DE3134313C2 - Wälzlager für lineare Bewegung - Google Patents

Wälzlager für lineare Bewegung

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für lineare Bewegung, bei welchem eine Schlitteneinheit auf einer Führungsschiene montiert ist, und Führungsplatten mit Führungsflächen, die Führungsflächen auf beiden Seiten der Führungsschiene gegenüberliegen, auf den inneren Flächen der Schlitteneinheit angebracht sind, und die Schlitteneinheit zu einer linearen Bewegung gegenüber der Führungsschiene über Wälzkörper zwischen diesen in der Lage ist. Das Kennzeichnende der Erfindung liegt darin, daß die beiden Führungsflächen jeweils durch eine obere Halbführungsfläche und eine untere Halbführungsfläche gebildet werden, wobei der obere Kontaktpunkt der oberen Halbführungsfläche der Schlitteneinheit und der untere Kontaktpunkt der unteren Halbführungsfläche der Führungsschiene symmetrisch zum Mittelpunkt der Kugel mit einem Winkel von weniger als 45 ° von der senkrechten, durch den Kugelmittelpunkt durchgehenden Ebene angeordnet sind und der entsprechende Winkel der anderen Kontaktpunkte größer als 45 ° ist und/oder wenigstens eine der Führungsplatten der Schlitteneinheit über einen Stift und einen Vorspannungsbolzen vorgespannt sind.

Description

men werden. Eine Belastbarkeit von unten, wie sie bei verschiedenen Anwendungsfällen ebenfalls auftreten kann, ist jedoch vernachlässigbar gering. Ein weiterer Nachteil dieser bekannten Rollführung besteht darin, daß aufgrund der gekippten Anordnung dei Symmetrieachse die Bauhöhe relativ groß ist, da die Führungsschienen relativ zueinander in der Höhe versetzt sein müssen.
Darüber hinaus ist eine einreihige Kugeldrehverbindung bekannt (DD- 46 126), bei der die Tragflächen der Laufbahnen unter einem von 90° abweichenden Winkel angeordnet sind. Die Trennebene zwischen den Führungsflächen ist bei dieser bekannten Konstruktion versetzt angeordnet, wobei die oberen und unteren Berührpunkte der Kugeln genau in einer vertikalen Ebene liegen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß es eine kompakte Bauweise erhält und optimal an die in der Praxis auftretenden Belastungi Verhältnisse angepaßt ist, bei denen in der Regel die abwärtsgerichteten Lasten größer als die aufwärtsgerichteten sind.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Führungsflächen der Führungsschiene und der Schlitteneinheit so gestaltet sind, daß eine durch den oberen Kontaktpunkt der Schlitteneinheit, das Zentrum jeder Kugel und den unteren Kontaktpunkt der Führungsschiene verlaufende Linie in einem Winkel zu der durch das Zentrum verlaufenden senkrechten Ebene steht, der zwischen etwa 30° und 40° liegt, und daß eine den unteren Kontaktpunkt der Schlitteneinheit über das Zentrum jeder Kugel mit dem oberen Kontaktpunkt der Führungsschiene verbindende Linie in einem Winkel zur besagten Ebene steht, der größer als 45° ist.
Das erfindungsgemäße Lager kann Kräfte und Momente von allen Richtungen her aufnehmen, wobei die Belastungskapazität in den einzelnen Richtungen entsprechend den in der Praxis normalerweise auftretenden Belastungen ausgelegt ist. Durch die vorteilhafte Konstruktion ist es möglich, die Abmessungen des Lagers vergleichsweise gering zu halten.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Lagers besteht darin, daß es sehr leichtgängig ist, da nur eine geringe schleifende Reibung in den nicht belasteten Kontaktpunkten zwischen den Kugeln und den Führungsflächen auftritt. Weiterhin sind die Führungsflächen bei der Herstellung des Lagers leicht bearbeitbar, und zwar insbesondere im Hinblick auf die vertikale Anordnung der Trennebene zwischen den eirander gegenüberliegenden Lagerbereichen.
