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Die
Erfindung betrifft eine Linearführung,
insbesondere eine Linearführung
mit der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung, die eine automatische Eliminierung
der Montagefehler und summierter Fehler gestattet.
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Anhand 1, 2 und 3 ist
eine herkömmliche
Linearführung
dargestellt, die im Wesentlichen eine Führungsbahn 10 und
einen auf der Führung
hin und her verfahrbaren Schlitten 15 aufweist. Mittels
mehreren Röllchen 16 beider
Seiten stützt sich
der Schlitten 15 auf beiden Seiten der Führung 10 ab,
wobei die Röllchen 16 dem
Schlitten 15 beim Ausführen
einer linearen Bewegung unterstützen,
die Reibung der Bewegung, das Geräusch verringern sowie die Bewegung
stabilisieren.
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Das
Röllchen 16 des
vorstehenden Schlittens 15 ist mit einer integralen Außenhülse 161 ausgestattet,
die mit einer Außenkerbe 162 ausgebildet ist,
in der die Seitenkanten der Führungsbahn 10 eingesetzt
sind.
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Es
ist den Fachleuten bereits bekannt, dass eine stabile Bewegung des
Schlittens 15 ein hochpräzises Zusammenwirken zwischen
den Röllchen 16 und
der Führungsbahn 10 voraussetzt,
was zur erheblichen Steigerung der Herstellkosten der Führungsbahn 10 und
der Röllchen 16 führt. Obwohl
die Führungsbahn 10 und
die Röllchen 16 die
vorgegebene Genauigkeit bei der Herstellung erreichen, ist der Montagefehler
beim Zusammenbau beider Teile jedoch nicht völlig auszuschließen, der
das Problem von summierten Fehlern hervorruft.
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Zum
Beseitigen des Montagefehlers und eines summierten Fehlers ist eine
Axialverstellung der Röllchen 16 Stand
der Technik, mit der eine präzise Verbindung
zwischen der Außenkerbe 162 der
Außenhülse 161 und
der Führungsbahn 10 zum
Beseitigen des Montagefehlers realisiert ist. Wie aus den 1, 2 und 3 ersichtlich,
geschieht die Axialverstellung der Röllchen 16 generell
wie folgt: Die Röllchen 16 sind
auf eine Bewegungsplatte 12 aufgesetzt, die mit einer Positionierschraube 13 sowie
einer exzentrischen Schraube 14 an dem Schlitten 15 befestigt
ist. Mittels der Einstellung der exzentrischen Schraube 14 lässt sich
die Bewegungsplatte 12 zentrisch von der Positionierschraube 13 ausschwenken,
um die axiale Position der Röllchen 16 zu ändern und
dadurch ihres relatives Pressungsverhältnis zu der Führungsbahn 10 zu
variieren.
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Jedoch
bringt das obige Verfahren die folgenden Nachteile mit sich. Beispielsweise
ist der Schlitten 15 insbesondere anfällig für eine Verformung wegen einer
ungleichmäßigen Spannung,
da identische relative Pressungsverhältnisse der Röllchen 16 zu
der Führungsbahn 10 durch
ein Verstellen nicht möglich
zu realisieren sind. Wenn die Verbindung der Röllchen 16 zu der Führungsbahn 10 von einem
Bediener versehentlich übermäßig eingestellt ist,
erhöht
sich die relative Reibung zwischen den Röllchen 16 und der
Führungsbahn 10,
wobei die beiden Teile einer erhöhten
Seitenpressung unterliegen. Folglich ist mit einer unglatten Bewegung
des Schlittens 15, einem sich verschärfenden Verschleiß auf den
Wirkflächen
der Röllchen 16 und
der Führungsbahn 10 sowie
mit einer verkürzten
Lebensdauer der Röllchen 16 und
der Führungsbahn 10 zu
rechnen.
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Durch
die Erfindung wird eine Linearführung mit
der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung geschaffen, deren Schlitten sich
jeweils mit einer Vielzahl von Röllchen
auf einer seitlich von einem Festsitz angeordneten Führungsstange
abstützt,
wobei sich das relative Pressungsverhältnis jedes Röllchens
zu der Führungsstange
automatisch einstellen lässt.
