DE202004002258U1

DE202004002258U1 - Linearbewegungssystem

Info

Publication number: DE202004002258U1
Application number: DE202004002258U
Authority: DE
Original assignee: Schneeberger Holding AG
Current assignee: Schneeberger Holding AG
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2004-02-09
Publication date: 2004-05-19
Anticipated expiration: 2014-02-10

Abstract

Linearbewegungssystem zur Ausführung von relativen Bewegungen zwischen zumindest zwei Führungskörpern entlang einer Führungsstrecke, umfassend
einen sich entlang der Führungsstrecke erstreckende ersten Führungskörper, an dem zumindest eine erste Tragfläche vorgesehen ist,
einen zweiten sich ebenfalls entlang der Führungsstrecke erstreckenden Führungskörper, an dem zumindest eine zweite Tragfläche vorgesehen ist,
Wälzkörper, die sich zumindest temporär zwischen den beiden Führungskörpern befinden und über die Tragflächen mit diesen in Kontakt sind, wobei
zumindest einer der Führungskörper mit einem Einsatz versehen ist, an dem zumindest eine seiner Tragflächen ausgebildet ist, wobei der Einsatz einen Werkstoff aufweist, der eine grössere Wälzfestigkeit hat, als ein Grundkörper, in dem der Einsatz befestigt ist, und vorzugsweise der Grundkörper ein spezifisches Gewicht aufweist, das kleiner ist als das spezifische Gewicht des Einsatzes,
dadurch gekennzeichnet, dass
der zumindest eine Einsatz (21, 56, 58) mittels einer kombinierten Klebe-/Einpressverbindung an einem der Führungskörper (3, 4) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Linearbewegungssystem zur Ausführung von relativen Bewegungen zwischen zumindest zwei Führungskörpern entlang einer Führungsstrecke, umfassend einen sich entlang der Führungsstrecke erstreckenden ersten Führungskörper, an dem zumindest eine erste Kontaktfläche vorgesehen ist, einen zweiten sich ebenfalls entlang der Führungsstrecke erstreckenden Führungskörper, an dem zumindest eine zweite Kontaktfläche vorgesehen ist, Wälzkörper, die sich zumindest temporär zwischen den beiden Führungskörpern befinden und über die Tragflächen mit diesen in Kontakt sind, wobei zumindest einer der Führungskörper mit einem Einsatz versehen ist, an dem zumindest eine seiner Tragflächen ausgebildet ist. Der Einsatz weist einen Werkstoff aufweist, der eine grössere Wälzfestigkeit hat als ein Grundkörper, in dem der Einsatz befestigt ist. Der bzw. die Werkstoffe des Grundkörper sollten vorzugsweise ein spezifisches Gewicht aufweisen, das kleiner ist als das spezifische Gewicht des Einsatzes.
Im Zusammenhang mit der Erfindung kann unter Wälzfestigkeit die Anzahl von Überrollungen verstanden werden, die mit diesem Werkstoff unter definierten, für lineare Wälzlager typische Bedingungen (Flächenpressung, Kontaktgeometrie, Oberflächenqualität, Schmierung) bis zum Auftreten von definierten Ausfallkriterien erreicht werden. Bei Stahl als Werkstoff der Tragflächen ist das Ausfallkriterium üblicherweise das Einsetzen von Grübchenbildung (Pitting). Ein anderes mögliches Ausfallkriterium wäre z.B. die Zunahme der transversalen Hubpulsationen um einen bestimmten Faktor.
Linearbewegungsführungen werden zur Ausführung von geradlinigen Bewegungen von Maschinen- oder Anlagenkomponenten eingesetzt. Hierbei gibt es zwei grundsätzlich unterschiedliche Bauformen, nämlich solche, bei denen die Wälzkörper sich in einem oder mehreren Endlos-Umläufen befinden oder bei denen die Wälzkörper in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind. Bei letzter Ausführungsform befinden sich in der Regel stets sämtliche Wälzkörper in Kontakt mit beiden Führungskörpern. In der Ausführungsform mit Wälzkörperumlauf ist stets nur ein Teil der Wälzkörper mit beiden Führungskörpern in Kontakt. Die Erfindung bezieht sich auf beide Ausführungsformen.
