DE4115482A1

DE4115482A1 - Linearfuehrungseinheit

Info

Publication number: DE4115482A1
Application number: DE19914115482
Authority: DE
Inventors: Juergen Oetjen
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1991-05-11
Filing date: 1991-05-11
Publication date: 1992-11-12

Description

Die Erfindung betrifft eine Linearführungseinheit mit einer Führungsschiene, die seitlich mit Führungsbahnen für Wälzkörper versehen ist, die in endlosen Wälzkörperreihen in Umlaufführungen geführt sind, die einem Schlitten zuge ordnet sind, der durch einen Wälzschraubtrieb entlang der Führungsschiene bewegbar ist, wobei der Wälzschraubtrieb aus einer einen Bestandteil des Schlittens bildenden Mut ter und aus einer diese zumindest teilweise durchdringende und mit einem schraubenlinienförmigen Gang versehenen Spindel besteht, welche durch einen Drehantrieb antreibbar ist, und wobei der Schlitten zum Anschluß eines zu bewe genden Teiles ausgebildet ist.

Eine derartige Linearführungseinheit ist beispielsweise aus der US-PS 49 53 418 bekannt. Dabei ist der Wälz schraubtrieb als Kugelschraubtrieb ausgebildet. Die Mut ternbohrung ist halbiert. Am Schlitten sind, der Führungs schiene gegenüberliegend, über einen Halbkreis verlaufend, die Rillen für die Führung der Kugeln untergebracht. An sonsten ist die Führungsschiene mit einer die Ausnehmung im Schlitten zu einer Bohrung ergänzenden, jedoch nicht mit Rillen versehenen Halbkreisausnehmung ausgestaltet. Nur circa die Hälfte der Kugeln, die zur Verstellung des Tisches zwischen Spindel und Tisch bzw. Führungsschiene angeordnet sind, nehmen an der Drehmomentübertragung teil. Aus diesem Grunde ist diese Ausführungsform nur für gerin ge Verstellkräfte geeignet. Darüberhinaus ergibt sich der Nachteil, daß die als geschlossene Reihe umlaufenden Kugeln die Führungsrillen in der Ausnehmung des Tisches verlassen und später wieder in die nächste Rille eintreten.

Am Übergang ergibt sich ein Stoß, der zum Verklemmen führen kann, wenn die Kugeln über diesen Spalt laufen. Hieraus folgt, daß auch nur geringe Verstellgeschwindig keiten erreichbar sind. Ein weiterer Nachteil ist darin begründet, daß durch die offene Bauweise Verstellkräfte, die über die Spindel auf die Kugeln übertragen werden als Biegemomente auf den Schlitten einwirken und darüberhinaus die Kugelumlaufführungen zur Führung des Schlittens an der Führungsschiene belasten.

Ein weiterer Nachteil der Verwendung eines Kugelwälz schraubtriebs besteht darin, daß aufgrund der Kugeln als drehmomentübertragende Bauteile eine relativ große Stei gung erforderlich ist, die die Positioniergenauigkeit herabsetzt.

Ferner ist beispielsweise aus der DE 38 15 595 A1 eine Linearführungseinheit bekannt, bei der der Führungs schlitten aus mehreren Komponenten zusammengesetzt ist. Die Umlaufführungen haben einen separates Gehäuse zur Aufnahme der Laufbahnen. Dieses ist an einem Verbindungs körper durch Schrauben befestigt. Ferner ist für den Wälz schraubtrieb eine separate Mutter vorgesehen, die in eine Bohrung des Verbindungskörpers eingesetzt und ebenfalls mit diesem verschraubt ist. Diese Ausführungsform führt aufgrund der Anzahl der zusammenzufügenden Bauteile zu einem großen Bauvolumen und Gewicht, da jedes Bauteil so auszulegen ist, daß es festigkeitsmäßig den auftretenden Belastungen genügt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte und kostengünstige Linearführungseinheit vorzuschlagen, die für hohe Verstellkräfte geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spindel durch eine unmittelbar in den Schlitten eingear beitete und parallel zur Längsachse der Führungsschiene verlaufende Bohrung des Schlittens, einen Ringraum zwischen ihrer Außenfläche und der Wandung der Bohrung bildend, hindurchgeführt ist, daß der schraubenlinienför mige Gang der Spindel als Gewinde ausgebildet ist und im Ringraum zwischen der Außenfläche der Spindel und der Wandung der Bohrung gerillte Rollen umfangsverteilt ange ordnet sind, die mit ihrem Rillenprofil in die Lücken des Gewindeganges der Spindel und die Lücken der profilierten Bohrung eingreifen.

