufnahme hoher Lasten geeignet. Alternativ sind auch wälzgelagerte Schlitten mit Kugeln als Wälzkörpern verwendbar. Optional ist die Linearlagerung mit einem absoluten oder inkrementellen Längenmesssystem ausgerüstet. Weiter kann die Linearlagerung mit einem Antriebssystem verbunden sein.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
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1 eine Linearlagerung mit hydrostatisch gelagertem Schlitten sowie einem gesonderten, in Explosionsdarstellung gezeichneten, wälzgelagerten Schlitten,
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2 die Linearlagerung nach 1 in perspektivischer Ansicht.
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Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Linearlagerung umfasst eine Führungsschiene 2 sowie zwei verschiedenartige Schlitten 3, 4, nämlich einen wälzgelagerten Schlitten 3 und einen hydrostatisch gelagerten Schlitten 4. Die Geometrie der Führungsschiene 2 entspricht einer Standard-Profilschienenführung nach DIN 645-1.
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Die Bauform des hydrostatisch gelagerten Schlittens 4 entspricht der Bauform des Führungswagens der hydrostatischen Kompaktführung HLE 45 der Anmelderin. Der hydrostatisch gelagerte Schlitten 4 umfasst einen Druckölanschluss 5 sowie eine Ölabflussöffnung 6, welche sich in Kopfstücken 7, 8 des hydrostatisch gelagerten Schlittens 4 befinden.
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Zwischen dem hydrostatisch gelagerten Schlitten 4 und der Führungsschiene 2 sind Drucktaschen ausgebildet, welche über den Druckölanschluss 5 und in den Figuren nicht sichtbare, in das Kopfstück 7 integrierte Drosseln mit Hydrauliköl versorgt werden. Der hydrostatisch gelagerte Schlitten 4 wird mit Öl mit 100 bar Nenndruck betrieben. Die Durchflussmenge an Öl, welches den hydrostatisch gelagerten Schlitten 4 durchströmt, beträgt etwa ein Liter pro Minute. Das praktisch drucklos aus der Ölabflussöffnung 6 austretende Öl wird über eine Ölpumpe, welche zur Erzeugung eines Drucks von 150 bar ausgelegt ist, zum Druckölanschluss 5 zurückgefördert.
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Der wälzgelagerte Schlitten 3 arbeitet mit Rollen 9 als Wälzkörper. Die Rollen 9 sind in insgesamt vier Rollenumlaufschuhen 10 geführt. Hierbei handelt es sich beispielsweise um Rollenumlaufschuhe, welche unter der Bezeichnung RUS19105 oder PR14044 von der Anmelderin angeboten werden.
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Die verschiedenartigen Schlitten 3, 4 der Linearlagerung 1 sind mit einer nicht dargestellten gemeinsamen Last, beispielsweise in Form eines verfahrbaren Tisches einer Werkzeugmaschine, verbunden. Hierbei können mehrere der in den Figuren dargestellten Anordnungen zum Tragen einer gemeinsamen Last vorgesehen sein. Auf jeder Führungsschiene 2 können sich insgesamt zwei wälzgelagerte Schlitten 3 auf beiden Seiten jeweils eines hydrostatisch gelagerten Schlittens 4 befinden.
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Solange die Linearlagerung 1 nur gering belastet ist, wirkt ausschließlich oder zum weit überwiegenden Teil der hydrostatisch gelagerte Schlitten 4 als die Last tragendes Element der Linearlagerung 1. Der mindestens eine wälzgelagerte Schlitten 3 läuft in diesem Belastungszustand bei der Verschiebung der Last auf der Führungsschiene 2 lediglich unbelastet mit. Jegliche elastische Eigenschaften des wälzgelagerten Schlittens 3, insbesondere der Rollen 9, sind in einem solchen Zustand geringer Belastung daher irrelevant. Erst bei höherer, auf die Linearlagerung 1 wirkender Belastung tritt auch der wälzgelagerte Schlitten 3 in Funktion. Hierbei kommen die Vorteile des wälzgelagerten Schlittens 3 hinsichtlich Belastbarkeit und Steifigkeit voll zum Tragen, wobei der hydrostatisch gelagerte Schlitten 4 im Sinne eines Lagerungs- und Dämpfungselementes wirksam bleibt. Bei maximaler Belastung der Linearlagerung 1 wird der Hauptteil der Last vom wälzgelagerten Schlitten 3 getragen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linearlagerung
- 2
- Führungsschiene
- 3
- wälzgelagerter Schlitten
- 4
- hydrostatisch gelagerter Schlitten
- 5
- Druckölanschluss
- 6
- Ölabflussöffnung
- 7
- Kopfstück
- 8
- Kopfstück
- 9
- Rolle
- 10
- Rollenumlaufschuh
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013209294 B3 [0003]
- DE 10121794 A1 [0003]
- DE 4103672 C2 [0003]
- US 6086254 A [0005]
- DE 3326541 A1 [0006]
- DE 4237408 A1 [0007, 0007]
- DE 102005023998 A1 [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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