DE3429480C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Linearlager der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.

Linearlager finden weitgehende Verwendung an den gegeneinander bewegten Teilen von verschiedenen Maschinen wie beispielsweise von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, automatischen Werkzeugwechslern, automatischen Schweißmaschinen, Spritzgußmaschinen und industriellen Robotern, wobei sie beispielsweise einen beweglichen Tisch lagern, der eine lineare Hin- und Herbewegung ausführen soll.

Es wurden bereits Linearlager vom sogenannten Kragarm- Typ vorgeschlagen (DE-OS 33 10 987), die paarweise beispielsweise zur Lagerung eines beweglichen Tisches verwendet werden und eine lineare Hin- und Herbewegung entlang einer Führungsschiene führen können, wobei nach unten gerichtete und horizontale Lasten durch eine der Schürzen des einen im wesentlichen C-förmigen Querschnitt aufweisenden Lagergehäuses jedes Linearlagers aufgenommen werden, während nach oben gerichtete und horizontale Lasten durch die jeweils andere Schürze aufgenommen werden. Derartige Linearlager können mit niedrigen Kosten hergestellt werden, weil es lediglich erforderlich ist, zwei Lastkugelnuten an dem Lagergehäuse und zwei Lastkugelnuten auf der Führungsschiene auszubilden, wobei diese Lastkugelnuten jedoch eine hohe Genauigkeit aufweisen müssen, damit die eine Last tragenden Kugeln gleichförmig in diesen Nuten abrollen können. Der Nutschleifvorgang ist hierbei schwierig, weil die Lastkugelnuten an dem Lagergehäuse auf den jeweiligen Innenoberflächen der beiden Schürzen liegen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Lastkugelnuten ballig ausgeführt werden sollen, wobei die Nutbreite an den beiden Endteilen jeder Lastkugelnut etwas größer ist als an deren Mittelteil, damit die Kugeln gleichförmig abrollen und von einem lastfreien Bereich in einen Lastbereich und umgekehrt umlaufen können. Bei derartigen paarweise verwendeten Linearlagern vom Kragarm-Typ ist es weiterhin möglich, eine Vorspannung dadurch zu erreichen, daß die Lagergehäuse um ihre Längsachse bei der Befestigung beispielsweise an dem Tisch geringfügig verkantet werden. Hierbei tritt jedoch eine Änderung des Eingriffs der Lagerkugeln in den jeweiligen Lastkugelnuten des Lagerkörpers und der Führungsschiene auf, was zu einer ungleichförmigen Abnutzung der Lastkugelnuten führen kann. Aus diesem Grunde muß das Lagergehäuse aus einem Material hergestellt werden, das eine hohe Steifigkeit und Härte ergibt, wie dies für die Lastkugelnuten erforderlich ist.

Um die Probleme beim Schleifen der Lastkugelnuten zu vermeiden, wurde weiterhin bereits vorgeschlagen (DE-OS 34 19 434), in den Schürzen des Lagerkörpers einen im wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisende Laufbahnaufnahmenuten auszubilden, in die entsprechend gehärtete Laufbahneinsätze einsetzbar sind. In diesem Fall kann der Lagerkörper selbst aus einem eine geringere Festigkeit aufweisenden Material hergestellt werden und die Anforderungen an den Nutschleifvorgang an dem Lagerkörper sind nicht so hoch, da die Lagerkugeln in den Laufbahneinsätzen geführt werden, die getrennt mit hoher Genauigkeit bearbeitet werden können. Diese Laufbahneinsätze werden durch Vorsprünge an den unteren Enden der Schürze und durch eine Befestigungsplatte am Boden des Lagerkörpers gegen eine Verdrehung gesichert, da das Linearlager anderenfalls keine vertikalen Kräfte und insbesondere keine Drehmomentbeanspruchungen um die Längsachse des Linearlagers aufnehmen könnte. Wenn bei paarweiser Verwendung derartiger Linearlager jedoch eine Vorspannung durch Verkanten der Linearlager erzielt werden soll, so ergeben sich damit ebenfalls Probleme hinsichtlich einer Änderung des Eingriffs der Wälzelemente, was in diesem Fall zu einer ungleichförmigen Abnutzung der Laufbahneinsätze führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Linearlager mit Laufbahneinsätzen dahingehend weiterzubilden, daß es als Kragarm-Lager mit einstellbarer Vorspannung verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Linearlagers können sich bei einem Verkanten der Lagerkörper gegenüber dem von diesen getragenen Gegenstand, beispielsweise einem Tisch, die Laufbahnaufnahmenuten auf die entsprechenden Kugelabrollnuten auf der Führungsschiene ausrichten, so daß sich keine Änderung des Eingriffs der Lagerkugeln bei diesem Verkanten zur Erzielung der Vorspannung ergibt.