Von Vorteil bei dieser Lösung ist, daß nur wenige Einzel teile vorhanden sind. Hierdurch ergibt sich eine Kosten reduzierung. Ferner ergibt sich gegenüber dem Stand der Technik ein kleinerer Bauraum, insbesondere eine kleinere Bauhöhe. Diese resultiert daraus, daß die bei der Auf teilung in Einzelbauteile jeweils für die Aufnahme der Belastung erforderlichen Materialstärken reduziert werden können. Die volle Integration der Funktion hat aber auch den Vorteil, daß neben der Reduzierung des Höhenabstandes zwischen der Längsachse der Spindel und der der Traglauf bahn der Umlaufführung eine höhere Steifigkeit gegenüber einer geteilten Ausführungsform erzielt wird. Insbesondere wird hierdurch die Möglichkeit erreicht, höhere Drehmomen te zu übertragen und damit können größere Lasten bewegt werden. Ferner wird durch die kleinere Bauweise auch eine verbesserte Kippsteifigkeit erreicht. Aus der kompakten Bauweise resultieren kleinere Gewichte und geringere Massenkräfte. Die Ausbildung des Wälzschraubtriebs als Rollengewindetrieb führt desweiteren zu einer erhöhten Positioniergenauigkeit und zu einer Verringerung der Schwingungen.

Schließlich lassen sich auch die Bautoleranzen günstig beeinflussen, weil Schnittstellen wegfallen. Es wird eine insgesamt höhere Fertigungsgenauigkeit erzielt, während bei einer Lösung mit einer geteilten Führung und Ausbil dung als Kugelschraubtrieb besonders enge Toleranzen ge wählt werden müssen, um einen stoßfreien und klemmfreien Betrieb zu gewährleisten.

Eine Folge aus der Integration eines Rollengewindetriebs gegenüber den bekannten Kugelschraubtrieben ist auch das Arbeiten mit höheren Verstellgeschwindigkeiten und höheren Drehzahlen. Ferner ergeben sich geringere Geräusche beim Betrieb, weil ein kontinuierliches Abwälzen gewährleistet ist, während beim Stand der Technik stets im Bereich des Überlaufens in die nächste Führungsrille ein Stoß erzielt wird. Desweiteren ist es möglich, den Gewindegang der Spindel für einen Rollengewindetrieb im harten Zustand durch Wirbeln herzustellen. Daraus resultieren geringere Verzüge, so daß die Genauigkeit noch erhöht wird. Schließ lich besteht noch ein Vorteil gegenüber einem Kugel schraubtrieb darin, daß der Führungsschlitten im Fertig zustand getrennt von der Spindel bevorratet werden kann. Die Rollen sind fest im Führungsschlitten gelagert, während bei einem Kugelschraubtrieb grundsätzlich Führungsschlitten und Spindel gemeinsam in montierter Form zu lagern sind, um ein Herausfallen der Kugeln zu ver meiden.

Es sind zwei verschiedene Gestaltungsmöglichkeiten vorge sehen. Nach einer ersten Ausführungsform können auch die Rollen und die Bohrung im Schlitten mit einem dem Gewinde der Spindel entsprechenden Gewinde versehen sein. Alter nativ ist es jedoch möglich, die Rollen und die Bohrung des Schlittens mit dem Querschnitt des Gewindegangs und den Lücken des Gewindes der Spindel angepaßten, aber ent sprechend der Steigung des Gewindes parallel beabstandeten umlaufenden Rillen zu versehen.