Um das Lager exakt einstellen zu können, kann wenigstens eine der Führungsplatten der Schlitteneinheit auf dem Hauptkörper der Schlitteneinheit so angeordnet sein, daß sie gegen die entsprechende Führungsfläche der Führungsschiene vor- oder zurückbewtgbar ist. Dabei führt zweckmäßig eine Gewindebohrung durch den Hauptkörper der Schlitteneinheit von der Außenfläche zu der Führungsplatte, während das Ende eines in diese Gewindebohrung eingeschraubten Vorspannbolzens in Kontakt mit einem Stift steht, der gleitbar in Axialrichtung der Gewindebohrung eingepaßt ist, wobei dieser Stift an seiner Endfläche in Druckkontakt mit einer gleichartigen Ebene am rückwärtigen Abschnitt der Führungsfläche steht.
Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Ansicht und einen Teilschnitt längs der Linie I-I gem. F i g. 4 eines Wälzlagers, in Richtung der Führungsschiene
F i g. 2 einen Querschnitt des Lagers entlang der Linie H-II aus Fig. 1,
F i g. 3 eine Ansicht des Lagers gemäß F i g. 1 in Richtung der Führungsschiene, wobei die Dichtung, die Seitenplatte und der Lagerhalter entfernt sind,
F i g. 4 eine Seitenansicht des Lagers gemäß F i g. 1,
Fig.5 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs III
ίο ausFig. 1,
Fig.6 eine perspektivische Darstellung einer Führungsplatte mit einem Einstellmechanismus.
Wie insbesondere in F i g. 1 und F i g. 4 dargestellt, ist bei dem Wälzlager, welches für lineare Bewegung vorgesehen ist, eine Schlitteneinheit 2 auf einer Führungsschiene 1 montiert, wobei die Schlitteneinheit eine lineare Bewegung in Längsrichtung der Führungsschiene 1 ausführen kann.
Nach Fig. 1 weist die Führungsschiene 1, welche symmetrisch zu einer senkrechten, durch ihre Längsachse verlaufende Ebene ausgebildet ist, eine im wesentlichen rechteckige Querschnittsform auf. Die Führungsfläche 4 auf der Führungsschiene 1 und die Führungsfläche 5 auf der Schlitteneinheit 2, zwischen denen Kugeln 3 abrollen, sind in gleicher Weise auf beiden Seiten der Führungsschiene 1 symmetrisch jeweils in einer senkrechten, äußeren Fläche 6 der Führungsschiene 1 und einer senkrechten, innenliegenden Fläche 7 der Schlitteneinheit 2 angeordnet.
Die Rückführbohrungen 8 für die Kugeln 3 sind im Hauptkörper 15 der Schlitteneinheit 2 angeordnet.
F i g. 2 zeigt die Kugeln 3 in Beziehung zu der Führungsfläche 5 auf der innenliegenden Fläche 7. Die Kugeln 3 werden in der Führungsfläche 5 der Schlitteneinheit 2 durch einen Kugelrückhalter 29 zurückgehalten.
Der Kontakt zwischen der Führungsfläche 4 der Führungsschiene 1 und den Kugeln 3 wie auch der Kontakt zwischen der Führungsfläche 5 der Schlitteneinheit 2 und den Kugeln 3 sind in der Fig. 5 dargestellt. Die Führungsflächen 4 und 5 sind so ausgebildet, daß das Zentrum bzw. der Mittelpunkt 24 der Kugeln 3 zwischen der senkrechten äußeren Fläche 6 der Führungsschiene 1 und der senkrechten, innenliegenden Fläche 7 der Schlitteneinheit 2 angeordnet ist. Diese Führungsfläche 4 umfaßt eine obere Halbführungsfläche 4u und eine untere Halbführungsfläche 4/, welche jeweils durch einen Abschnitt einer zylindrischen Fläche gebildet werden, die einen größeren Radius als die Kugeln 3 besitzt. Die entsprechenden Führungsflächen 5 umfassen eine obere Halbführungsfläche 5u und eine untere Halbführungsfläche 5/. Diese obere Halbführungsfläche 4u und · die untere Halbführungsfläche 5/sind symmetrisch zum Zentrum 24 geformt, und ebenso sind die untere Halbführungsfläche 4/und die obere Halbführungsfläche Su in gleichartiger Weise symmetrisch zum Zentrum 24 geformt. Die Kugeln 3 und die Führungsfläche 4 besitzen Kontakte am höherliegenden Kontaktpunkt 25 der Führungsschiene für die obere Halbführungsfläche Au bzw. am unteren Kontaktpunkt 26 der Führungsschiene für die obere Halbführungsfläche 4/. Weiterhin haben die Kugeln 3 und die Führungsfläche 5 Kontakte am oberen Kontaktpunkt 27 der Schlitteneinheit für die obere Halbführungsfläche 5u und am unteren Kontaktpunkt 28 der Schlitteneinheit für die untere Halbführungsfläche 5/. Der obere Kontaktpunkt 27 der Schlitteneinheit und der untere Kontaktpunkt 26 der Führungsschiene sind symmetrisch zum Zentrum 24 der Kugel angeordnet und so ausgebildet, daß sie in Positionen
mit einem Winkel B von weniger als 45° von der senkrechten durch das Zentrum 24 durchtretenden Ebene angeordnet sind.
