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Die Erfindung betrifft einen zur Verwendung als Komponente eines Linearwälzlagers ausgebildeten Führungswagen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines Linearwälzlagers.
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Ein gattungsgemäßer Führungswagen ist beispielsweise aus der
DE 10 2009 016 163 A1 bekannt. Der bekannte Führungswagen umfasst eine Schmiervorrichtung, welche eine Mikropumpe zum Pumpen von Schmierstoff aufweist. Die Mikropumpe kann als piezoelektrische Membranpumpe ausgeführt sein.
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Das Dokument
DE 10 2010 007 646 A1 offenbart eine weitere Ausführungsform eines Linearführungswagen, in den eine Mikropumpe zur Förderung von Schmierstoff eingebaut ist. In diesem Fall weist der Führungswagen zusätzlich Sensoren, insbesondere in Form von Dehnungsmessstreifen oder Piezoelementen, auf. Derartige Sensoren ermöglichen die Erfassung einer Lagerbelastung.
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Die
DE 10 2006 055 196 A1 zeigt eine Möglichkeit, innerhalb eines Führungswagens einer Linearführungseinheit Schmiermittel in einen Rücklaufabschnitt eines Umlaufkanals für Wälzkörper einzuleiten. Die Zuleitung des Schmierstoffs erfolgt über eine Dichtung, welche als Ventil ausgebildet ist, um ein Leerlaufen eines Schmiermittelkanals, welcher an den Umlaufkanal angeschlossen ist, zu verhindern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber dem genannten Stand der Technik weiterentwickelte Möglichkeiten der Schmierung eines Linearwälzlagers anzugeben, welche sich durch ein besonders günstiges Verhältnis zwischen apparativem Aufwand sowie Wartungsaufwand einerseits und erzielbarem Schmierungsergebnis andererseits auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen für die Verwendung in einem Linearwälzlager vorgesehenen Führungswagen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Linearwälzlagers gemäß Anspruch 7. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Betriebsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt den Linearführungswagen, und umgekehrt.
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Der Führungswagen umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption einen zur Lagerung auf einer Führungsschiene vorgesehenen Tragkörper und eine Schmiervorrichtung, welche ein Schmiermittelreservoir und eine Vorrichtung zur Förderung von Schmierstoff aufweist. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung zur Förderung von Schmierstoff eine zur Verkleinerung des Volumens des Schmiermittelreservoirs ausgebildete Gasentwicklungszelle.
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Das Linearwälzlager ist insgesamt beispielsweise als Profilschienenführung ausgebildet. Hinsichtlich des möglichen Aufbaus einer Profilschienenführung wird beispielhaft auf die
EP 1 612 436 B1 hingewiesen. Der erfindungsgemäße Führungswagen kann entweder mit Rollen oder mit Kugeln als Wälzkörpern arbeiten. In allen Fällen werden die Wälzkörper beim Betrieb des Linearwälzlagers vorzugsweise in ringförmig geschlossenen Umlaufkanälen geführt. Der Verschiebeweg des Führungswagens unterliegt somit keinen prinzipiellen Beschränkungen.
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Alternativ kann es sich bei dem Linearwälzlager zum Beispiel um eine Laufrollenführung handeln. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die Dokumente
DE 196 15 465 B4 und
DE 10 2014 213 337 A1 hingewiesen.
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Ein Beispiel einer Gasentwicklungszelle, welche für die Verwendung in dem Führungswagen in Betracht kommt, ist in der
EP 2 337 124 B1 beschrieben. Es handelt sich hierbei um eine quecksilberfreie Wasserstoffentwicklungszelle. Prinzipiell sind jegliche Bauformen von elektrochemischen Gasgeneratoren für die Verwendung als Gasentwicklungszelle in dem Führungswagen geeignet, wobei Bauformen bevorzugt sind, die - anders als Gasgeneratoren für Airbags - für die langsame Generierung eines Gases ausgebildet sind, so dass das Auslösen der Gasentwicklungszelle nicht mit einem Knall verbunden ist.
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Das durch die Gasentwicklungszelle erzeugte Gas kann beispielsweise durch eine Membran von dem im Schmiermittelreservoir enthaltenen Schmiermittel separiert sein. Vorzugsweise ist ein durch die Gasentwicklungszelle mit Gas befüllbares Volumen durch mindestens einen Kolben vom Schmiermittelreservoir getrennt. Bei der Auslösung der Gasentwicklungszelle wird der Kolben verschoben, womit Schmiermittel gefördert wird.
