DE102021125338A1 - Method of manufacturing a linear guide assembly and linear guide assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Linearführungsanordnung (1) umfassend eine langgestreckte Führungsschiene (2) und mindestens ein metallisches Gleitelement (3) zum Gleiten in der Führungsschiene (2), wobei das Gleitelement (3) dadurch gebildet wird, dass ein Gleitelement-Grundkörper (3a) durch ein Metallpulverspritzgießverfahren oder ein 3D-Druckverfahren gebildet wird und dass der Gleitelement-Grundkörper (3a) und/oder die Führungsschiene (2), zumindest in einem Kontaktbereich zwischen dem Gleitelement (3) und der Führungsschiene (2), mit mindestens einer Beschichtung (4) in Form einer oxidischen, nitridischen, karbonitridischen oder karbidischen Hartstoffschicht und/oder einer amorphen Kohlenstoffschicht (4) beschichtet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine danach hergestelltes Linearführungsanordnung (1).The invention relates to a method for producing a linear guide arrangement (1) comprising an elongated guide rail (2) and at least one metallic sliding element (3) for sliding in the guide rail (2), the sliding element (3) being formed in that a sliding element Base body (3a) is formed by a metal powder injection molding process or a 3D printing process and that the sliding element base body (3a) and/or the guide rail (2), at least in a contact area between the sliding element (3) and the guide rail (2), with at least one coating (4) in the form of an oxidic, nitridic, carbonitridic or carbidic hard material layer and/or an amorphous carbon layer (4). The invention further relates to a linear guide arrangement (1) produced according to this.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Linearführungsanordnung umfassend eine langgestreckte Führungsschiene und mindestens ein metallisches Gleitelement zum Gleiten in der Führungsschiene. Die Erfindung betrifft weiterhin eine nach dem Verfahren hergestellte Linearführungsanordnung.The invention relates to a method for producing a linear guide arrangement comprising an elongate guide rail and at least one metallic sliding element for sliding in the guide rail. The invention further relates to a linear guide arrangement produced according to the method.
Solche Linearführungsanordnungen sind bereits aus der
Um hier Gleitelemente mit konstruktiv anspruchsvollen Querschnitten einsetzen zu können, ist ein hoher Bearbeitungsaufwand mit entsprechenden Kosten vorhanden. Insbesondere dünne Wandungsbereiche mit Wandstärken im Bereich kleiner 1mm sind aufwendig und kostspielig herzustellen.In order to be able to use sliding elements with structurally demanding cross-sections here, there is a high level of processing effort and associated costs. In particular, thin wall areas with wall thicknesses in the range of less than 1 mm are complicated and expensive to produce.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Linearführungsanordnung mit geringen Wandstärken im Bereich des Gleitelements anzugeben. Weiterhin soll eine nach dem Verfahren hergestellte Linearführungsanordnung bereitgestellt werden.It is therefore the object of the invention to specify a cost-effective method for producing a linear guide arrangement with small wall thicknesses in the area of the sliding element. Furthermore, a linear guide arrangement produced according to the method is to be provided.
Die Aufgabe wird für das Verfahren zur Herstellung einer Linearführungsanordnung umfassend eine langgestreckte Führungsschiene und mindestens ein metallisches Gleitelement zum Gleiten in der Führungsschiene dadurch gelöst, dass das Gleitelement dadurch gebildet wird, dass ein Gleitelement-Grundkörper durch ein Metallpulverspritzgießverfahren oder ein 3D-Druckverfahren gebildet wird und dass der Gleitelement-Grundkörper und/oder die Führungsschiene, zumindest in einem Kontaktbereich zwischen dem Gleitelement und der Führungsschiene, mit mindestens einer Beschichtung in Form einer oxidischen, nitridischen, karbonitridischen oder karbidischen Hartstoffschicht und/oder einer amorphen Kohlenstoffschicht beschichtet wird.The object is achieved for the method for producing a linear guide arrangement comprising an elongated guide rail and at least one metallic sliding element for sliding in the guide rail in that the sliding element is formed by forming a sliding element base body by means of a metal powder injection molding process or a 3D printing process and that the sliding element base body and/or the guide rail, at least in a contact area between the sliding element and the guide rail, is coated with at least one coating in the form of an oxidic, nitridic, carbonitridic or carbidic hard material layer and/or an amorphous carbon layer.