Ebenso sind der untere Kontaktpunkt 28 der Schlitteneinheit und der obere Kontaktpunkt 25 der Führungsschiene symmetrisch zum Zentrum 24 angeordnet und so ausgebildet, daß sie in Positionen mit einem Winkel C von mehr als 45° von der senkrechten, durch das Zentrum 24 durchtretenden Ebene angeordnet sind.
Um die jeweiligen Kontaktpositionen beizubehalten, wird die obere Halbführungsfläche 5t/ durch einen Abschnitt einer zylindrischen Fläche gebildet, deren Mittelpunkt auf einer Linie liegt, welche durch den oberen Kontaktpunkt 27 der Schlitteneinheit und das Kugelzentrum 24 gelegt ist. wobei der Kurvenradius dieser zylindrischen Fläche etwas größer als der Radius der Kugel 3 ausgebildet ist Entsprechendes gilt für die übrigen Kugelführungsbahnen.
Die Kugelführungsflächen 5 befinden sich auf Führungsleisten 9, die in Aussparungen 11 im Hauptkörper 15 der Schlitteneinheit gleitbar gelagert sind.
Auf dem Hauptkörper 15 der Schlitteneinheit führen Gewindebohrungen 16 senkrecht zu der äußeren Fläche 10 durch die Schlitteneinheit 2 zur Aussparung 11. Die inneren Flächen der Gewindebohrungen sind bei der Aussparung 11 als Gleitführungen 17 für Stifte 18 ausgebildet, die an der Rückseite 22 der Führungsfläche 9 anliegen und über Gewindebolzen 19 die Einstellung einer Vorspannung der Lageranordnung ermöglichen. Muttern 20 sind zur Sicherung des Gewindebolzens vorgesehen. Die Stellung der vorgespannten Führungsleiste 9 ist durch eine Spannschraube 23 fixierbar.
Aus F ι g. 6 ist die Zuordnung der Stifte 18 zur Führungsleiste 9 und zu den Gewindebolzen IS ersichtlich. Die Führungsleiste 9 ist im Hauptkörper 15 durch die Schrauben 21 an ihren beiden Enden über Führungsplattenhalter bzw. Lagerhalter 14, Seitenplatten 13 und Dichtungen 12 fixiert vgl. F i g. 2.
Das Wälzlager funktioniert wie folgt:
In der F i g. 5 ist mit V eine senkrechte Linie, mit H eine horizontale Linie, B ist ein Winkel, welcher durch die den oberen Kontaktpunkt 27 der Schlitteneinheit und das Zentrum 24 verbindende Linie und die senkrechte Linie V gebildet wird, ferner bezeichnet C einen Winkel, welcher durch die den unteren Kontaktpunkt 23 der Schlitteneinheit und das Zentrum 24 verbindende Linie und die senkrechte Linie Vgebildet wird.
Eine auf die Schlitteneinheit 2 wirkende abwärts gerichtete Belastung wird durch den Pfeil D, eine aufwärts gerichtete Belastung durch den Pfeil U dargestellt Bezeichnet man die an einer Kugel 3 am oberen Kontaktpunkt 27 der Schlitteneinheit angreifende Belastung infolge der Belastung D mit Z1, dann gilt für die Belastung F\ in der Normalrichtung folgende Beziehung:
55 bei die Gefahr eines Bruches der Schlitteneinheit 2 gegeben ist. Als Grenzbereich für den Winkel B wurde aus Versuchen ein optimaler Bereich von B = 30—40° ermittelt.