Der Montagefehler des Röllchens
zu der Führungsstange
hebt sich ebenfalls automatisch auf, um den summierten Fehler weiter
automatisch zu beseitigen und somit eine hochpräzise Verbindung zu realisieren.
Es sei zu erwähnen,
dass die Röllchen
in der Erfindung keine mit einem speziellen Fertigungsverfahren
bzw. mit einer hohen Präzisionsanforderung hergestellte
Röllchen
sind, sondern denen aus üblichen
und herkömmlichen
Lagern entsprechen.
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Außerdem wird
durch die Erfindung eine Linearführung
mit der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung geschaffen, deren Schlitten sich
jeweils mit einer Vielzahl von Röllchen
auf einer seitlich von einem Festsitz angeordneten Führungsstange abstützt. Zum
Beseitigen des Montagefehlers und des summierten Fehlers jedes Röllchens
mit der Führungsstange
lassen sich die Kopplungsseitenpressungen einer Vielzahl von Röllchen zu
der Führungsstange
synchron durch die Verstellung der Seitenpressung mit dem Schlitten
verändern.
Da das relative Pressungsverhältnis
jedes Röllchens
zu der Führungsstange
in einem gemäßigten Zustand
eingestellt ist, entsteht eine Nullspielpassung zwischen dem Schlitten
und der Führungsstange,
um die Anforderung der Präzisionsmontage
zu erfüllen.
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Außerdem wird
durch die Erfindung eine Linearführung
mit der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung geschaffen, die eine Reduzierung
der Auftrittswahrscheinlichkeit der Verformung des Schlittens, eine
stabile Bewegung des Schlittens, die Vermeidung einer übermäßigen Seitenpressung
der Röllchen
und der Führungsstange,
eine Verringerung übermäßiger Reibung
zwischen den Röllchen
und dem Führungselement,
eine dauerhafte glatte Bewegung des Schlittens sowie eine Verlängerung
der Lebensdauer von den Röllchen
und der Führungsstange
usw. gestattet.
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Ferner
wird durch die Erfindung eine Linearführung mit der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung geschaffen, deren Länge hinsichtlich
des praktischen Bedarfs variiert und die sich durch eine leichte
Materialbereitstellung, einfache Montage, Gewährleistung der Linearität und der
Stabilität
der Bewegung auszeichnet.
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Gemäß der Erfindung
wird eine Linearführung
mit der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung, bei der ein Röllchen des Schlittens sich
aus einem Wellenelement und zwei an dem Wellenelement angebrachten
Lagern ergibt, wobei eine von dem Montagefehler befreite Passung
zwischen dem Röllchen
und der Führungsstange
der Führungsbahn entsteht.
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Im
Folgenden wird die Erfindung und deren Ausgestaltungen anhand der
Zeichnung näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigt:
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1 eine
detaillierte Darstellung einer herkömmlichen Linearführung mit
Röllchen,
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2 eine
detaillierte Ansicht unterer Seite der herkömmlichen Linearführung mit
Röllchen
in 1,
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3 eine
Seitenansicht der herkömmlichen Linearführung mit
Röllchen
in 2,
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4 eine
perspektivische schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Linearführung mit
der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung,
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5 eine
Ansicht der Stirnseite der Linearführung entlang der Pfeilrichtung
in 4,
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6 eine
detaillierte perspektivische schematische Darstellung eines Festsitzes
einer erfindungsgemäßen Linearführung mit
der Möglichkeit zur
automatischen Positionierung,
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7 eine
detaillierte Schnittansicht zur Darstellung des Querschnittes der
Führungselemente
entlang der Schnittlinie 7-7 in 6,
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8 eine
vergrößerte Ansicht
der Elemente im Kreis in 7,
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9 eine
perspektivische Darstellung eines Schlittens einer erfindungsgemäßen Linearführung mit
der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung aus Sicht von oben,
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10 eine
perspektivische Darstellung eines Schlittens einer erfindungsgemäßen Linearführung mit
der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung aus Sicht von unten,
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11 eine
Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Röllchens,
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12 eine
perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Röllchens in montiertem Zustand,
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13 einen
Schnitt eines erfindungsgemäßen Röllchens
in montiertem Zustand,
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14 einen
Schnitt einer Verbindung eines erfindungsgemäßen Röllchens mit der Führungsstange,
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15 einen
Schnitt einer erfindungsgemäßen Linearführung mit
der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung in montiertem Zustand, und
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16 eine
schematische Darstellung der Kraftwirkrichtung der Kopplung eines
erfindungsgemäßen Röllchens
mit der Führungsstange.