Herkömmliche Linearbewegungsführungen bestehen in den meisten Fällen ausschliesslich oder zumindest nahezu ausschliesslich aus Stahl. Dieser Werkstoff hat sich vor allem in Bezug auf die Kriterien Wälzfestigkeit, E-Modul und Verarbeitbarkeit für die meisten Anwendungsfälle bewährt. Allerdings weist Stahl auch ein hohes spezifisches Gewicht auf. Dieses äussert sich vor allem dann als nachteilig, wenn mit Linearbewegungssystemen hochdynamische Bewegungen ausgeführt werden sollen. Die sich aus dem hohen spezifischen Gewicht ergebende hohe Masse lässt entweder die angestrebte hohe Dynamik erst gar nicht zu oder macht sehr starke Antriebe erforderlich. Das hohe Gewicht erschwert zudem die Erzielung von hohen Positioniergenauigkeiten.
Es sind deshalb bereits auch andere Werkstoffe vorgeschlagen worden, die für Linearbewegungsführungen von Produktions- oder Handhabungsmaschinen eingesetzt werden können. So wird in der WO 01/39924 A2 vorgeschlagen, mit einem Verbundwerkstoff einen Grundkörper der Führungsschiene auszubilden. Der Verbundwerkstoff soll ein deutlich geringeres Gewicht aufweisen als Stahl. Gemäss der WO 01/39924 sind die Tragflächen an einem Einsatz ausgebildet, der aus Stahl erzeugt ist.
Die Tragflächen der Schiene werden im Einsatz einer Linearführung üblicherweise mechanisch hoch belastet. Zudem ist zu berücksichtigen, dass die Tragflächen erheblichen Einfluss auf die Genauigkeit einer Führung haben. Die WO 01/39924 A2 schlägt nun vor, die Befestigung der Einsätze durch eine der Befestigungsarten wie Klebung, Klemmung oder durch mechanische Befestigungsmittel zu erzeugen.
Einpressen hat jedoch den Nachteil, dass sich hiermit nicht mit ausreichender Sicherheit eine satte Auflage der Einsätze auf den systemseitigen Flächen des Presssitzes erzielen lässt. Es besteht die Gefahr von zumindest lokalen Spalten zwischen dem Einsatz und den schienenseitigen Flächen. Diese wiederum können zu einer zumindest lokalen Reduktion der Steifigkeit der Führung führen, die wiederum eine verminderte Führungsgenauigkeit und eventuell auch Tragfähigkeit der Linearführung zur Folge haben kann.
Eine Klebeverbindung benötigt in der Regel eine minimale Schichtdicke eines Klebemittels. Es ist bereits äusserst schwierig, eine konstante Dicke von beispielsweise 20 μm reproduzierbar herzustellen. Aber selbst diese geringen Schichtdicken bewirken eine Reduzierung der Steifigkeit der Führung, da Klebemittel stets einen deutlich geringeren E-Modul aufweisen als Stahl oder andere Werkstoffe, die mit dem Klebemittel verbunden werden. Ein weiteres Problem ist darin zu sehen, dass in der Klebeschicht Lufteinschlüsse entstehen können, die ebenfalls zu einer reduzierten Steifigkeit der Führung beitragen.
Mechanische Befestigungen unter Zuhilfenahme von Befestigungshilfsmitteln, wie Schrauben und dergleichen, haben den Nachteil, dass hierzu zusätzliche Bohrungen erforderlich sind. Diese Bohrungen müssten im Bereich der hochpräzisen Tragflächen vorgesehen sein, was unweigerlich zu einer erhöhten Geräuschentwicklung der Führung und zu einer verringerten Führungsgenauigkeit und Tragfähigkeit führen würde. Sollen die Tragflächen nicht beeinträchtigt werden, müssten die Einsätze deutlich massiver gestaltet werden, um dennoch Bohrungen für die Befestigungsmittel vorsehen zu können.
In der EP-A-0 707 922 wird als Befestigungsverfahren wahlweise das Einpressen oder, dort deutlich als alternativ, ein Einkleben vorgeschlagen. Diesen nächstliegende Stand der Technik wird es durch die vorliegende Erfindung zu verbessern gelten.
Auch bereits vorgeschlagene Befestigungsverfahren unter Benutzung von Wärmeenergie, wie beispielsweise Schweissen und Löten, können nicht überzeugen. So sind diese Befestigungsverfahren ohnehin nur bedingt anwendbar, da sie einen geeigneten Werkstoff voraussetzen. Die beispielsweise beim Schweissen zugeführte Wärme kann eine ungünstige Gefügeveränderung des Einsatzes bewirken. Zumindest bei bestimmten Lötverfahren ist zu bezweifeln, dass hiermit eine ausreichende Festigkeit der Verbindung erzielbar ist. Ausserdem besteht bei Lötverbindungen die Gefahr von Lufteinschlüssen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Führung zu schaffen, die bei möglichst geringem Gewicht sowohl eine hohe Tragfähigkeit als auch eine hohe Steifigkeit aufweist.
