DE4134862A1 - Geradefuehrungseinheit hoher stabilitaet - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Geradeführungs­ einheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, insbesondere eine Geradeführungseinheit mit besonders hoher Stabilität, die sich u. a. als Längsführung für die ver­ schiedensten Werkzeugmaschinen und Meßgeräte eignet.

Es sind Geradeführungseinheiten bekannt, die im wesentlichen eine Schiene, einen Schlitten und eine Anzahl von Wälzlager­ elementen zwischen der Schiene und dem Schlitten enthalten. Solche Geradeführungseinheiten finden typischerweise in den verschiedensten Maschinen und Geräten, wie Werkzeugmaschinen und Meßgeräten, zur Führung einer linearen oder geradlinigen Bewegung mit hoher Genauigkeit Verwendung. Eine typische bekannte Längsführung, die Geradeführungseinheiten der oben erwähnten Art enthält, ist in Fig. 5 dargestellt. Sie enthält zwei gerade Schienen 1 und 2, die parallel zueinander verlaufen, zwei Paare von Geradeführungs­ einheiten, die jeweils aus einer vorderen und einer hinteren Geradeführungseinheit bestehen, und einem Schiebertisch 5, der auf den beiden Paaren von Geradeführungseinheiten befestigt ist und dazu dient, irgendwelche beweglichen Teile von Werkzeugmaschinen, Meßgeräten und dergleichen zu haltern.

Wie Fig. 6 zeigt, enthält die Grundstruktur der Gerade­ führungseinheiten 3 und 4 jeweils eine Schiene A, die der Schiene 1 oder 2 in Fig. 5 entspricht, einen Schlitten B, der im wesentlichen U-förmig ist, die Schiene klammerartig umgreift sowie längs der Schiene verschiebbar ist, und eine Mehrzahl von Wälzlagerelementen C, die bei dem dargestellten Beispiel aus Kugeln bestehen. Bei der in Fig. 6 darge­ stellten Konstruktion hat die Schiene A einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt mit zwei entgegen­ gesetzten Seitenflächen, in denen jeweils eine innere Führungsnut gebildet ist, die parallel zur Längsachse der Schiene A verläuft. Der Schlitten B enthält zwei endlose Umlaufwege, die jeweils einen Laststreckenabschnitt, einen Rückwegabschnitt und zwei gebogene Verbindungsabschnitte, die entsprechende Enden des Laststrecken- und des Rückweg­ abschnittes verbinden, enthält, und die Wälzlagerelemente C sind in diesen endlosen Umlaufwegen angeordnet, so daß sie in diesen endlos umlaufen können. Die Laststreckenabschnitte bilden jeweils eine äußere Führungsnut, die einer ent­ sprechenden inneren Führungsnut der Schiene gegenüberliegt.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Konstruktion sind die Wälz­ lagerelemente C Kugeln und die innere sowie die äußere Führungsnut haben jeweils einen spitzbogenförmigen Quer­ schnitt, so daß sich eine erhöhte Stabilität durch Vor­ belastung sowie eine zuverlässige und sichere Lagerung einer Last in allen Richtungen ergeben. Man kann jedoch auch Rollen als Wälzlagerelemente C verwenden, welche bei schwankender Belastung eine höhere Stabilität und eine längere nutzbare Lebensdauer ergeben.

In der Praxis wird der Schlittentisch 5 den verschiedensten Arten von Belastungen in unterschiedlichen Richtungen aus­ gesetzt und die in Fig. 6 dargestellte Linearbewegung-Walz­ lageranordnung erweist sich als nicht ausreichend stabil, da nur Kugeln als Wälzlagerelemente C verwendet werden. Man könnte daher daran denken, sowohl Kugeln als auch Rollen als Wälzlagerelemente zu verwenden, um eine höhere Stabilität im Betrieb zu erreichen, ein einfacher Ersatz der Kugeln durch Rollen in einem Umlaufweg eines Paares wäre jedoch nicht zufriedenstellend, da die Eigenschaften von endlosen Umlaufwegen, die Kugeln bzw. Rollen enthalten, sich erheblich unterscheiden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher in erster Linie die Aufgabe zugrunde, eine Linearführungseinheit anzugeben, die sich durch eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere Stabilität im Betrieb auszeichnet.