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Anhand 4 und 5 weist
die erfindungsgemäße Linearführung mit
der Möglichkeit
zur automatischen Positionierung einen Festsitz 50 und einem
Schlitten 60 auf. Auf beiden Seiten der oberen Fläche des
Festsitzes 50 ist jeweils eine Reihe von einer Vielzahl
von Führungsstangengruppen 40 angebracht,
wobei zwei Führungsstangen 41 beidseitig von
der Vielzahl von Führungsstangengruppen 40 in einer
Reihe angeordnet sind. Wenigstens ein Paar Röllchen 61 befindet
sich beidseitig (links/rechts) auf der Unterfläche des auf dem Festsitz 50 liegenden Schlittens 60,
wobei jedes Röllchen
mit der Außenoberfläche der
Führungsstange 41 in
Berührung
steht.
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Wie
aus den 6, 7 und 8 ersichtlich,
besitzt der erfindungsgemäße Festsitz 50 einen Sitz 51,
auf dessen oberen Fläche
zwei Befestigungsabschnitte 52 jeweils beidseitig (links/rechts) angeordnet
sind. Eine Anschlagfläche 53 ergibt
sich aus der oberen Fläche
des Sitzes 51 und der Seitenfläche des Befestigungsabschnittes 52,
indem die obere Fläche
des Befestigungsabschnittes 52 niedriger ausgebildet ist
als die obere Fläche
des Sitzes 51. Die vorstehende Führungsstangengruppe 40 besteht
aus einem ersten Sitzkörper 42 und
einem zweiten Sitzkörper 43,
die sich überdecken
und durch die eine Vielzahl von Schrauben 44 zum Befestigen des
zweiten Sitzkörpers 43 mit
dem Befestigungsabschnitt 52 hindurch gesteckt ist. Zwei
ca. viertelkreisförmige
Führungsstangenaufnahmen 421 und 431 sind
jeweils beidseitig von dem ersten Sitzkörper 42 und dem zweiten
Sitzkörper 43 ausgebildet,
wobei die gegenüberliegenden
Führungsstangenaufnahmen 421 und 431 einen
ca. halbkreisförmigen
Raum zur Aufnahme der zylindrischen Führungsstange 41 einschließen. Werden
die vorstehenden Schrauben 44 nach unten angezogen, lässt sich
die Oberfläche der
Führungsstange 41 fest
von beiden Führungsstangenaufnahmen 421 und 431 pressen,
indem der erste Sitzkörper 42 nach
unten gedrückt
wird. Zum Koppeln mit den Röllchen 61 ragt
der Röllchenstützabschnitt 411 der
Führungsstange 41t aus
den Seitenflächen
des ersten Sitzkörpers 42 und
zweiten Sitzkörpers 43 heraus.
In den Figuren ist eine gedankliche Linie L1 eingezeichnet, durch
die die Seitenflächen
des ersten Sitzkörpers 42 und
zweiten Sitzkörpers 43 geschnitten
werden, wobei der Mittelpunkt P1 der Führungsstange 41 sich
innerhalb der Linie L1 befindet, so dass der Umfangswinkel der Kontaktfläche der
Führungsstange 41 mit
beiden Führungsstangenaufnahmen 421 und 431 größer ist als
180°, um
den Auslauf der Führungsstange 41 auszuschließen und
dadurch eine stabile Positionierung der Führungsstange 41 zwischen
den Führungsstangenaufnahmen 421 und 431 sicherzustellen.