Die Aufgabe wird bei einer Führung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der zumindest eine Einsatz mittels einer kombinierten Klebe-/Einpressverbindung an einem der Führungskörper befestigt ist.
Im Zusammenhang mit der Erfindung können für den Grundkörper sämtliche Werkstoffe eingesetzt werden, die ein im Vergleich zu Stahl geringes spezifisches Gewicht haben und dennoch einen ausreichenden E-Modul und eine ausreichende Festigkeit für die Aufnahme der auftretenden Belastungen aufweisen. Es kommen deshalb vor allem Leichtmetalllegierungen, Metall- Matrix-Verbundwerkstoffe sowie mit Kohlefasern und/oder Glasfasern verstärkte Kunststoffe in Betracht. Die Werkstoffe für die Einsätze werden in erster Linie nach den Kriterien einer hohen Wälzfestigkeit, die auch einen ausreichenden Widerstand gegen hohe Flächenpressungen umfasst, ausgewählt. Es eignen sich Werkstoffe wie Wälzlagerstähle oder einige keramische Werkstoffe, die vor allem Siliziumnitrid oder Zirkonoxid aufweisen können. Siliziumnitrid kann einzeln oder in Kombination miteinander Magnesiumoxid, Yttriumoxid oder Aluminiumoxid zugegeben sein. Werkstoffe auf Basis von Zirkonoxid können ebenfalls einzeln oder in Kombination miteinander Yttriumoxid oder Aluminiumoxid aufweisen. Da jedoch vor allem Wälzlagerstähle das zuvor genannte Kriterium erfüllen, haben die Einsätze in der Regel ein höheres spezifisches Gewicht als die Grundkörper.
Durch die Kombination der beiden Verbindungstechniken Kleben und Einpressen ist es möglich, die entscheidenden Nachteile der einzelnen Verbindungstechniken zu vermeiden und im wesentlichen nur deren Vorteile zu nutzen. So ermöglicht das der Erfindung zu Grunde liegende Verfahren gerade die Bereiche mit einem Klebemittel zu versehen, die beim blossen Einpressen nicht flächig aufeinander zu liegen kommen würden. Dies wirkt sich steifigkeitserhöhend aus. Andererseits ist es erfindungsgemäss zumindest so lange nicht zwingend erforderlich, konstante Klebemittelschichtdicken aufzutragen, wie die Schichtdicken sehr dünn sind. Die Schichtdicken ergeben sich aufgrund des Einpressens von selbst. Sie können durch das Einpressen geringer ausfallen, als dies bei einer Verbindung nur durch Kleben möglich wäre. Damit lässt sich mit einer Anwendung beider Verbindungstechniken eine Festigkeit der Verbindung erzielen, die über den Festigkeiten liegt, die mit jeder einzelnen Verbindungstechnik erzielbar wäre.
Die Führungskörper können in vorteilhafter Weise Strukturteile einer Maschine sein. Unter einem Strukturteil kann ein Bauteil verstanden werden, das in einer Maschine eine bestimmte Funktion zu erfüllen hat und vor allem aufgrund dieser Funktion gestaltet ist. Im Unterschied zu herkömmlichen Linearbewegungssystemen, bei denen üblicherweise auf ein Strukturteil eine Führungsschiene aufgeschraubt wird, können erfindungsgemäss die Tragflächen in das Strukturteil in Form der Einsätze integriert werden. Somit kann nicht nur Gewicht sondern auch Bauvolumen eingespart werden. Insbesondere in Abhängigkeit von den durch die Strukturteile in der Maschine zu erfüllenden Aufgaben, können im Zusammenhang mit der Erfindung Strukturteile mit sehr unterschiedlichen geometrischen Formen vorgesehen sein.
Erfindungsgemässe Vorteile lassen sich aber bereits mit Lösungen erzielen, bei denen eine Führungsschiene einen Grundkörper aus einer Leichtmetalllegierung oder einem Metall-Matrix-Verbundwerkstoff aufweist, in den zumindest ein Tragflächeneinsatz aus einem Material mit hoher Wälzfestigkeit eingesetzt ist. Auch so kann, verglichen mit einer konventionellen Führungsschiene aus Wälzlagerstahl, bereits eine beträchtliche Massenreduktion bei dennoch vorhandener guter Steifigkeit erzielt werden. Es besteht so auch die Möglichkeit, die Vorspannung des Linearführungssystems auf einfache und variable Weise mit Zustellschrauben einzustellen. Bei direkt in die Strukturteile eingelassenen Einsätzen kann die Vorspannung über die Sortierung der Durchmesser der Wälzkörper erfolgen.