Die Einstellung der Vorspannung kann durch eine höhenversetzte Anordnung der Kugelabrollnuten der im Anspruch 2 angegebenen Art verbessert werden.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Linearlagers gelingt es, die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern und eine einwandfreie Härtung und Bearbeitung zu ermöglichen, da die Laufbahneinsätze getrennt bearbeitet werden können. Durch die Möglichkeit einer Vorspannung wird die Berührungsfläche aller Kugeln in den Kugelabrollnuten vergrößert und aufgrund der getrennten Ausbildung der Laufbahneinsätze können die darin ausgebildeten Lastkugelnuten ballig ausgebildet werden, wodurch der gleichförmige Umlauf der Kugeln von dem unbelasteten Bereich zum Lastbereich und umgekehrt verbessert wird.

Schließlich können die Produktionskosten verringert werden, da der Lagerkörper aus einem Material hergestellt werden kann, das preisgünstig und leicht ist, da es keine große Härte für die Ausbildung der Lastkugelnuten aufweisen muß. Durch die Verringerung des Gewichtes kann weiterhin eine Verringerung der Trägheit und eine Vergrößerung der Betriebsgeschwindigkeit der Linearlager erreicht werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine Vorderansicht einer Ausführungsform des Linearlagers,

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des Linearlagers nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Linearlager nach Fig. 1,

Fig. 4 eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV nach Fig. 2,

Fig. 5 eine Schnittansicht entlang der Linie V-V nach Fig. 4,

Fig. 6 eine Vorderansicht des Lagerkörpers des Linearlagers,

Fig. 7 eine Seitenansicht des Lagerkörpers nach Fig. 6,

Fig. 8 eine Unteransicht des Lagerkörpers nach Fig. 6,

Fig. 9 eine perspektivische Ansicht eines Laufbahneinsatzes der Ausführungsform des Linearlagers,

Fig. 10 eine vergrößerte, teilweise vertikale Schnittansicht des Laufbahneinsatzes nach Fig. 9,

Fig. 11 und 12 den Fig. 5 bzw. 10 ähnliche Schnittansichten, die eine abgeänderte Ausführungsform des Laufbahneinsatzes zeigen,

Fig. 13 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der Führungsschiene des Linearlagers,

Fig. 14 eine Schnittansicht eines linear verschiebbaren Tisches unter Verwendung von Linearlagern nach Fig. 1.

Die in den Fig. 1 bis 5 dargestellte Ausführungsform des Linearlagers B weist einen Lagerkörper 1, zwei Lagerlaufbahnen 2 a, 2 b, zwei Endplatten 3 a, 3 b, eine Vielzahl von Lagerkugeln 4 und eine Führungsschiene 5 auf. Der Lagerkörper 1 ist so geformt, daß er einen im wesentlichen C-förmigen Querschnitt mit Schürzen 6 a, 6 b aufweist, die bezogen auf die Längsachse des Lagers B asymmetrisch zueinander sind. Eine Schürze 6 a ist auf der Innenoberfläche mit einer Laufbahnaufnahmenut 7 a mit im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt ausgebildet, die sich diagonal nach unten unter 45° gegenüber der horizontalen Ebene des Lagers B öffnet, während die andere Schürze 6 b an ihrer Innenoberfläche mit einer Laufbahnaufnahmenut 7 b mit im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt versehen ist, die sich diagonal nach oben unter 45° gegenüber der horizontalen Ebene des Lagers B öffnet. Der Lagerkörper 1 weist weiterhin Kugelrücklaufbohrungen 8 auf, die sich in Längsrichtung durch den Lagerkörper und parallel zu den entsprechenden Laufbahnaufnahmenuten 7 a, 7 b erstrecken. Die Laufbahneinsätze 2 a, 2 b sind mit einer im wesentlichen halbzylindrischen Form ausgebildet und jeweils in die Laufbahnaufnahmenuten 7 a, 7 b in dem Lagerkörper 1 eingesetzt. Ein Laufbahneinsatz 2 a weist eine Lastkugelnut 9 mit im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt auf, die sich diagonal nach unten unter 45° gegenüber der horizontalen Ebene des Lagers B öffnet, während der andere Laufbahneinsatz 2 b eine Lastkugelnut 9 mit im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt aufweist, die sich diagonal nach oben unter 45° gegenüber der horizontalen Ebene des Lagers B öffnet. Die Endplatten 3 a, 3 b sind an den beiden in Längsrichtung gelegenen Endflächen des Lagerkörpers 1 befestigt. Jede Endplatte 3 a, 3 b weist auf ihrer Innenoberfläche eine Führungsnut 10 auf, die eine Verbindung zwischen einem Ende jeder Lastkugelnut 9 und dem entsprechenden Ende der zugehörigen Kugelrücklaufbohrung 8 herstellt, so daß eine der endlosen Bahnen gebildet wird. Die Kugeln 4 können auf diesen endlosen Bahnen umlaufen. Weiterhin wird die Führungsschiene 5 mit ihrem oberen Teil mit vorgegebenem Spiel in der Ausnehmung aufgenommen, die auf der Unterseite des Lagerkörpers 1 ausgebildet ist. Die Führungsschiene 5 weist Kugelabrollnuten 11 mit im wesentlichen halbkreisförmigem Querschnitt auf, die in Längsrichtung der Führungsschiene 5 derart ausgebildet sind, daß sie auf die entsprechenden Lastkugelnuten 9 gerichtet sind. Die Führungsschiene 5 kann über die Kugeln 4 die Last tragen, die auf den Lagerkörper 1 ausgeübt wird.