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Darüber hinaus
liegt ein Spiel 46 zwischen dem ersten Sitzkörper 42 und
dem zweiten Sitzkörper 43 vor,
mit dem die durch die Schrauben 44 aufgebrachte Verriegelungskraft
vollständig
mit den ersten Sitzkörpern 42 an
die Führungsstange 41 übertragen
werden kann. Ohne das Spiel 46 könnte die durch die Schrauben 44 aufgebrachte
Verriegelungskraft vom Kontakt zwischen dem ersten Sitzkörper 42 und
dem zweiten Sitzkörper 43 teilweise
abgebaut werden, was zur evtl. unstabilen Positionierung der Führungsstange 41 führt. Eine
Absenkung 45 ist zur Aufnahme der Köpfe 441 der Schrauben 44 auf
der oberen Fläche
des ersten Sitzkörpers 42 ausgebildet.
Beim fest angezogenen Schrauben 44 üben die Köpfe 441 der Schrauben 44 eine
Presskraft auf den Boden 451 der Absenkung 45 derart
aus, dass die Führungsstange 41 von
dem ersten Sitzkörper 42 nach
unten gepresst wird. Die Verformung der oberen Fläche des
ersten Sitzkörpers 42 aufgrund
der Presswirkung ist dadurch zu vermeiden, dass die von den Schrauben 44 aufgebrachte
Presskraft von dem Boden 451 der Absenkung 45 aufgenommen
wird.
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Da
die Unterkanten der zweiten Sitzkörper 43 der Vielzahl
von Führungsstangengruppen 40 mit der
Anschlagfläche 53 des
Sitzes 51 des Festsitzes 50 bündig sind, befinden sich die
Mittelpositionen der Vielzahl von Führungsstangengruppen 40 auf
einer zu der Anschlagfläche 53 parallelen
Linie, wenn die Linearität
der Anschlagfläche 53 sichergestellt
wird. Auf diese Weise lässt
sich die Linearität
beider seitlich von den Führungsstangengruppen 40 angebrachten
Führungsstangen 41 ebenfalls
gewährleisten
und die Röllchen 61 des
Schlittens 60 können verhinderungslos
sehr glatt auf den Führungsstangen 41 rollen.
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Die
Längenvariation
des Festsitzes 50 ist leicht mit der Reihenanordnung einer
Vielzahl von Führungsstangengruppen 40 und
von Sitzen 51 zu realisieren. In 4 ist ein
Spalt 54 jeweils zwischen zwei Führungsstangengruppen 40 in
einer Reihe vorhanden, die einen Raum zum Ausdehnen bzw. Zusammenschrumpfen
der Führungsstangengruppe 40 bereitstellt,
um Verformungen der Führungsstangengruppen 40 und
der Führungsstangen 41 durch
gegenseitige Pressung auszuschließen, die auf die von der entwickelten
Wärme aufgrund
der Bewegung des Schlittens 60 mit hoher Verfahrgeschwindigkeit
verursachte thermische Ausdehnung zurückzuführen sind.
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Bezug
nehmend auf die 9, 10 und 15,
weist der erfindungsgemäße Schlitten 60 einen
Hauptkörper 62 auf, dessen
obere Fläche 621 als
Trägerfläche dient,
während
dessen Unterfläche 622 beidseitig
jeweils mit einer Vielzahl von in zwei Reihen hintereinander geschalteten
Röllchen 61 versehen
ist. Eine Aussparung 63 ist auf der Unterfläche 622 des
Hauptkörpers 62 zwischen
beiden Reihen von Röllchen 61 ausgebildet.
Beidseitig vom Hauptkörper 62 sind
jeweils wenigstens zwei Einstellelemente 64 durchgehend
gesteckt, die senkrecht zu der Aussparung 63 und durch
die Aussparung 63 hindurch gesteckt sind. Ein Einstellelement 64 ergibt sich
aus einer Schraube 641 und einer Mutter 642, wodurch
sich die relativen Wirkungskräfte
der beidseitig von der Aussparung 63 befindlichen Elemente durch
das links/rechts Drehen der Schraube 641 verändern lassen.
Der Schlitten 60 befindet sich auf dem Festsitz 50,
wobei jedes Röllchen 61 mit
dem Röllchenstützabschnitt 411 der
Führungsstange 41 in Berührung steht.