Bei erfindungsgemässen Linearbewegungssystemen können sowohl nur einer der Führungskörper als auch zwei oder mehrere Führungskörper zueinander bewegbar sein. Mit Vorteil kann jeder Führungskörper mit zumindest einem Grundkörper und einem oder mehreren daran angeordneten Einsätzen versehen sein, der Bewegungen ausführen soll.
In einer bevorzugten Ausführungsform sollte eine geringste Dicke des Einsatzes 1 mm, vorzugsweise 2 mm, nicht unterschreiten. Mit dieser Minimaldicke sind die Einsätze einerseits noch für einen Einpressvorgang in einen Presssitz geeignet. Andererseits ist es dadurch möglich, mit einem Einsatz die im Betrieb zu erwartenden Wälzbelastungen auf zunehmen, ohne die Klebe-/Einpressverbindung und/oder den Grundkörper in kritischer Weise zu belasten.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Zuführkanal für ein fliessfähiges Klebemittel vorgesehen sein, dessen Querschnittsfläche und -form auf die Viskosität des jeweils vorgesehenen Klebemittels abgestimmt ist. Die Abstimmung kann so vorgenommen sein, dass ein Kapillareffekt entsteht, der den Fluss des Klebemittels unterstützt. Der Kapillareffekt kann einerseits ein Fliessen des Klebemittels im Zuführkanal bewirken, zumindest jedoch unterstützen. Andererseits kann der Kapillareffekt dazu führen, dass von dem Zuführkanal aus das Klebemittel in einen Spalt gelangt, der durch die sich gegenüberliegenden und miteinander zu verklebenden Flächen des Einsatzes und der Schiene gebildet ist. In Ergänzung bzw. alternativ zu einem Kapillareffekt kann das Klebemittel auch aufgrund von Druckunterschieden in dem Kanal und dem Spalt fliessen. Schliesslich kann auch die Schwerkraft genutzt werden, um ein Fliessendes Klebemittels zu erreichen bzw. zu unterstützen.
Um Lufteinschlüsse zu verhindern, kann zumindest ein Abluftkanal vorgesehen sein. Dieser Kanal dient zur Abführung von Luft aus dem Spalt zwischen den miteinander zu verklebenden Flächen. Der Abluftkanal sollte in Bezug auf den bzw. die Zuführkanäle so angeordnet sein, dass das in den Spalt einfliessende Klebemittel die Luft verdrängt und in den Abluftkanal leitet. Der Kanal sollte zumindest an einem seiner Enden nach aussen offen sein. Um eine gute Abfuhr der Luft zu ermöglichen, ist es zweckmässig, wenn in den Abluftkanal kein Klebemittel eingeleitet wird. Damit kann der Abluftkanal überschüssiges Klebemittel aufnehmen und damit zusätzlich als Ausgleichsvolumen fungieren, falls über den Zuführkanal zuviel Klebemittel eingeführt worden ist.
Sind zumindest zwei Zuführkanäle vorgesehen, so kann sich der Abluftkanal mit Vorteil zwischen den beiden Zuführkanälen befinden. Jeder der beiden über die Zuführkanäle eingeleiteten Klebemittelströme bildet jeweils eine Klebemittelfront aus. Beide Klebemittelfronten bewegen sich auf den Abluftkanal zu und drängen die Luft in letzteren hinein.
Die Zuführ- und Abluftkanäle sollten eine grössere Höhe aufweisen als der Spalt zwischen den beiden zu verklebenden Bauteile. Der zumindest eine Abluftkanal kann hierbei mit Vorteil eine grössere Querschnittsfläche aufweisen als der zumindest eine Zuführkanal. Hierdurch kann einerseits eine gute Abführung der Luft erzielt werden. Andererseits kann damit erreicht werden, dass im Abluftkanal kein Kapillareffekt entsteht und der Fluss des Klebemittels am Abluftkanal von alleine stoppt.
Im Zusammenhang mit der Erfindung eignen sich als Klebemittel insbesondere dünnflüssige Epoxidharze, sogenannte Gewindesicherungslacke wie Loctite 290, Schnellklebestoffe wie Loctite 4062, sowie dünnflüssige Silikonklebstoffe. Sämtliche dieser Klebemittel benetzen die zu verklebenden Oberflächen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, den Zeichnungen und der dazugehörenden Beschreibung.