Bei einem Winkel B = 37° und einem Winkel C = 48° ergibt sich beispielsweise mit
cos B = 0,7986 und cos C = 0,6691, und unter der Annahme F, = F2 das Verhältnis
i = U94.
Auf diese Weise ist also ein besseres Lastverhältni zwischen den beiden Lastrichtungen erzielbar.
cos B "
Entsprechend gilt bei aufwärts gerichteter Belastung
60
cos C
Bei zu kleinem Winkel B wandert der obere Kontaktpunkt 27 der Schlitteneinheit nahe an das obere Ende der oberen Halbführungsfläche 5u der Schlitteneinheit 2, und es tritt eine Spannungskonzentration nahe dem oberen Ende der oberen Halbführungsfläche 5i/ auf, wo-Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 gleitbar in Axialrichtung der Gewindebohrung einPatentansprüche: gepaßt ist, und daß dieser Stift an seiner Endfläche (22) in Druckkontakt mit einer gleichartigen Ebene
1. Wälzlager für eine lineare Bewegung, bei dem am rückwärtigen Abschnitt der Fühningsfläche eine Schlitteneinheit (2) auf einer Führungsschiene s steht.
(1) gelagert ist, wobei die Schlitteneinheit Führungsplatten (9) mit Führungsflächen (5) aufweist, die den
Führungsflächen (4) an beiden Seiten der Führungsschiene (1) gegenüberstehen und symmetrisch links
und rechts an kanalartig gestalteten Innenflächen io Die Erfindung betrifft ein Wälzlager für lineare Beder Schieneneinheit ausgebildet sind, zwischen den wegung, bei dem eine Schlitieneinheit auf einer Füh-Führungsflächen (4) der Führungsschiene (1) und rungsschiene gelagert ist, wobei die Schlitteneinheit den Führungsflächen (5) der Schlitteneinheit (2) Ku- Führungsplatten mit Führungsflächen aufweist, die den geln (3) angeordnet sind, die Führungsflächen (5) der Führungsflächen an beiden Seiten der Führungsschiene Schlitteneinheit (2) und die Führungsflächen (4) der 15 gegenüberstehen und symmetrisch links und rechts an Führungsschiene (1) beiderseits einer durch das Zen- kanalartig gestalteten Innenflächen der Schieneneinheit trum (24) der Kugeln (3) verlaufenden Vertikalebene ausgebildet sind, zwischen den Führungsflächen der (V) liegen, in der linken und der rechten vertikalen Führungsschiene und den Führungsflächen der Schiit-Außenfläche der Führungsschiene in horizontaler teneinheit Kugeln angeordnet sind, die Führungsflächen Richtung zwei Führungsflächen vorgesehen sind, in 20 der Schlitteneinheit und die Führungsflächen der Fühdenen eine Gruppe von Kugeln rollt während an der rungsschiene beiderseits einer1 durch das Zentrum der fSchlitteneinheit (2) an den den besagten Führungs- Kugeln verlaufenden Vertikale'bene liegen, in der linken flächen gegenüberliegenden Stellen an den vertika- und der rechten vertikalen Außenfläche der Führungslen linken und rechten Innenflächen in horizontaler schiene in horizontaler Richtung zwei Führungsflächen Richtung zwei Führungsflächen vorgesehen sind, in 25 vorgesehen sind, in denen eine Gruppe von Kugeln rollt, denen die Gruppe von Kugeln rollt, alle Führungs- während an der Schlitteneinheit an den den besagten flächen jeweils eine obere Halbführungsfläche und Führungsflächen gegenüberliegenden Stellen an den eine untere Halbführungsfläche umfassen, diese vertikalen linken und rechten Innenflächen in horizon-Führungsflächen an der Schlitteneinheit und an der taler Richtung zwei Führungsflächen vorgesehen sind, Führungsschiene die Kugeln nur an Kontaktpunkten 30 in denen die Gruppe von Kugeln rollt, alle Führungsfläberühren, die Kugeln (3) die obere Halbführungsflä- chen jeweils eine obere Halbführungsfläche und eine ehe (Su) der Schlitteneinheit (2) an einem oberen untere Halbführungsfläche umfassen, die Führungsflä-Kontaktpunkt (27) und die untere Halbführungsflä- chen an der