Der Lagerkörper 1 weist gemäß den Fig. 1 bis 8 überhängende Teile 12 a, 12 b auf, die sich jeweils entlang der Außenseiten der beiden Schürzen 6 a bzw. 6 b erstrecken. Jeder überhängende Teil 12 a, 12 b ist an den längsgerichteten Endteilen mit Ausnehmungen 13 in der unteren Oberfläche und mit Befestigungsbohrungen 14 ausgebildet, die sich vertikal durch diese Teile hindurch erstrecken. Weiterhin weist der Lagerkörper 1 in den längsgerichteten Endoberflächen Bohrungen 15 zur Aufnahme von Schrauben auf, die zur Befestigung der Endplatten 3 an den jeweiligen Endflächen verwendet werden. Zusätzlich ist an jedem in Längsrichtung liegenden Ende jeder Kugelrücklaufbohrung 8 in dem Lagerkörper 1 ein abgerundeter Teil 16 ausgebildet, der sich in Richtung auf den Mittelpunkt der entsprechenden Lastkugelnut 9 erstreckt, so daß die Kugeln gleichförmig zwischen jeder Kugelrücklaufbohrung 8 und der entsprechenden Führungsnut 10 auf der Endplatte 3 umlaufen können.

Entsprechend ist der Lagerkörper 1 nicht direkt mit den Lastkugelnuten 9 versehen, durch die hindurch die Kugeln 4 rollen, so daß der Lagerkörper keine besonders hohe Steifigkeit und Festigkeit aufweisen muß. Weiterhin kann bei dieser Konstruktion der Lagerkörper 1, aus einem Material mit geringem Gewicht hergestellt und beispielsweise durch Aluminiumspritzgießer, Aluminiumstrangpressen oder Formen aus hartem Kunststoff gebildet sein, wodurch die Massenträgheit verringert ist.

Die Laufbahneinsätze 2 a, 2 b, die jeweils in die Laufbahnaufnahmenuten 7 a, 7 b in den Innenoberflächen der beiden Schürzen 6 a, 6 b des Lagerkörpers 1 eingesetzt werden, sind aus einem Material mit hoher Steifigkeit und Festigkeit hergestellt. An den Enden jeder der Lastkugelnuten 9, die in den Laufbahneinsätzen 2 a, 2 b ausgebildet sind, ist ein abgerundeter Teil 17 ausgebildet, der sich in Richtung auf den Mittelpunkt der entsprechenden Kugelrücklaufbohrung 8 erstreckt, so daß die Kugeln 4 gleichförmig zwischen jeder Lastkugelnut 9 und der entsprechenden Führungsnut 10 umlaufen können, die in der Endplatte 3 ausgebildet ist.

Jeder Laufbahneinsatz 2 a, 2 b weist in der in vergrößertem Maßstab in den Fig. 11 und 12 gezeigten Weise eine ballige Form derart auf, daß der Mittelteil der Laufbahneinsätze einen etwas größeren Durchmesser aufweist als die beiden Endteile, so daß die Laufbahneinsätze 2 a, 2 b eine leichte Dreh- und Längsbewegung in den jeweiligen Laufbahnaufnahmenuten 7 a, 7 b in dem Lagerkörper 1 ausführen können. Wenn daher der Lagerkörper 1 eine lineare Hin- und Herbewegung entlang der Führungsschiene 5 ausführt, läuft dieser Lagerkörper 1 gleichförmig über irgendeine geringfügige vertikale Welligkeit oder Verdrehung der Führungsschiene 5 und bewirkt eine Ausrichtung, so daß eine gleichförmige geradlinige Hin- und Herbewegung erreicht werden kann.