Eine Geradeführungseinheit gemäß der Erfindung enthält im wesentlichen eine Schiene, einen Schlitten, einen ersten Führungskanal, der zwischen einer ersten Schulter am oberen Ende einer ersten Seitenwand der Schiene und einer ersten Ecke des Schlittens gebildet ist, einen zweiten Führungs­ kanal, der zwischen einer zweiten, der ersten Seitenwand entgegengesetzten Seitenwand und einer gegenüberliegenden zweiten Wand des Schlittens gebildet ist, eine Vielzahl von Rollen im ersten Führungskanal und eine Vielzahl von Kugeln im zweiten Führungskanal.

Der Schlitten enthält vorzugsweise ein Paar von endlosen Umlaufwegen, einen ersten und einen zweiten Umlaufweg, die jeweils einen Laststreckenabschnitt, einen Rückwegabschnitt und zwei gebogene Verbindungsabschnitte, die entsprechende Enden des Laststrecken- und des Rückwegabschnittes verbinden, enthalten. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform bildet der Laststreckenabschnitt des ersten endlosen Umlauf­ weges eine erste äußere Führungsnut, die ihrerseits einen Teil des ersten Führungskanals darstellt. Der andere Teil des ersten Führungskanals wird durch eine erste innere Führungsfläche an der ersten Schulter zwischen der Oberseite und der ersten Seitenfläche der Schiene gebildet. In ent­ sprechender Weise bildet der Laststreckenabschnitt des zweiten endlosen Umlaufweges eine zweite äußere Führungsnut, die ihrerseits einen Teil des zweiten Führungskanals dar­ stellt. Der andere Teil des zweiten Führungskanals wird durch eine zweite innere Führungsnut in der zweiten Seiten­ fläche der Schiene gebildet. Die zweite innere und die zweite äußere Führungsnut haben vorzugsweise einen im wesentlichen spitzbogenförmigen Querschnitt.

Bei einer bevorzugten Anwendung, bei der zwei der vorliegen­ den Geradeführungseinheiten im Abstand voneinander und parallel zueinander angeordnet sind, sind die Gerade­ führungseinheiten so angeordnet, daß ihre Struktur bezüglich einer Mittellinie zwischen den beiden Führungseinheiten symmetrisch ist.

Da Rollen als Walzlagerelemente in einem Rollenführungskanal vorgesehen sind, der sich an einer vorgegebenen ersten Stelle zwischen Schiene und dem Schlitten befindet, ist ein erhöhter dynamischer Widerstand gegen wiederholt schwankende Belastungen gewährleistet und da außerdem Kugeln in einem Kugelführungskanal vorgesehen sind, der sich an einer vor­ gegebenen zweiten Stelle zwischen der Schiene und dem Schlitten befindet, wird eine erhöhte Stabilität erreicht, insbesondere ein erhöhtes Schwingungsabsorptionsvermögen durch Vorspannung und ein erhöhtes Vermögen, verschiedene Lasten in unterschiedlichen Richtungen aufnehmen zu können.

Bei der vorliegenden Geradeführungseinheit werden die vor­ teilhaften Eigenschaften von Kugeln und Rollen als Wälz­ lagerelemente in zweckmäßiger Weise kombiniert. Die vor­ liegende Geradeführungseinheit zeichnet sich außerdem durch eine einfache Konstruktion, eine gedrängte Bauweise und niedrige Kosten aus.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert, dabei werden noch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung zur Sprache kommen. Es zeigen:

Fig. 1 eine etwas vereinfachte Schnittansicht einer Gerade­ führungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößere Schnittansicht eines Kugelführungs­ kanals der Geradeführungseinheit gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine etwas vereinfachte Querschnittsansicht einer Längsführung, die zwei erfindungsgemäße Gerade­ führungseinheiten in symmetrischer Anordnung enthält;

Fig. 4 eine etwas vereinfachte Querschnittsansicht einer Längsführung, die zwei erfindungsgemäße Gerade­ führungseinheiten in einer anderen symmetrischen Anordnung als in Fig. 3 enthält;

Fig. 5, auf die bereits Bezug genommen worden ist, eine perspektivische Ansicht einer bekannten Längsführung und

Fig. 6 eine etwas vereinfachte Querschnittsansicht einer typischen bekannten Geradeführungseinheit der Längs­ führung gemäß Fig. 5.