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Gemäß einer möglichen Ausgestaltung wirken mit der Gasentwicklungszelle zwei Kolben zusammen, wobei die beiden Kolben zur Förderung von Schmierstoff in einander entgegengesetzten Richtungen ausgebildet sind. Schmierstoff wird auf diese Weise bevorzugt den nahe den Stirnseiten des Führungswagens angeordneten Umlenkbereichen der Umlaufkanäle zugeführt. Dies hat den Vorteil, dass selbst dann eine vollständige Schmierung des Wälzkörperumlaufs erzielt wird, wenn der Führungswagen lediglich mit geringen Hüben, insbesondere Wegen, die kürzer als die Länge des Führungswagens sind, auf der Führungsschiene der Linearwälzlagers bewegt wird.
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Unabhängig davon, wie viele Kolben oder Membranen mit der Gasentwicklungszelle zusammenwirken, ist die Gasentwicklungszelle in einer möglichen Bauform von der der Führungsschiene abgewandten Oberseite des Tragkörpers aus auf diesen aufgesetzt oder in diesen eingesetzt. Diese Bauform zeichnet sich durch eine besonders gute Zugänglichkeit der Gasentwicklungszelle aus. Zudem bietet sie konstruktiv einfache Möglichkeiten, generiertes Gas innerhalb des Tragkörpers in verschiedene Richtungen zu verteilen. Dies gilt auch für Varianten, in denen die Gasentwicklungszelle von einer senkrecht zur Oberseite ausgerichteten Seitenfläche des Tragkörpers aus auf diesen aufgesetzt oder in diesen eingesetzt ist.
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Durch die Gasgenerierung verlagerbare Elemente, wie Kolben, Stößel oder Dichtscheiben, die für den Transport von Schmiermittel genutzt werden, sind vorzugsweise derart gestaltet und im Tragkörper angeordnet, dass sämtliche Wege der Schmiermittelförderung im Fall der Auslösung der Gasentwicklungszelle mit zumindest annähernd gleichen Volumenströmen zum gesamten Volumenstrom, der aus dem Schmiermittelreservoir herausgedrückt wird, beitragen.
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Gemäß einer alternativen Bauform ist die Gasentwicklungszelle in einem stirnseitig an den Tragkörper angesetzten Kopfstück angeordnet. Ebenso ist es möglich, in jedem Kopfstück des Führungswagens mindestens eine Gasentwicklungszelle anzuordnen. Jede Gasentwicklungszelle kann, auch bei Anordnung auf der Oberseite des Tragkörpers, zugleich als gegen Gasdruck abdichtendes Element ausgebildet sein. Die Gasentwicklungszelle, welche typischerweise knopfförmig gestaltet ist, ist beispielsweise in den Tragkörper oder in das Kopfstück eingeschraubt.
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Bei jeglicher Anordnung der Gasentwicklungszelle oder Gasentwicklungszellen ist das Linearwälzlager folgendermaßen betreibbar:
- - Bereitstellung eines Führungswagens, welcher ein Schmiermittelreservoir sowie eine Schmiermittelfördervorrichtung einschließlich einer Gasentwicklungszelle aufweist,
- - Befüllung des Schmiermittelreservoirs mit Schmierstoff,
- - Montage des Führungswagens auf einer Führungsschiene,
- - Auslösung der Gasentwicklungszelle.
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Hierbei ist nicht festgelegt, nach welchem Verfahrensschritt die Befüllung des Schmiermittelreservoirs mit Schmierstoff erfolgt. So ist es zum Beispiel möglich, erst nach vollständiger Montage des Führungswagens Schmierstoff, insbesondere Fett, in diesen einzufüllen. Alternativ kann die Befüllung des Führungswagens mit Schierstoff bereits bei teilmontiertem Führungswagen erfolgen.
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Die Gasentwicklungszelle ist vorzugsweise derart in den Führungswagen eingebaut, dass sie nach deren Auslösung ohne Demontage sonstiger Komponenten des Linearwälzlagers ausgetauscht und das Schmiermittelreservoir wieder befüllt werden kann. Hierbei ist es möglich, komplette Austauschsätze als Treibsysteme bereitzuhalten, welche einen Schmierstoffvorrat und eine Gasentwicklungszelle beinhalten, wobei ein Austauschsatz als Ganzes in den Führungswagen eingesetzt werden kann.