Mit einem solchen Verfahren lassen sich Gleitelemente mit filigranem Aufbau und konstruktiv anspruchsvollen Querschnitten kostensparend herstellen. Das benötigte Gleitverhalten des Gleitelements in der Führungsschiene ist aufgrund der vorhandenen, mindestens einen Beschichtung gewährleistet.With such a method, sliding elements with a filigree structure and structurally demanding cross-sections can be produced in a cost-effective manner. The required sliding behavior of the sliding element in the guide rail is ensured due to the presence of at least one coating.
Das Metallpulverspritzgießen, auch MIM-Verfahren (von Metal Injection Moulding, MIM), ist ein Urformverfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen komplexer Geometrie und hat seinen Ursprung in der Spritzgusstechnologie. Als MIM-Werkstoffe eignen sich prinzipiell alle Metalle oder Legierungen, die pulverförmig zur Verfügung stehen und gesintert werden können. Das Metallpulverspritzgießen ist ein Metallverarbeitungsprozess, bei dem das Metallpulver mit einem organischen Binder vermischt und dann auf einer Spritzgussmaschine in eine Form gespritzt wird. Anschließend wird das gebildete Bauteil entbindert, also der Binder entfernt, und bei hoher Temperatur gesintert. Man erhält ein rein metallisches Endprodukt, das die mechanischen Vorteile gesinterter Bauteile mit der großen Formgebungsvielfalt des Spritzgießens verbindet. Heute ist das MIM-Verfahren ein wirtschaftliches Fertigungsverfahren für Großserienprodukte, das aufgrund der derzeitigen Anlagenbeschränkungen vor allem bei der Herstellung kleiner bis mittelgroßer Bauteile mit eher komplexer Geometrie zur Anwendung kommt. Bei Anpassung der organischen Bindematrix, der Spritztemperatur und der Spritzformen sind auch Bauteile mit besonders geringen Wandstärken kleiner 1 mm, insbesondere kleiner 0,5mm, herstellbar (Micro-MIM-Verfahren).Metal powder injection molding, also known as the MIM process (from Metal Injection Molding, MIM), is a primary form process for the production of metallic components with complex geometries and has its origins in injection molding technology. In principle, all metals or alloys that are available in powder form and can be sintered are suitable as MIM materials. Metal injection molding is a metalworking process in which the metal powder is mixed with an organic binder and then injected into a mold on an injection molding machine. The component formed is then debound, i.e. the binder is removed, and sintered at high temperature. A purely metallic end product is obtained, which combines the mechanical advantages of sintered components with the great variety of shapes of injection moulding. Today, the MIM process is an economical manufacturing process for high-volume products that, due to the current system limitations, is mainly used for the production of small to medium-sized components with a rather complex geometry. By adapting the organic binding matrix, the injection temperature and the injection molds, components with particularly small wall thicknesses of less than 1 mm, in particular less than 0.5 mm, can also be produced (micro-MIM process).
Alternativ hat sich die Herstellung des Gleitelement-Grundkörpers in einem 3D-Druckverfahren wie bewährt. Auch hier sind Bauteile mit besonders geringen Wandstärken kleiner 1 mm, insbesondere kleiner 0,5mm, und komplexen Querschnitten herstellbar.Alternatively, the production of the sliding element base body in a 3D printing process has proven itself. Here, too, components with particularly small wall thicknesses of less than 1 mm, in particular less than 0.5 mm, and complex cross sections can be produced.
Eine Oberfläche des Gleitelement-Grundkörpers und/oder der Führungsschiene wird vorzugsweise vor einem Aufbringen der Beschichtung mittels eines Oberflächenglättverfahrens geglättet. Wird lediglich der Gleitelement-Grundkörper oder die Führungsschiene beschichtet, kann das unbeschichtete Bauteil ebenfalls geglättet werden. A surface of the sliding element base body and/or the guide rail is preferably smoothed by means of a surface smoothing process before the coating is applied. If only the basic body of the sliding element or the guide rail is coated, the uncoated component can also be smoothed.
Das Glätten erfolgt insbesondere derart, dass eine Rauigkeit Rz < 2 µm der zu beschichtenden Oberfläche oder einer Gleitfläche (unbeschichtet) vorliegt.The smoothing takes place in particular in such a way that the surface to be coated or a sliding surface (uncoated) has a roughness Rz <2 μm.