Die Erfindung wird anhand der in den Figuren schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert; es zeigen:
1 ein Linearbewegungssystem in einer Querschnittsdarstellung, dessen beide Führungskörper über zwei Linearbewegungsführungen relativ zueinander bewegbar sind;
2 eine vergrößerte Ausschnittsdarstellung von einem der Führungskörper aus 1;
3a eine Querschnittsdarstellung eines Teils eines weiteren Einsatzes und Grundkörpers im Bereich von einem ihrer Fügespalte;
3b eine Draufsicht auf den Einsatz aus 3a;
4a eine Darstellung des Fliesszustandes einer Klebemittelfront zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten in einer Darstellung gemäß 3a;
4b eine Darstellung des Fliesszustandes einer Klebemittelfront zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten in einer Darstellung gemäß 3b;
5 eine Draufsicht auf eine mit Kanälen versehene und für eine Klebeverbindung vorgesehene Fläche eines Führungskörpers;
6 eine mit einem U-förmigen Wagen versehene erfindungsgemässe Ausführungsform in einer Sicht von unten.
In 1 und 2 ist ein erfindungsgemässes Linearbewegungssystem gezeigt, das mit zwei Linearbewegungsführungen 1, 2 versehen ist. Da die beiden Linearbewegungsführungen 1, 2, prinzipiell identisch sind, wird nachfolgend lediglich auf die Linearbewegungsführung 1 eingegangen.
Die Linearbewegungsführung 1 weist zwei als Profilleisten ausgebildete Führungskörper 3, 4 auf, die Strukturteile einer Maschine sein können. Die Richtung der Längserstreckung der beiden Führungskörper 3, 4 entspricht einer Längsbewegungsachse 5, entlang welcher eine Relativbewegung zwischen den beiden Führungskörpern 3, 4 möglich ist. In der Darstellung von 1 verläuft die Längsbewegungsachse 5 senkrecht zur Zeichenebene. In den im Querschnitt etwa rechteckförmigen Führungskörper 3 ist eine parallel zur Längsbewegungsachse 5 verlaufende V-förmige Nut 6 eingebracht. Der Führungskörper 4 weist zur V-Nut hin eine zu dieser kongruent ausgebildete weitere V-förmige Nut 7 auf. Die beiden V-Nuten 6, 7 sind als im Querschnitt gleichschenklige Dreiecke mit einem Öffnungswinkel von jeweils 90° ausgebildet. Die Nuten 6, 7 erstrecken sich jeweils über die gesamte Länge ihrer jeweiligen Führungskörper 3, 4 und liegen sich mit ihren offenen Seiten unmittelbar gegenüber.
Begrenzungsflächen der Nuten 6, 7 fungieren als Wälz- bzw. Tragflächen 8, 9 (2) für Wälzkörper. In der Nut 6 befindet sich eine lediglich in 1 gezeigte Baueinheit 10, die einen Käfig 11 mit darin angeordneten Wälzkörpern 12 aufweist. Mittels den sich auf den Tragflächen 8, 9 beider Nuten abstützenden Wälzkörpern 12 können die Führungskörper 3, 4 entlang der Längsbewegungsachse und relativ zueinander Bewegungen ausführen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind Rollen als Wälzkörper 12 vorgesehen. Prinzipiell sind im Zusammenhang mit der Erfindung jedoch jegliche Formen von Wälzkörpern verwendbar.
Wie der 2 zu entnehmen ist, weist der Führungskörper 3 einen im Querschnitt etwa rechteckförmigen Grundkörper 15 auf. Der Grundkörper 15 ist aus einem Leichtbauwerkstoff gefertigt, wie beispielsweise der Leichtmetalllegierung Dispal^® 5220 (Produkt der Fa. Peak Werkstoff GmbH, Velbert, Deutschland) oder den Metall-Matrix Verbundwerkstoffen A1/SiC oder Mg/SiC.
Der Grundkörper 15 ist im Bereich seiner Oberseite mit einer rechteckigen Nut 16 versehen. Die beiden seitlichen Begrenzungswände 16a der Nut stellen einen Teil eines Presssitzes dar. Die Kanten zwischen der ebenen Oberseite 17 und den seitlichen Begrenzungswänden 16a sind mit einer Fase 18 versehen. Anstelle der Kanten sind somit geneigte Flächen vorhanden, die sich über die gesamte Länge der Schiene erstrecken. Schliesslich ist mittig in den Nutgrund 19 eine V-förmige Nut 20 eingebracht.