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Im Vergleich zu Schmierungssystemen, welche einen Energiespeicher und eine Pumpe umfassen, zeichnet sich die mit einer Gasentwicklungszelle arbeitende Schmiervorrichtung des Führungswagens durch eine besonders kompakte Bauart aus.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Linearführungswagens in Explosionsdarstellung,
- 2 in einer Schnittdarstellung einen gegenüber dem Ausführungsbeispiel nach 1 modifizierten Linearführungswagen,
- 3 ein Linearwälzlager einschließlich des Linearführungswagens nach 2 in einer weiteren Schnittdarstellung,
- 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Linearführungswagens,
- 5 ein hydraulisches Ersatzschaltbild des Linearführungswagens nach 2, welches das Auslösen einer Gasentwicklungszelle zur Nachschmierung zeigt,
- 6 in einer Darstellung analog 5 die erneute Befüllung eines Schmiermittelreservoirs des Linearführungswagens nach 2 mit Schmiermittel.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen
1 gekennzeichneter Linearführungswagen, kurz als Führungswagen bezeichnet, ist zur Verwendung in einer Linearführung vorgesehen, deren grundsätzliche Funktion aus der
DE 10 2017 118 848 A1 bekannt ist. Der Linearführungswagen
1 weist einen Tragkörper
2 auf, der auf eine Führungsschiene
15 aufgesetzt ist, wobei zwischen der Führungsschiene
15 und dem Tragkörper
2 Kugeln
3 als Wälzkörper abrollen. Die Kugeln
3 sind in mehreren geschlossenen Umlaufkanälen geführt, wobei jeder Umlaufkanal einen Rücklaufkanal
4 innerhalb des Linearführungswagens
1 umfasst. An dem Tragkörper
2 sind Kopfstücke
5 mit Hilfe von Schrauben
6 befestigt. Zwischen den Tragkörper
2 und die Kopfstücke
5 sind Zwischenstücke
7 eingesetzt, welche insbesondere zur Umlenkung der Wälzkörper
3 benötigt werden. Ferner sind stirnseitige Dichtsätze
8 und längsseitige Dichtsätze
9 vorhanden.
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Parallel zu den Rücklaufkanälen 4 durchziehen im Ausführungsbeispiel nach 1 mehrere Bohrungen 10, welche einheitlich dimensioniert sind, den Tragkörper 2. In den anderen Fällen (2 und 3, 4) ist lediglich eine einzige solche Bohrung 10, die im Vergleich zur Bauform nach 1 jedoch einen größeren Durchmesser hat, vorhanden. In den Bohrungen 10 beziehungsweise der Bohrung 10 befindet sich ein Schmierfett als Schmiermittel 11. Damit ist durch jede Bohrung 10 ein Schmiermittelreservoir 12 gebildet. Der Durchmesser der Bohrungen 10 entspricht ausschließlich im Ausführungsbeispiel nach 1 dem Durchmesser der Rücklaufkanäle 4. Das Schmiermittelreservoir 12 ist Teil einer Schmiervorrichtung 13.
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Um Schmiermittel 11, das heißt Fett, beim Betrieb des Linearwälzlagers aus dem Schmiermittelreservoir 12 herauszudrücken und damit den Wälzkontakten zuzuführen, ist eine Schmiermittelfördervorrichtung 14 vorgesehen, welche ebenfalls der Schmiervorrichtung 13 zuzurechnen ist. Kernkomponente der Schmiermittelfördervorrichtung 14 ist eine elektrochemische Gasentwicklungszelle 16. Die in allen Ausführungsbeispielen knopfförmige Gasentwicklungszelle 16 ist dazu ausgebildet, einen Druckraum 17 mit einem Gasdruck pG zu beaufschlagen. Der Druckraum 17 ist auf einer Seite durch die Gasentwicklungszelle 16, optional mit Hilfe einer gesonderten, nicht dargestellten Dichtung, gasdicht abgeschlossen. Ferner ist der Druckraum 17 durch mindestens einen Kolben 18, 19 abgedichtet. Der Kolben 18, 19 stellt eine verschiebbare Begrenzung des Schmiermittelreservoirs 12 dar. Zum Rücklaufkanal 4 hin ist aus dem Schmiermittelreservoir 12 - sofern in dieses kein Schmiermittel 11 nachgefüllt wird - ein Weg für den Durchfluss von Schmiermittel 11 freigegeben.
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In den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 3 befindet sich die Gasentwicklungszelle 16 in einem der beiden Kopfstücke 5 und ist von der Stirnseite des Linearführungswagens 1 aus zugänglich. Diese Konstruktion ist insbesondere in Anwendungsfällen sinnvoll, in denen die Oberseite des Linearführungswagens 1 nicht ohne Demontage weiterer Maschinenelemente, etwa eines verfahrbaren, auf dem Linearführungswagen 1 montierten Tisches, zugänglich ist. Als Oberseite des Linearführungswagens 1 wird unabhängig von der Einbaulage der Linearführung die in den 1 bis 4 oben angeordnete, der Führungsschiene 15 abgewandte Seite des Linearführungswagens 1 bezeichnet.