Durch Drehen des Einstellelementes 64 nach links bzw. nach
rechts sind die Seitenpressungen der Röllchen 61 zweier Reihen
auf der Führungsstange 41 durch
die Veränderung
relativer Wirkungskräfte
der beidseitig von der Aussparung 63 befindlichen Elemente
derart entsprechend veränderbar,
dass kein Spiel zwischen den Röllchen 61 zweier
Reihen und der Führungsstange 41 vorliegt. Auf
diese Weise sind eine Eliminierung des Montagefehlers, eine gleichmäßige Verteilung
der Pressungskraft des beidseitig auf der Führungsstange 41 abstützenden
Schlittens 60 sowie das Vermeiden der Verformung des Schlittens 60 zu
realisieren.
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Wie
aus den 11, 12 und 13 ersichtlich,
ergibt sich das Röllchen 61 aus
einem Wellenelement 24 und aus zwei auf das Wellenelement 24 aufgesteckten,
gegenüberliegenden
Lagern 21 und 22, wobei eine ringförmige Gleitkerbe 23 außerhalb
des Röllchens 61 von
beiden jeweils zu den Lager 21 und 22 gehörenden Außenhülsen 211 und 212 ausgebildet
ist. Ein Spiel 25 liegt zwischen beiden Lagern 21 und 22 vor,
die jeweils ebenfalls ein Spiel 213 bzw. 223 mit
dem Wellenelement 24 haben. Mit dieser Gestaltung kann
eine Veränderung
des axialen Winkels der Lager 21 und 22 gegenüber dem
Wellenelement 24 auftreten, wenn die Lager 21 und 22 einer seitlichen
Belastung ausgesetzt werden. Das in den Figuren dargestellte Wellenelement 24 kann
als Schraube ausgeführt
sein, die neben der Verbindungsfunktion beider Lager 21 und 22 die
Lager 21 und 22 im Schlitten 60 einbauen
kann, wobei die Lager 21 und 22 sich um Wellenelement 24 drehen
und eine bewegliche Schmierung realisieren.
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In 13 ist
die Kopplung der erfindungsgemäßen Röllchen 61 und
der Führungsstange 41 vergrößert dargestellt.
Die Führungsstange 41 ist
in der Gleitkerbe 23 fest gepresst und übt auf beide Lager 21 und 22 eine
von dem Pfeil A gezeigte Seitenkraft aus, deren Wirkrichtung senkrecht
zu der Achse der Lager 21 und 22 ist. Mit Hilfe
der vorstehenden Spiele 25, 213 und 233 erzeugen
beide Lager 21 und 22 hinsichtlich der Wirkrichtung
der Seitenkraft eine Veränderung
des Achswinkels der Lager 21 und 22. Das heißt, dass
sich die Achse der Lager 21 und 22 ohne Einwirkung
der Seitenkraft auf der Mittellinie des Wellenelementes 24 (Linie
X1) befinden sollte, während die
Achse sich wegen der Neigung unter Einwirkung der Seitenkraft auf
die Linie X2 hin ändert.
Jedoch dient die Linie X2 ausschließlich zur schematischen Darstellung
und es ist hier nicht gemeint, dass der Neigungswinkel beider Lager 21 und 22 darauf
begrenzt ist. Der Neigungswinkel ist innerhalb eines bestimmten
Bereichs beliebig, der sich hinsichtlich des Kopplungszustandes
der Lager 21 und 22 mit der Führungsstange 41 automatisch
ergibt. Durch die Neigung der Lager 21 und 22 kann
das relative Pressungsverhältnis
jedes Röllchens 61 zu
der Führungsstange 41 automatisch
eingestellt werden. Die Eliminierung des summierten Fehlers und
die Realisierung einer hochpräzisen
Kopplung lassen sich dadurch erzielen, dass der Montagefehler jedes Röllchens 61 mit
der Führungsstange 41 automatisch aufgehoben
wird.
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Anhand 16 sind
die Wirkrichtungen der bei der Kopplung eines erfindungsgemäßen Röllchens 61 mit
der Führungsstange 41 erzeugten
Kräfte
gezeigt, wobei die Kraft F die von dem Röllchen 61 beim Koppeln
mit der Führungsstange 41 erzeugte Wirkungskraft
andeutet, während
die Kräfte
F2 und F3 zwei Teilkräfte
darstellen. Die beiden Teilkräfte
F2 und F3 wirken sich derart aus, dass die Lager 21 und 22 eine
in 14 dargestellte Neigung erzeugen.