Der als Schiene fungierende Führungskörper 3 weist zudem einen Einsatz 21 auf, an dessen Oberseite die V-förmige Nut 6 eingebracht ist. Die Tragflächen 8, 9 zum Abstützen und Abwälzen für die Wälzkörper befinden sich somit am Einsatz 21. Der Einsatz 21 ist aus einem Werkstoff, der insbesondere aufgrund seiner hohen Wälzfestigkeit und seinem hohen E-Modul ausgewählt ist. Hierfür kommen vor allem Wälzlagerstähle in Frage.
Die Unterseite des Einsatzes 21 ist mit zwei außen liegenden Auflageflächen 24 versehen, die zur Anlage gegen die Oberseite 17 des Grundkörpers 15 bestimmt sind. Zwischen den Auflageflächen 24 ist eine rechteckförmige Leiste 25 ausgebildet, die zur Anordnung in der Nut 16 vorgesehen ist. Die Leiste 25 hat in der Darstellung von 2 zwei senkrechte und parallel zueinander verlaufende Außenflächen 26 sowie eine horizontale Aufstandsfläche 27. Die Kanten zwischen den Außenflächen 26 und der Aufstandsfläche 27 sind jeweils mit einer Fase 28 versehen. Der Abstand der beiden Aussenflächen 26 zueinander ist gleich oder geringfügig größer als der Abstand der beiden Begrenzungswände 16a der Nut 16. Hierdurch kann ein Presssitz des Einsatzes 21 in der Nut 16 erzeugt werden.
Wie der Querschnittsdarstellung von 2 zu entnehmen ist, bilden der Grundkörper 15 und der Einsatz 21 im Bereich der Fläche des Nutgrundes aufgrund der V-förmigen Nut 20 einen parallel zur Längsbewegungsachse verlaufenden Abluftkanal 29 aus. Die Ecken zwischen dem Nutgrund 19 und den Begrenzungswänden 16a sowie die dieser jeweils gegenüberliegende Fase 28 der Leiste 25 geben zwei sich ebenfalls in Richtung der Längsbewegungsachse erstreckende Zuführkanäle 30 frei.
Des weiteren bilden die Fasen 18 des Grundkörpers 15 sowie die Ecken zwischen den Aussenflächen 26 der Leiste 25 und deren Auflageflächen 24 weitere Abluftkanäle 31 aus. Durch weitere Fasen 32a, 32b im Bereich von miteinander fluchtenden äusseren Seitenflächen 33, 35 des Grundkörpers 15 und des Einsatzes 21 wird ein dritter und ein vierter Zuführkanal 34 geformt. Auch diese Kanäle haben eine Längserstreckung senkrecht zur Zeichenebene von 2.
Zur Erzeugung der Verbindung zwischen dem Grundkörper 15 und dem Einsatz 21 wird zunächst der Einsatz 21 mit seiner Leiste 25 von oben in die Nut 16 vollständig eingepresst. Im Endzustand des Einpressvorgangs besteht ein Formschluss zwischen dem Einsatz 2 1 und dem Grundkörper 15. In Abhängigkeit der Fertigungsgenauigkeit und der Oberflächenrauheit bedeutet dies, dass die Aufstandsfläche 27 und der Nutgrund 19 einerseits sowie die Auflagefläche 24 und die Oberseite 17 des Grundkörpers 15 andererseits mit einem Anteil einer theoretisch maximal möglichen Kontaktfläche sich berühren. Hierbei kann es zweckmäßig sein, zwischen der Auflagefläche 24 und dem Nutgrund einen Fügespalt 37, wie er beispielhaft in 3a gezeigt ist, mit einer Spalthöhe in einer Größenordnung von einigen wenigen Mikrometern, nach Möglichkeit höchstens ca. 10 μm, anzustreben. Gleiches gilt für einen Spalt zwischen der Oberseite 17 und den beiden Auflageflächen 24. Auch bei den mit 16a und 26 bezeichneten Flächen des Presssitzes sollte – soweit die Flächen lokal nicht in Kontakt miteinander sind – ein maximaler Abstand von ca. 10 μm angestrebt werden.