Die in Fig. 5 als Ausführungsbeispiel der Erfindung dar­ gestellte Geradeführungseinheit enthält im wesentlichen eine Schiene 1, einen Schlitten 3 und eine Mehrzahl von Walz­ lagerelementen 9 und 13, die zwischen der Schiene 1 und dem Schlitten 3 angeordnet sind. Bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel ist die Schiene 1 ein gerades, langgestrecktes Bauteil mit einem im wesentlichen rechteckigen Querschnitt, es können jedoch auch andere Querschnittsformen verwendet werden. Die dargestellte Schiene 1 hat eine Oberseite, eine Unterseite und eine erste und eine zweite Seitenfläche oder -wand 6 bzw. 10.

An einer ersten Schulter zwischen der Oberseite und der ersten Seitenfläche 6 der Schiene 1 ist eine parallel zur Längsachse der Schiene verlaufende erste innere Führungsnut 7 in Form einer geneigten oder schrägen Fläche gebildet. Der Winkel, den die erste innere Führungsfläche 7 mit der oberen Seite oder der Seitenfläche 6 bildet, kann entsprechend der vorgesehenen Anwendung gewählt werden. Wie noch näher erläutert werden wird, begrenzt die erste innere Führungs­ fläche 7 einen Teil eines ersten oder Rollen-Führungskanals zwischen der Schiene 1 und dem Schlitten 3. In der zweiten Seitenfläche 10 der Schiene 1 ist zwischen deren oberer und unterer Seite eine zweite innere Führungsnut 11 gebildet. Bei dem dargestellten Beispiel befindet sich die zweite innere Führungsnut 11 ungefähr in der Mitte zwischen der oberen und der unteren Seite der Schiene, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese spezielle Lage beschränkt. Die zweite innere Führungsnut 11 begrenzt einen Teil eines zweiten oder Kugel-Führungskanals, wie noch näher erläutert werden wird. Die zweite innere Führungsnut 11 verläuft ebenfalls gerad­ linig und parallel zur Längsachse der Schiene 1.

Der Schlitten 3 hat im wesentlichen einen Querschnitt in Form eines kopfstehenden U und weist dementsprechend einen horizontalen Abschnitt sowie zwei vertikale Abschnitte, die von entgegengesetzten Seiten des horizontalen Abschnitts nach unten reichen, auf. Der Schlitten 3 ist mit zwei endlosen Umlaufwegen, einem ersten und einem zweiten endlosen Umlaufweg versehen, die jeweils einen Laststrecken­ abschnitt, einen Rückwegabschnitt und zwei gebogene Ver­ bindungsabschnitte, die entsprechende Enden des Last­ strecken- und des Rückwegabschnittes verbinden, enthält, wie es allgemeiner Stand der Technik ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet der erste endlose Umlaufweg einen Rollenumlaufweg mit einem Laststreckenabschnitt 8, einem Rückabschnitt 17 und zwei gebogenen Verbindungsabschnitten 16, die die entsprechenden Enden des Laststrecken- und des Rückwegabschnittes 8 bzw. 17 verbinden. Der zweite endlose Umlaufweg bildet andererseits einen Kugelumlaufweg mit einem Laststreckenabschnitt 12, einem Rückwegabschnitt 19 und zwei gebogenen Verbindungsabschnitten 18, die entsprechende Enden des Laststrecken- und des Rückwegabschnittes 12 bzw. 19 verbinden.