Das Glätten erfolgt bevorzugt durch ein Elektropolieren oder ein Bürsten oder ein Strömungsgleitschleifen oder ein Vibrationsgleitschleifen (siehe hierzu unter https://doerfler-schmidt.de/gleitschleifen-trowalisieren/vibrationsgleitschleifen/) oder ein Trommelgleitschleifen (siehe hierzu unter https://doerfler-schmidt.de/gleitschleifentrowalisieren/trommelgleitschleifen/) oder
ein Fliehkraftgleitschleifen (siehe hierzu unter https://doerfler-schmidt.de/gleitschleifen-trowalisieren/fliehkraftgleitschleifen/) oder ein Microstrahlen (siehe hierzu unter https://www.kufner-sandstrahl.de/mikrostrahlen).Smoothing is preferably done by electropolishing or brushing or flow grinding or vibration grinding (see https://doerfler-schmidt.de/gleitschleifen-trowalisiert/vibrationsgleitschleifen/) or drum grinding (see https://doerfler- schmidt.de/gleitschleifentrowalisiert/trommelgleitschleifen/) or
centrifugal slide grinding (see https://doerfler-schmidt.de/gleitschleifen-trowalisiert/fliehkraftgleitschleifen/) or microblasting (see https://www.kufner-sandstrahl.de/micro-beams).
Die auf einer geglätteten Oberfläche gebildete mindestens eine Beschichtung bildet die Oberflächenstruktur unmittelbar auf ihrer dem geglätteten Bauteil abgewandten Seite ab. Je glatter demnach die zu beschichtende Oberfläche des Gleitelement-Grundkörpers oder der Führungsschiene poliert wird, desto geringer und konstanter ist der Reibwert zwischen dem Gleitelement und der Führungsschiene.The at least one coating formed on a smoothed surface forms the surface structure directly on its side facing away from the smoothed component. Accordingly, the smoother the surface of the sliding element base body or the guide rail to be coated is polished, the lower and more constant is the coefficient of friction between the sliding element and the guide rail.
Die mindestens eine amorphe Kohlenstoffschicht (auch diamond-like coating DLC genannt) ist insbesondere eine Schicht aus der Gruppe umfassend
- - tetraedrische wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten (ta-C),
- - tetraedrische wasserstoffhaltige Kohlenstoffschichten (ta-C: H),
- - wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten (a-C),
- - wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H),
- - metallhaltige wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:Me),
- - metallhaltige wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschichten (a-C:H:Me),
- - eine mindestens ein Nichtmetall, beispielsweise in Form von Silizium, Sauerstoff, Stickstoff, Fluor oder Bor, enthaltende wasserstoffhaltige amorphe Kohlenstoffschicht (a-C:H:X).
- - tetrahedral hydrogen-free amorphous carbon layers (ta-C),
- - tetrahedral hydrogen-containing carbon layers (ta-C:H),
- - hydrogen-free amorphous carbon layers (aC),
- - hydrogen-containing amorphous carbon layers (aC:H),
- - metal-containing hydrogen-free amorphous carbon layers (aC:Me),
- - metal-containing hydrogen-containing amorphous carbon layers (aC:H:Me),
- - a hydrogen-containing amorphous carbon layer (aC:H:X) containing at least one nonmetal, for example in the form of silicon, oxygen, nitrogen, fluorine or boron.
Siehe zur Nomenklatur der Kohlenstoffschichten auch die VDI-Richtlinie 2840 aus Juni 2012.See also the VDI guideline 2840 from June 2012 for the nomenclature of the carbon layers.
Alternativ können oxidische, nitridische, karbonitridische oder karbidische Hartstoffschichten eingesetzt werden. Als nitridische Hartstoffschicht hat sich beispielsweise eine Beschichtung aus Titannitrid bewährt. Als oxidische Hartstoffschicht hat sich beispielsweise eine Beschichtung aus Al2O3 bewährt. Als karbonitridische Hartstoffschicht hat sich beispielsweise eine Beschichtung aus TiCN bewährt. Als karbidische Hartstoffschicht hat sich beispielsweise eine Beschichtung aus TiC oder CrC bewährt.Alternatively, oxidic, nitridic, carbonitridic or carbidic hard material layers can be used. A coating of titanium nitride, for example, has proven itself as a nitridic hard material layer. A coating of Al 2 O 3 , for example, has proven itself as an oxidic hard material layer. A coating made of TiCN, for example, has proven itself as a carbonitride hard material layer. A coating of TiC or CrC, for example, has proven itself as a carbidic hard material layer.