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Im Ausführungsbeispiel nach 4 wirkt die Gasentwicklungszelle 16 mit zwei Kolben 18, 19 zusammen. Jeder Kolben 18, 19 begrenzt ein gesondertes Schmiermittelreservoir 12. Die beiden Schmiermittelreservoirs 12 sind durch eine einzige Bohrung 10 gebildet, wobei sich in der Mitte der Bohrung 10, zwischen den Kolben 18, 19, ein durch den Tragkörper 2 gebildeter Anschlag 21, das heißt eine Verjüngung der Bohrung 10, befindet. Der Anschlag 21 sorgt dafür, dass die Kolben 18, 19 in jedem Betriebszustand voneinander beabstandet bleiben, so dass durch die Gasentwicklungszelle 16 erzeugtes Gas zwischen die Kolben 18, 19 strömen und diese in entgegengesetzte Richtungen, jeweils in Richtung zu einer Stirnseite des Tragkörpers 2, treiben kann. Das Gas wird hierbei durch eine im Tragkörper 2 befindliche, senkrecht zur Führungsschiene 15 ausgerichtete Bohrung 20, die in die in Längsrichtung des Führungswagens 1 verlaufende Bohrung 10 mündet, geleitet. Die Gasentwicklungszelle 16, durch welche die Bohrung 20 an der Oberseite des Tragkörpers 2 abgeschlossen ist, kann - anders als in 4 dargestellt - in den Tragkörper 2 versenkt sein.
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Die 5 veranschaulicht das Auslösen der Gasentwicklungszelle 16 des Linearführungswagens 1 mach 3. Der durch die Gasentwicklungszelle 16 aufgebaute Gasdruck pG wirkt auf den Kolben 18, womit das Volumen des Schmiermittelreservoirs 12 verkleinert wird. Aus dem Schmiermittelreservoir 12 austretendes Schmiermittel wird durch ein in 3 nicht sichtbares Rückschlagventil 22 hindurch den Wälzkörpern 3 zugeführt. Ein weiteres, gesteuertes Rückschlagventil 23 bleibt bei diesem Vorgang geschlossen .
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Nachdem der Vorrat an Schmiermittel 11 verbraucht ist und die Gasentwicklungszelle 16 vom Linearführungswagen 1 entfernt wurde, kann das Schmiermittelreservoir 12, wie in 6 veranschaulicht ist, wieder befüllt werden. Zu diesem Zweck wird an das gesteuerte Rückschlagventil 23 eine Fettpresse 25 als Schmierstoffgeber angeschlossen. Ein durch die Fettpresse 25 erzeugter Steuerdruck ps wird über eine Drucksteuerleitung 24 derart auf das Rückschlagventil 22 aufgebracht, dass dieses geschlossen bleibt. Gleichzeitig öffnet das gesteuerte Rückschlagventil 23, so dass Schmiermittel 11 aus der Fettpresse 25 in das Schmiermittelreservoir 12 fließt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linearführungswagen
- 2
- Tragkörper
- 3
- Wälzkörper
- 4
- Rücklaufkanal
- 5
- Kopfstück
- 6
- Schraube
- 7
- Zwischenstück
- 8
- stirnseitiger Dichtsatz
- 9
- längsseitger Dichtsatz
- 10
- Bohrung
- 11
- Schmiermittel
- 12
- Schmiermittelreservoir
- 13
- Schmiervorrichtung
- 14
- Schmiermittelfördervorrichtung
- 15
- Führungsschiene
- 16
- Gasentwicklungszelle
- 17
- Druckraum
- 18
- Kolben
- 19
- Kolben
- 20
- Bohrung
- 21
- Anschlag
- 22
- Rückschlagventil
- 23
- Rückschlagventil, schaltbar
- 24
- Drucksteuerleitung
- 25
- Schmierstoffgeber, Fettpresse
- pG
- Gasdruck
- ps
- Steuerdruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009016163 A1 [0002]
- DE 102010007646 A1 [0003]
- DE 102006055196 A1 [0004]
- EP 1612436 B1 [0008]
- DE 19615465 B4 [0009]
- DE 102014213337 A1 [0009]
- EP 2337124 B1 [0010]
- DE 102017118848 A1 [0022]