Im ersten oder Rollenumlaufweg ist eine Mehrzahl von Rollen 9 angeordnet, während im zweiten oder Kugelumlaufweg eine Mehrzahl von Kugeln 13 angeordnet ist. Der Laststrecken­ abschnitt 8 des ersten oder Rollenumlaufweges wird durch eine geneigte erste äußere Führungsfläche begrenzt, die der ersten inneren Führungsfläche 7 der Schiene 1 gegenüber­ liegt. Die erste äußere Führungsfläche 8 ist eine schräge und ebene Bodenfläche einer im wesentlichen rechteckigen Nut, die an einer inneren Ecke des Schlittens 3 gebildet ist, wo der horizontale Abschnitt und der linke vertikale Abschnitt zusammenstoßen. Zwischen dem Paar aus der ersten inneren und der ersten äußeren Führungsfläche 7 bzw. 8, die im wesentlichen eben sind, wird dementsprechend ein Rollen­ führungskanal gebildet und die Rollen 9, die in diesem Rollenführungskanal angeordnet sind, bilden ein Wälzlager, d. h. ein Rollenlager zwischen der Schiene 1 und dem Schlitten 3.

Der Laststreckenabschnitt 12 des zweiten oder Kugelumlauf­ weges bildet andererseits eine zweite äußere Führungsnut, die der zugehörigen zweiten inneren Führungsnut 11 der Schiene gegenüberliegt und parallel zu dieser verläuft, so daß durch das Paar aus der zweiten inneren und der zweiten äußeren Führungsnut 11 bzw. 12 ein zweiter oder Kugel­ führungskanal gebildet wird. Die zweite äußere Führungsnut 12 hat bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ebenfalls einen im wesentlichen spitzbogenförmigen Querschnitt.

Die Verhältnisse beim rollenden Kontakt zwischen dem Kugel­ führungskanal und den Kugeln 13 ist am besten aus der ver­ größerten Darstellung in Fig. 2 ersichtlich. Die Kugeln 13 machen, wie dargestellt, jeweils an zwei Punkten E und D Kontakt mit dem zweiten inneren Führungskanal 11 und außerdem an zwei Punkten F und G Kontakt mit dem zweiten äußeren Führungskanal 11. Durch die Struktur dieses rollenden Kontakts der Kugeln können daher Lasten in ver­ schiedenen Richtungen, wie durch Doppelpfeile H, I, J und K angedeutet ist, effektiv getragen werden. Die dargestellte Wälzlagerstruktur kann ferner auch eine Drehmomentbelastung in Richtung des Doppelpfeiles L aufnehmen. Die Rollenlager­ struktur ist andererseits hauptsächlich für die Aufnahme wiederholt fluktuierender Lasten mit Richtungen im Winkel­ bereich zwischen N und M in Fig. 1 verantwortlich.

Der Schlitten 3 besteht in bekannter Weise aus drei Blöcken, nämlich einem mittleren Block und zwei Endblöcken, einem vorderen und einem hinteren Block 14 bzw. 16, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Eine solche dreiteilige Konstruktion ist vor allem im Hinblick auf die Herstellung eines Schlittens 3, der endlose Umlaufwege enthält, von Vorteil, da die gebogenen Verbindungswege leicht im vorderen und hinteren Endblock gebildet werden können. Wenn der Schlitten 3 keinen endlosen Umlaufweg enthält, kann er eine einstückige Konstruktion sein.

Fig. 3 zeigt eine Längsführung, welche ein Paar der vor­ liegenden Geradeführungseinheiten enthält. Wie ersichtlich sind zwei gleichartige Schienen 1 und 2 mit Abstand von­ einander und parallel zueinander auf einer Unterlage befestigt. Der Schlitten 3 ist verschiebbar auf der Schiene 3 gelagert, während ein Schlitten 20 entsprechender Konstruktion verschiebbar auf der Schiene 2 gelagert ist. Auf den beiden Schlitten 3 und 20 ist ein Schlittentisch 21 durch in Gewindelöcher 22 eingeschraubte Schraubenbolzen befestigt. Ein wichtiges Merkmal der in Fig. 3 dargestellten Längsführung besteht darin, daß die beiden Geradeführungseinheiten bezüglich einer zwischen ihnen ver­ laufenden Mittelebene symmetrisch sind. Mit anderen Worten gesagt, befindet sich der erste oder Rollenführungskanal der rechten und der linken Geradeführungseinheit jeweils außen, während der zweite oder Kugelführungskanal jeder Führungs­ einheit innen liegt und diese beiden Kugelführungskanäle einander gegenüberliegen.