Schlitteneinheit und an der Führungsschieche (4/^ der Führungsschiene (1) an einem unteren ne die Kugeln nur an Kontaktpunkten berühren, die Kontaktpunkt (26) berühren, beide Kontaktpunkte 35 Kugeln die obere Halbführungsfläche der Schlitlenein-(26 und 27) symmetrisch zueinander und zu dem heit an einem oberen Kontaktpunkt und die untere Zentrum (24) jeder Kugel (3) liegen, während die Halbführungsfläche der Führungsschiene an einem unKugeln (3) die untere Halbführungsfläche (51) der teren Kontaktpunkt berühren, beide Kontaktpunkte Schlitteneinheit (2) an einem unteren Kontaktpunkt symmetrisch zueinander und zu dem Zentrum jeder Ku-(28) und die obere Halbführungsfläche (4u) der Füh- 40 gel liegen, während die Kugeln die untere Halbführungsschiene (1) an einem oberen Kontaktpunkt (25) rungsfläche der Schlitteneinheit an einem unteren Konberühren, und beide Kontaktpunkte (28 und 25) sym- taktpunkt und die obere Halbführungsfläche der Fühmetrisch zueinander und zum Zentrum (24) jeder rungsschiene an einem oberen Kontaktpunkt berühren. Kugel liegen dadurch gekennzeichnet, und beide Kontaktpunkte symmetrisch zueinander und daß die Führungsflächen (4 bzw. 5) der Führungs- 45 zum Zentrum jeder Kugel liegen, schiene (1) und der Schlitteneinheit (2) so gestaltet Bei einem bekannten, für lineare Bewegung vorgese-
sind, daß eine durch den oberen Kontaktpunkt (27) henen Wälzlager der genannnten Art (FR-IO 10 991) der Schlitteneinheit (2), das Zentrum (24) jeder Ku- sind die an der Schlitteneinheit und der Führungsschiegel (3) und den unteren Kontaktpunkt (26) der Füh- ne vorgesehenen Führungsflächen symmetrisch zu einer rungsschiene (1) verlaufende Linie in einem Winkel 50 vertikalen Ebene angeordnet. Die Winkel zwischen den zu der durch das Zentrum verlaufenden senkrechten die oberen Kontaktpunkte mit dem Zentrum der Ku-Ebene (V) steht, der zwischen etwa 30° und 40° liegt, geln verbindenden Linien und der Vertikalebene betra- und daß eine den unteren Kontaktpunkt (28) der gen auf beiden Seiten 30°. Bei einem solchen Lager ist Schlitteneinheit (2) über das Zentrum (24) jeder Ku- aufgrund dieser Symmetrie der Kontaktpunkte die Begel (3) mit dem oberen Kontaktpunkt (25) der Füh- 55 lastbarkeit für Abwärtsbelastung und Aufwärtsbelarungsschiene (1) verbindende Linie in einem Winkel stung gleich. Die seitliche Belastbarkeit ist bei diesem zur besagten Ebene (V) steht, der größer als 45° ist. bekannten Lager jedoch nur gering, so daß dieses Lager
2. Wälzlager nach Anspruch 1, dadurch gekenn- für viele Anwendungsfälle, beispielsweise zur Führung zeichnet, daß wenigstens eine der Führungsplatten von Werkzeugmaschinen, nicht geeignet ist. (9) der Schlitteneinheit (2) auf dem Hauptkörper (15) 60 Zur Führung von Werkzeugmaschinentischen ist eine der Schlitteneinheit so angeordnet ist, daß sie gegen Rollführung bekannt (DE-PS 9 62 126), bei der die Fühdie entsprechende Führungsfläche (4) der Führungs- rungsflächen durch V-förmige Nuten gebildet sind, wo· schiene (1) vor- oder zurückbewegbar ist, daß eine bei die einzelnen Führungsflächen an der Schlittenein-Gewindebohrung (16) durch den Hauptkörper (15) heit bzw. der Führungsschiene im Winkel von 90° zueinder Schlitteneinheit (2) von der Außenfläche zu der 65 ander stehen. Die Symmetrieebene des Lagers ist ge-Führungsplatte führt und das Ende eines in diese genüber der vertikalen um 30° gekippt. Bei dieser Kon-Gewindebohrung eingeschraubten Vorspannungs- struktion ist die Abwärtsbelastbarkeit relativ groß, und bolzens (19) in Kontakt mit einem Stift (18) steht, Her es können auch relativ große Seitenkräfte aufgenom-
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