Aus den Fig. 1, 4 und 13 ist zu erkennen, daß die Führungsschiene 5 aus einer Vierkantstange mit im quadratischen Querschnitt und hoher Steifigkeit besteht und auf einer ihrer Schultern mit einer Kugelabrollnut 11 versehen ist, die sich in Längsrichtung erstreckt und sich diagonal nach oben unter 45° gegenüber der horizontalen Ebene der Führungsschiene 5 öffnet. Die Führungsschiene ist auf der anderen Seitenoberfläche mit einer Ausnehmung 25 mit dreieckförmigem Querschnitt versehen, die sich in Längsrichtung der Führungsschiene 5 erstreckt. In der Wandfläche der Ausnehmung 25 ist die andere Kugelabrollnut 11 ausgebildet, die sich diagonal nach unten unter einem Winkel von 45° gegenüber der horizontalen Ebene der Führungsschiene 5 öffnet. Bohrungen 27 sind in die Führungsschiene 5 mit einem vorgegebenen gegenseitigen Abstand gebohrt, um Befestigungsschrauben (Bezugsziffer 26 in Fig. 4) zur Befestigung der Führungsschiene 5 aufzunehmen.

Das beschriebene Linearlager B kann beispielsweise bei einem linear verschiebbaren Tisch Verwendung finden, der eine lineare Hin- und Herbewegung verschiedener Arten von Maschinen oder Einrichtungen durchführt. Wie dies beispielsweise in Fig. 4 gezeigt ist, sind zwei Führungsschienen 5 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 26 an einer Befestigungs-Bezugsfläche 29 eines Bettes 28 befestigt, das seinerseits auf einer Maschine oder Vorrichtung befestigt ist, und ein Befestigungstisch 30 ist auf den Lagerkörpern 1 angeordnet, die entlang ihrer jeweiligen Führungsschienen 5 gleiten. Der Befestigungstisch 30 ist mit Hilfe von Verbindungsschrauben 31 an den Lagerkörpern 1 befestigt. Zur Ausübung einer vorgegebenen Vorspannung auf jedes Lager B wird in diesem Fall eine (nicht gezeigte) Beilagscheibe mit vorgegebener Stärke zwischen jedem Lagerkörper 1 und dem Befestigungstisch 30 derart eingefügt, daß jeder Lagerkörper 1 in Richtung des entsprechenden Pfeils Y verdreht wird. Wenn die Lagerkörper 1 gekippt oder geneigt werden, so folgen die Laufbahneinsätze 2 a, 2 b dieser Lagerkörper der Neigungsbewegung des Lagerkörpers 1, um eine Ausrichtung zwischen den Kugelabrollnuten auf der Führungsschiene 5 und den entsprechenden Lastkugelnuten 9 in den Laufbahneinsätzen 2 a, 2 b über die Kugeln 4 herzustellen, so daß eine gleichförmige lineare Hin- und Herbewegung jedes Lagerkörpers 1 sichergestellt werden kann.

Claims (2)

1. Linearlager mit Wälzkörperrücklauf in einem Lagerkörper, der einen C-förmigen Querschnitt mit zwei sich nach unten erstreckenden Schürzen aufweist, mit einer prismatischen Führungsschiene, mit zwei in den Innenoberflächen der Schürzen ausgebildeten und im Querschnitt halbkreisförmigen Laufbahnaufnahmenuten, und mit in die Laufbahnaufnahmenuten eingesetzten, einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweisenden Laufbahneinsätzen mit Lastkugelnuten für zwischen dem Lagerkörper und der Führungsschiene rollende Wälzelemente, dadurch gekennzeichnet, daß sich die erste Laufbahnaufnahmenut (7 a) diagonal nach unten öffnet, während die andere Laufbahnaufnahmenut (7 b) sich diagonal nach oben öffnet, und daß die Laufbahneinsätze (2 a, 2 b) in die Laufbahnaufnahmenuten (7 a, 7 b) derart eingesetzt sind, daß sich die Lastkugelnuten (9) auf entsprechende Kugelabrollnuten (11) auf der Führungsschiene (5) ausrichten.

2. Linearlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (5) eine erste auf einer Schulter der Führungsschiene (5) angeordnete Kugelabrollnut (11), die auf die sich diagonal nach unten öffnende Lageraufnahmenut gerichtet ist, und eine zweite Kugelabrollnut (11) aufweist, die in einer Wandfläche einer Ausnehmung (25) mit dreieckförmigem Querschnitt ausgebildet ist und auf die sich diagonal nach oben öffnende Laufbahnaufnahmenut (7 b) gerichtet ist.