Nachfolgend wird über die Zuführkanäle 30, 34 ein adhäsives flüssiges und benetzendes Klebemittel 38 zugeführt, wie dies in den 4a und 4b beispielhaft angedeutet ist. Hierzu kann beispielsweise Loctite 290 oder Loctite 4062 vorgesehen sein. Bei den beiden unteren Zuführkanälen 30 kann die Einleitung von den Stirnseiten des Führungskörpers aus erfolgen. Bei den beiden oberen Zuführkanälen 34 ist es hingegen möglich, das Klebemittel seitlich und über die gesamte Länge der Zuführkanäle 34 gleichzeitig zuzuführen. In die Abluftkanäle 29, 31 wird von außen kein Klebemittel zugeführt.
Unter Benutzung einer sich aufgrund der Eigenschaften des Klebemittels und der Spaltgrösse einstellenden Kapillarwirkung wird das Klebemittel 38 in die Spalte zwischen der Aufstandsfläche 27 und den Nutgrund 19 sowie der Oberseite und der Auflagefläche gezogen. Die sich hierbei ausbildenden fließenden Klebemittelfronten 39a, 39b bewegen sich unregelmäßig auf die Abluftkanäle 29 zu. Da die Abluftkanäle 29 eine Querschnittsgröße aufweisen, bei denen der Kapillareffekt nicht aufrechterhalten wird, zeigen die Klebemittelfronten 39a, 39b eine Tendenz, im Bereich der Abluftkanäle 29 zum Stillstand zu kommen.
In den 4a und 4b ist gezeigt, wie sich von den Zuführkanälen 30 aus Klebemittelfronten 39 mit einer Ausbreitungsrichtung quer zum Längsverlauf der Zuführkanäle 30 ausbreiten. Sie bewegen sich in Richtung auf den Abluftkanal 31 zu.
Unterschiedliche Schraffuren stellen hierbei die Klebemittelfronten 39a, 39b zu unterschiedlichen Zeitpunkten dar. Aufgrund der Grösse des Abluftkanals 31 entsteht in diesem kein Kapillareffekt, weshalb die Bewegung des Klebemittels 38 hier stoppt. Anstelle oder zusätzlich zum Kapillareffekt kann die Bewegung des Klebemittels 38 auch durch einen von aussen auf das Klebemittel aufgebrachten Überdruck erzielt werden.
Die vom Klebemittel verdrängte Luft aus den Spalten 37 kann somit über die Abluftkanäle 29, 31 abgeführt werden. Nachdem das Klebemittel 38 er- bzw. ausgehärtet ist, ist die Verbindung zwischen dem Grundkörper 15 und dem Einsatz 21 fertiggestellt.
5 zeigt in einer Draufsicht eine weitere mögliche Ausbildung einer zu verklebenden Fläche. Wie hier zu erkennen ist, kann alternierend auf einen Abluftkanal 29 ein Zuführkanal 30 folgen. Zudem können sowohl die Abluftkanäle 29 und die Zuführkanäle 30 Querarme 29a, 30a aufweisen. Diese sind quer zur Längsbewegungsachse 5 und damit auch quer zur Haupterstreckungsrichtung der Kanäle 29, 30 ausgerichtet. Die Querarme der Zuführkanäle 30a erlauben eine verbesserte Verteilung und Zuführung des Klebemittels. Die Querarme 29a der Abluftkanäle 29 ermöglichen eine weitere Reduzierung der Gefahr von Lufteinschlüssen.
In anderen Ausführungsformen kann auch eine profilierte Führungsschiene 50 vorgesehen sein, auf der sich ein Wagen 51 abstützt und längsverschiebbar angeordnet ist, wie dies in 6 dargestellt ist. Der Wagen 51 kann im Querschnitt im wesentlichen U-förmig ausgebildet sein. Im Wagen 51 können in an sich vorbekannter Weise zumindest zwei in sich geschlossene Wälzkörperumläufe 52 vorgesehen sein, in denen Wälzkörper 53 zirkulieren. Eine Oberseite des Wagens 2 ist als Montagefläche vorgesehen, auf der eine Last befestigt werden kann. Sowohl die Schiene als auch der Wagen können an einer zu bewegenden Last bzw. Maschinenteil befestigt sein.
Der Wagen stützt sich über die Wälzkörper 53 auf seitlichen Tragflächen 54 der Führungsschiene 1 ab. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Kugeln als Wälzkörper 53 vorgesehen. Auch wagenseitig liegen die Wälzkörper an Tragflächen 59 an. Die Tragflächen 54, 59 sind profiliert, so dass eine Linienberührung zwischen den Kugeln und der Führungsschiene entsteht.