Eine solche Lösung ist möglich, weil der Kontakt zwischen den Rollen und der Spindel sich jeweils auf einen geringen Umfangsabschnitt des Gewindes beschränkt.

Die an sich schon kompakte Bauweise kann noch dadurch ver bessert werden, daß die in den Schlitten unmittelbar ein gearbeiteten Traglaufbahnen und Rücklaufbahnen für die Wälzkörper der Umlaufführungen, die sich parallel zur Längsachse der Führungsschiene erstrecken, mit einem Ver satz der Rücklaufbahn für die Wälzkörper gegenüber der Traglaufbahn zur Anschlußfläche des Schlittens hin ausge führt sind.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es auch mög lich, die die Rollen aufnehmende Bohrung des Schlittens und die beiden Umlaufführungen durch eine Schmierstelle mit Schmiermittel zu versorgen. Hierzu sind deren Schmier kanäle verbunden. Es entfallen Dichtstellen, die bei der getrennten Bauweise für eine zentrale Schmierung vorzu sehen wären. Zur Schmierung der Umlaufführung ist vorge sehen, daß die Schmierkanäle in den Rücklaufbohrungen münden.

Besonders günstige Verhältnisse ergeben sich dann, wenn die Führungsschiene an einer Innenfläche eines länglichen, im Querschnitt U-förmigen Gehäuses angebracht ist und der aus dem Gehäuse herausragende Schlitten längs derselben verstellbar ist und von einem am Gehäuse angebrachten Drehantrieb antreibbar ist. Hierbei wird eine vorgefertig te Baueinheit erreicht, die komplett einbaufertig ist. Diese Baueinheit kann auch schon abgedichtet sein. Es erübrigen sich separate Abdichtungen für den Rollengewin detrieb und die Längsführung. Es ist jedoch auch eine gemeinsame Abdichtung für diese möglich, wenn beide nicht in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 eine komplette Linearführungseinheit, die in einem Gehäuse untergebracht ist, im Längs schnitt gemäß Schnitt A-A nach Fig. 2,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie B-B nach Fig. 1,

Fig. 3 eine perspektivische Schnittdarstellung, aus der die Lage einer Umlaufführung im Schlitten und bezüglich der Führungsschiene erkennbar ist und

Fig. 4 eine Einzelheit Z entsprechend Fig. 1.

Die Linearführungseinheit 1 umfaßt das Gehäuse 2, das von der Spindel 3, die in einem Festlager 4 und Loslager 5 gehalten ist, passiert wird. Festlager 4 und Loslager 5 sind an den Stirnflächen des Gehäuses 2 befestigt. Das Gehäuse ist, wie insbesondere aus Fig. 2 hervorgeht, als U-förmiges Profil gestaltet. Im Gehäuse ist entlang der Spindel 3 und einer Führungsschiene 8, die an der dem Boden 11 des Gehäuses 2 zugehörigen Innenfläche 9 be festigt ist, längs verfahrbar angebracht. Die Führungs schiene 8 ist durch Befestigungsschrauben 10 am Boden 11 festgelegt. Die Spindel 3 ist über einen Drehantrieb 12, der den Antriebszapfen 13 antreibt, in Drehung versetzbar. Der Schlitten 6 ist mit einer Anschlußfläche 7 versehen, die nach oben aus dem Gehäuse 2 herausragt und zum An schluß von zu bewegenden Lasten gedacht ist.

Das Loslager 5 besteht aus dem Lagergehäuse 14, das mit dem Gehäuse 2 verbunden ist, und dem Nadellager 16, wel ches den Lagerzapfen 15 der Spindel 3 drehbar lagert.