Besonders bevorzugt ist es, eine amorphe Kohlenstoffschicht in direktem Gleitkontakt mit einer oxidischen, nitridischen, karbonitridischen oder karbidischen HartstoffschichtIt is particularly preferred to have an amorphous carbon layer in direct sliding contact with an oxidic, nitridic, carbonitridic or carbidic hard material layer
Es können auch mehrere Hartstoffschichten und/oder amorphe Kohlenstoffschichten unterschiedlicher Zusammensetzung aufeinander gestapelt werden und auf den Gleitelement-Grundkörper und/oder die Führungsschiene aufgebracht werden. Zur Ausbildung der mindestens einen Beschichtung wird bevorzugt ein PVD- oder ein CVD- oder ein PA-CVD-Verfahren (PVD: physical vapour deposition; CVD: chemical vapour deposition; PA-CVD: plasma-assisted CVD) eingesetzt.It is also possible for several hard material layers and/or amorphous carbon layers of different composition to be stacked on top of one another and applied to the sliding element base body and/or the guide rail. A PVD or a CVD or a PA-CVD method (PVD: physical vapor deposition; CVD: chemical vapor deposition; PA-CVD: plasma-assisted CVD) is preferably used to form the at least one coating.
Die mindestens eine Beschichtung wird/ist dabei bevorzugt in einer Schichtdicke im Bereich von 0,4 bis 15 µm ausgebildet.The at least one coating is/is preferably formed in a layer thickness in the range from 0.4 to 15 μm.
Die Führungsschiene wird bevorzugt durch spanende Bearbeitung hergestellt, kann aber auch durch Metallpulverspritzgießen mit spanender Nachbearbeitungausgebildet werden.The guide rail is preferably manufactured by machining, but can also be formed by metal injection molding with subsequent machining.
Die Aufgabe wird weiterhin für die Linearführungsanordnung, hergestellt gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren, gelöst, umfassend eine langgestreckte Führungsschiene und mindestens ein metallisches Gleitelement zum Gleiten in der Führungsschiene, wobei das Gleitelement zumindest in einem Teilbereich eine Wandstärke von kleiner als 1 mm, insbesondere kleiner als 0,5mm, aufweist.
Der Gleitelement-Grundkörper ist bevorzugt aus Edelstahl gebildet. Damit ist die Linearführungsanordnung auch zur Anwendung in der Lebensmittelindustrie und der Medizintechnik einsetzbar.The object is also achieved for the linear guide arrangement, produced according to the method according to the invention, comprising an elongate guide rail and at least one metallic sliding element for sliding in the guide rail, the sliding element having a wall thickness of less than 1 mm, in particular less than 0 .5mm.
The sliding element base body is preferably made of stainless steel. The linear guide arrangement can therefore also be used in the food industry and in medical technology.
Die Führungsschiene ist vorzugsweise aus Metall und/oder Kunststoff gebildet. Insbesondere ist die Führungsschiene ebenfalls aus Edelstahl gebildet.The guide rail is preferably made of metal and/or plastic. In particular, the guide rail is also made of stainless steel.
Die
-
1 eine dreidimensionale Ansicht einer Linearführungsanordnung, -
2 einen Querschnitt durch das Gleitelement gemäß1 , -
3 eine dreidimensionale Ansicht einer weiteren Linearführungsanordnung, und -
4 einen Querschnitt durch das Gleitelement gemäß3 .
-
1 a three-dimensional view of a linear guide arrangement, -
2 according to a cross section through the sliding element1 , -
3 a three-dimensional view of another linear guide arrangement, and -
4 according to a cross section through the slidingelement 3 .
Sofern die Führungsschiene 2 im Kontaktbereich zum Gleitelement 2 eine Beschichtung aufweist, insbesondere in Form einer amorphen Kohlenstoffschicht, steht diese in direktem Kontakt zur Beschichtung 4 auf dem Gleitelement-Grundkörper 3a, so dass Beschichtung gegen Beschichtung gleiten kann.If the
Die
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Linearführungsanordnunglinear guide assembly
- 22
- Führungsschieneguide rail
- 33
- Gleitelementsliding element
- 3a3a
- Gleitelement-GrundkörperSliding element body
- 44
- Beschichtungcoating
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 19917642 C1 [0002]DE 19917642 C1 [0002]
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- 2021-09-30 DE DE102021125338.1A patent/DE102021125338A1/en not_active Ceased
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R003 | Refusal decision now final |