Die Schiene ist spiegelsymmetrisch zu einer zur Zeichenebene vertikal sowie horizontalen verlaufenden Symmetrieebene 55. Sie weist einen im Querschnitt etwa rechteckigen Grundkörper auf, der an beiden Seitenflächen jeweils mit einem Einsatz 56 versehen ist. An jedem Einsatz ist eine Tragfläche 54 ausgebildet, auf der die Wälzkörper sich abstützen. Die Einsätze können beispielsweise als im Querschnitt näherungsweise rechteckförmige Leiste vorgesehen sein, die jeweils in eine entsprechend geformte Ausnehmung der Schiene eingepresst und verklebt sind. Auch diese Ausführungsform kann für jeden Einsatz zwei nicht näher dargestellte Zuführkanäle und einen dazwischenliegenden Abluftkanal aufweisen.
Ebenso wie die Schiene weist auch der Wagen einen Grundkörper aus einem Leichtgewichtswerkstoff auf. Durch kombiniertes Einpressen/Einkleben sind im Grundkörper die Einsätze 58 befestigt, deren Tragflächen 59 wagenseitig die zu übertragende Last aufnehmen und als Wälzflächen für die Wälzkörper dienen.

1: Linearbewegungsführung
2: Linearbewegungsführung
3: Führungskörper
4: Führungskörper
5: Längsbewegungsachse
6: V-Nut
7: V-Nut
8: Tragfläche
9: Tragfläche
10: Baueinheit
11: Käfig
12: Wälzkörper
15: Grundkörper
16: rechteckige Nut
16a: Begrenzungswand
17: Oberseite
18: Fase
19: Nutgrund
20: Nut
21: Einsatz
24: Auflagefläche
25: Leiste
26: Aussenfläche
27: Aufstandsfläche
28: Fase
29: Abluftkanal
30: Zuführkanal
31: Abluftkanal
32a: Fase
32b: Fase
33: Seitenfläche
34: Zuführkanal
35: Seitenfläche
37: Spalt
38: Klebemittel
39a: Klebemittelfront
39b: Klebemittelfront
50: Führungsschiene
51: Wagen
52: Wälzkörperumlauf
53: Wälzkörper
54: Tragfläche
55: Symmetrieebene
56: Einsatz
57: Tragfläche
58: Einsatz
59: Tragfläche

Claims

Linearbewegungssystem zur Ausführung von relativen Bewegungen zwischen zumindest zwei Führungskörpern entlang einer Führungsstrecke, umfassend einen sich entlang der Führungsstrecke erstreckende ersten Führungskörper, an dem zumindest eine erste Tragfläche vorgesehen ist, einen zweiten sich ebenfalls entlang der Führungsstrecke erstreckenden Führungskörper, an dem zumindest eine zweite Tragfläche vorgesehen ist, Wälzkörper, die sich zumindest temporär zwischen den beiden Führungskörpern befinden und über die Tragflächen mit diesen in Kontakt sind, wobei zumindest einer der Führungskörper mit einem Einsatz versehen ist, an dem zumindest eine seiner Tragflächen ausgebildet ist, wobei der Einsatz einen Werkstoff aufweist, der eine grössere Wälzfestigkeit hat, als ein Grundkörper, in dem der Einsatz befestigt ist, und vorzugsweise der Grundkörper ein spezifisches Gewicht aufweist, das kleiner ist als das spezifische Gewicht des Einsatzes, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Einsatz (21, 56, 58) mittels einer kombinierten Klebe-/Einpressverbindung an einem der Führungskörper (3, 4) befestigt ist.
Linearbewegungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zumindest einen Zuführkanal (30, 34) mit zumindest im wesentlichen vorbestimmter geometrischer Gestaltung, durch den Klebemittel (38) zuführbar ist.
Linearbewegungssystem nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Abluftkanal (29, 31).
Linearbewegungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche des Abluftkanals (29, 31) größer ist als eine Querschnittsfläche des Zuführkanals (30, 34).
Linearbewegungssystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich von miteinander zu verklebenden Flächen zumindest zwei Zuführkanäle (30, 34) und ein Abluftkanal (29, 31) vorgesehen ist.
Linearbewegungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Abluftkanal (29, 31) zwischen den zumindest zwei Zuführkanälen (30, 34) angeordnet ist.
Linearbewegungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Klebeverbindung an anderen Flächen vorgesehen ist als an den Flächen, mit denen die Einpressverbindung erzeugt ist.
Linearbewegungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beide Führungskörper (3, 4) zumindest einen Einsatz (21, 56, 58) aufweisen, der jeweils mit einer kombinierten Klebe-/Einpressverbindung befestigt ist.