Das Festlager 4 umfaßt ebenfalls ein Lagergehäuse 17, in welchem zwei zweireihige Schrägschulterkugellager 18 ange ordnet sind. Die Innenringe 19 der beiden Kugellager 18 sind auf dem Zapfen 20 der Spindel 3 aufgenommen und wer den durch eine Mutter 21 gegen eine Schulter 22 der Spin del 3 verspannt. Die Außenringe 23 der beiden Schräg schulterkugellager 18 sind in der Bohrung 24 des Lagerge häuses 17 aufgenommen und sind ebenfalls durch eine Mutter 25 axial festgelegt.

Der Schlitten 6 ist über Kugelumlaufführungen 26 entlang der Führungsschiene 8 bewegbar. Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, weist die Führungsschiene 8 beidseitig Tragrillen 27 auf, in welchen die Kugeln 31 der Umlaufführungen 26 abwälzen. Der Schlitten 6 weist eine Ausnehmung auf, in deren Seitenflächen die Traglaufbahnen 28 angeordnet sind, welche den Tragrillen 27 der Führungs schiene 8 gegenüberliegen. Die Kugeln 31 werden gegen Herausfallen durch Haltestege 32 gesichert. Seitlich sind an den Schlitten 6 Umlenkführungen 30 angeschlossen, welche die Traglaufbahnen 28 an ihren Enden mit den Rück laufbohrungen 29 im Schlitten verbinden. Die Umlenk führungen 30 enthalten halbkreisförmige Umlenkbahnen, in denen die Kugeln 31, je nach Bewegungsrichtung, von den Traglaufbahnen 28 zu den Rücklaufbohrungen 29 oder aus der Rücklaufbohrung 29 in die Traglaufbahn 28 überführt werden. Die Rücklaufbohrungen 29 sind gegenüber der Trag laufbahn 28 nach oben zur Anschlußfläche 7 hin versetzt. Hierdurch wird in Querrichtung bezüglich der Schiene eine geringere Abmessung erforderlich.

Die Spindel 3 ist durch eine Bohrung 33 im Schlitten 6 hindurchgeführt. Die Spindel 3 ist auf ihrer Außenfläche mit einem Gewinde 36, insbesondere einem ein- oder mehrgängigen Spitzgewinde versehen. Im Ringraum zwischen der Außenfläche der Spindel 3 und der Wandung der Bohrung 33 des Schlittens 6 sind umfangsverteilt Rollen 34 angeordnet. Wie aus den Fig. 1, 2 und 4 ersichtlich, weisen die Rollen 34 auf ihrer Außenfläche entweder Rillen oder ein Gewinde auf, welche mit dem Positionszeichen 37 versehen sind. Mit diesem Rillenprofil 37 greifen die Rollen 34 in die mit entsprechenden Rillen 35 versehene Bohrung 33 des Schlittens 6 ein. Es bestehen verschiedene Ausgestaltungsmöglichkeiten. So können die Rillen 35 der Bohrung 33 und die Rillen 37 der Rollen 34 als umlaufende Ringrillen gestaltet sein oder aber entsprechend dem Gewinde 36 der Spindel 3 ebenfalls als Gewinde ausgestaltet sein. Voraussetzung in beiden Fällen ist, daß ein Ineinandergreifen der sich ergebenden Profile der Rillen 35, 37 des Gewindes 36 gewährleistet ist.

Wie aus Fig. 4 erkennbar, ist der Gewindegang 45 des Gewindes 36 der Spindel 3 durch Lücken 46 unterbrochen. In die Lücke 46 greift die Rolle 34 mit ihrem Profil 49 ein. In die Lücken 50 des Profiles 49 der Rolle 34 greift das Profil 47 der Bohrung 33 des Schlittens 6 ein. Die Lücken 48 des Profils der Bohrung 33 passen zu dem Profil 49 der Rolle 34. Entweder können Rolle 34 und Bohrung 33 so ge staltet sein, daß deren Lücken 48 und 50 Ringrillen bilden oder entsprechend dem Gewinde 36 gestaltet sind. Für den Fall, daß Ringrillen gebildet werden, weisen diese einen Lückenabstand auf, der dem der Steigung des Gewindes 36 entspricht.

Die Rollen 34 weisen an beiden Enden Zahnritzel 38 auf, die über Verzahnungen 39 in entsprechende Innenverzahnun gen eines Zahnringes 40 eingreifen, welche jeweils in seitlichen Bohrungsabsätzen der Bohrung 33 des Schlittens 6 eingesetzt sind. Die Verzahnung 39 und der Eingriff der Zahnritzel 38 in die Verzahnung der Zahnringe 40 gewähr leistet einen synchronen Umlauf der umfangsverteilten Rollen 34. Ferner besitzen die Rollen 34 an ihren Enden Führungszapfen 41, mit denen sie in Führungsbohrungen 43 von Führungsscheiben 42 eingreifen. Diese sichern die Umfangslage der Rollen 34 einander gegenüber und halten die Rollen 34 in Eingriff zu der profilierten Bohrung 33 des Schlittens 6. Die Führungsscheiben 42 sind drehbar und über einen Sicherungsring 44 axial gehalten. Beim Abwälzen der Rollen 34 drehen sich die Führungsscheiben 42 ent sprechend gegenüber dem Schlitten 6 und der Spindel 3 um die Drehachse X. Zur Verstellung des Schlittens 6 entlang der Führungsschiene 8 wird die Spindel 3 über den Drehan trieb 13 in Drehung versetzt. Der Drehbewegung der Spindel 3 entsprechend wälzen sich die Rollen 34 auf dem Gewinde 36 der Spindel 3 ab und verstellen den Schlitten 6.

Zur gemeinsamen Schmierung der Umlaufführung 26 und der Bohrung 33 sind Schmierkanäle 51, 52 vorgesehen. Die Schmierkanäle 51 führen zu den Rücklaufbohrungen 29 der Umlaufführung 26 bzw. zur Bohrung 33 des Schlittens 6, in dem die Rollen 34 abwälzen. Sie sind durch einen gemein samen Schmierkanal 52 verbunden, der über einen Anschluß 53 mit Schmiermittel zu versehen ist.

Sowohl das Gehäuse 2 als auch der Schlitten 6 weisen auf ihrer Außenfläche bzw. Anschlußfläche 7 Nuten 54 zur Be festigung auf, in welche entsprechende Klemm- oder Halte elemente in Form von Muttern oder Schraubenköpfen einsetz bar sind.

Bezugszeichenliste.

1 Linearführungseinheit
2 Gehäuse
3 Spindel
4 Festlager
5 Loslager
6 Schlitten
7 Anschlußfläche des Schlittens
8 Führungsschiene
9 Innenfläche des Gehäuses
10 Befestigungsschrauben
11 Boden des Gehäuses
12 Drehantrieb
13 Antriebszapfen
14 Lagergehäuse des Loslagers
15 Lagerzapfen des Loslagers
16 Nadellager
17 Lagergehäuse des Festlagers
18 zweireihiges Schrägschulterkugellager
19 Innenringe
20 Zapfen
21 Mutter
22 Schulter
23 Außenring
24 Bohrung im Lagergehäuse
25 Mutter
26 Umlaufführungen
27 Tragrillen der Führungsschiene
28 Traglaufbahn im Schlitten
29 Rücklaufbohrung im Schlitten
30 Umlenkführung
31 Kugeln/Wälzkörper
32 Haltesteg
33 Bohrungen im Schlitten
34 Rollen
35 Rillen in Bohrung
36 Gewinde der Spindel
37 Rillen der Rollen
38 Zahnritzel
39 Verzahnung
40 Zahnring
41 Führungszapfen
42 Führungsscheibe
43 Führungsbohrung
44 Sicherungsring
45 Gewindegang der Spindel
46 Lücken des Gewindeganges
47 Profil der Bohrung
48 Lücken des Profils der Bohrung/Rillen
49 Profil der Rolle
50 Lücken des Profils der Rolle/Rillen
51, 52 Schmierbohrung/Schmierkanäle
53 Schmieranschluß
54 Nuten

Claims

1. Linearführungseinheit mit einer Führungsschiene, die seitlich mit Führungsbahnen für Wälzkörper versehen ist, die in endlosen Wälzkörperreihen in Umlaufführun gen geführt sind, die einem Schlitten zugeordnet sind, der durch einen Wälzschraubtrieb entlang der Führungs schiene bewegbar ist, wobei der Wälzschraubtrieb aus einer einen Bestandteil des Schlittens bildenden Mut ter und aus einer diese zumindest teilweise durchdrin gende und mit einem schraubenlinienförmigen Gang ver sehenen Spindel besteht, welche durch einen Drehan trieb antreibbar ist, und wobei der Schlitten zum Anschluß eines zu bewegenden Teiles ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spindel (3) durch eine unmittelbar in den Schlitten (6) eingearbeitete und parallel zur Längs achse (X) der Führungsschiene (8) verlaufende Bohrung (33) des Schlittens (6), einen Ringraum zwischen ihrer Außenfläche und der Wandung der Bohrung (33) bildend, hindurchgeführt ist, daß der schraubenlinienförmige Gang der Spindel (3) als Gewinde (36) ausgebildet ist und im Ringraum zwischen der Außenfläche der Spindel (3) und der Wandung der Bohrung (33) gerillte Rollen (34) umfangsverteilt angeordnet sind, die mit ihrem Rillenprofil in die Lücken (46) des Gewindeganges (45) der Spindel (3) und die Lücken (48) der profilierten Bohrung (33) eingreifen.

2. Längsführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (34) mit dem Querschnitt des Gewinde ganges und den Lücken (46) des Gewindes (36) der Spindel (3) angepaßten und entsprechend der Steigung des Gewindes (36) parallel beabstandeten umlaufenden Ril len (50) versehen sind.

3. Längsführungseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (33) des Schlittens (6) mit dem Quer schnitt des Gewindeganges (45) und den Lücken des Gewindes (36) der Spindel angepaßten und entsprechend der Steigung des Gewindes (36) parallel beabstandeten, umlaufenden Rillen (48) versehen ist.

4. Längsführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (34) und die Bohrung (33) des Schlit tens (6) mit einem dem Gewinde (36) der Spindel (3) entsprechenden Gewinde versehen sind.

5. Längsführungseinheit nach Anspruch 1 mit in den Schlitten unmittelbar eingearbeiteten Traglaufbahnen und Rücklaufbahnen für die Wälzkörper der Umlauf führungen, die sich parallel zur Längsachse der Führungsschiene erstrecken, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufbohrung (29) der Umlaufführungen (26) für die Wälzkörper (31) gegenüber deren Traglaufbahn (28) zur Anschlußfläche (7) des Schlittens (6) hin versetzt ist.

6. Linearführungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wälzkörper (31) für die Umlaufführungen (26) als Kugeln ausgebildet sind.

7. Linearführungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Schmierkanäle (51, 52) vorhanden sind, über die sowohl die beiden Umlaufführungen (26) als auch die Bohrung (33) in der die Rollen (34) aufgenommen sind mit Schmiermittel versorgbar sind.

8. Linearführungseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierkanäle (51, 52) für die Umlaufführungen (26) in der Bohrung (29) münden.

9. Linearführungseinheit nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (8) an einer Innenfläche (9) eines länglichen, im Querschnitt U-förmigen Gehäuses (2) angebracht ist und der aus dem Gehäuse (2) heraus ragende Schlitten (6) längs derselben verstellbar ist und von einem am Gehäuse (2) angebrachten Drehantrieb antreibbar ist.