Fig. 4 zeigt eine andere Anordnung einer Längsführung, welche zwei Geradeführungseinheiten gemäß der Erfindung enthält. Die in Fig. 4 dargestellte Konstruktion entspricht im Prinzip der gemäß Fig. 3 mit der Ausnahme, daß die linke und die rechte Geradeführungseinheit in Fig. 3 in Fig. 4 vertauscht sind, also die rechte bzw. linke Geradeführungs­ einheit bilden. Die in Fig. 4 dargestellte Konstruktion ist also insgesamt ebenfalls wieder bezüglich einer Mittellinie oder Mittelebene der Anordnung symmetrisch.

Claims (5)

1. Geradeführungseinheit mit einer langgestreckten Schiene (1) vorgegebener Länge, welche eine Oberseite sowie eine erste und eine zweite Seiten­ fläche, die einander entgegengesetzt sind, aufweist; gekennzeichnet durch
eine erste innere Führungsvorrichtung (7), die an einer Schulter zwischen der Oberseite und der ersten Seitenfläche (6) der Schiene (1) vorgesehen ist und parallel zu einer Längsachse der Schiene verläuft;
eine zweite innere Führungsvorrichtung (11), die in der zweiten Seitenfläche (10) der Schiene (1) an einer Stelle unterhalb der Oberseite vorgesehen ist und parallel zur Längsachse der Schiene verläuft;
einem Schlitten (3) mit einem horizontalen Abschnitt und zwei vertikalen Abschnitten, die von entgegengesetzten Seiten des horizontalen Abschnittes vorspringen;
einer ersten äußeren Führungsvorrichtung (8) im Schlitten (3), die der ersten inneren Führungsvorrichtung (7) gegenüberliegt, parallel zu ihr verläuft und mit ihr einen ersten Führungskanal bildet;
einer zweiten äußeren Führungsvorrichtung (12), die im Schlitten (3) gegenüber der zweiten inneren Führungsvor­ richtung (11) angeordnet ist, parallel zu dieser verläuft und mit ihr einen zweiten Führungskanal bildet;
einer Mehrzahl von Rollen (9) im ersten Führungskanal und einer Mehrzahl von Kugeln (13) im zweiten Führungskanal.

2. Geradeführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste innere Führungsvorrichtung eine innere geneigte Führungsfläche (7) enthält, die an der Schulter zwischen der Oberseite und der ersten Seitenfläche (6) der Schiene gebildet ist, und daß die erste äußere Führungsanordnung eine schräge äußere Führungsfläche (8) aufweist, die der geneigten inneren Führungsfläche (7) mit Abstand gegenüberliegt.

3. Geradeführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite innere Führungsvorrichtung (11) eine innere Führungsnut mit einem im wesentlichen spitz­ bogenförmigen Querschnitt aufweist und daß die zweite äußere Führungsvorrichtung eine äußere Führungsnut (12) mit einem im wesentlichen spitzbogenförmigen Querschnitt aufweist.

4. Geradeführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schlitten (3) ein Paar erster und zweiter endloser Umlaufwege enthält, die jeweils einen Last­ streckenabschnitt, einen Rückwegabschnitt und ein Paar gebogener Verbindungsabschnitte, die entsprechende Enden des Laststrecken- und des Rückwegabschnittes verbinden, ent­ halten; daß der Laststreckenabschnitt des ersten endlosen Umlaufweges die erste äußere Führungsvorrichtung bildet, und daß der Laststreckenabschnitt des zweiten endlosen Umlauf­ weges die zweite äußere Führungsvorrichtung (12) bildet.

5. Längsführung mit zwei Geradeführungseinheiten nach Anspruch 1 und einem Schlittentisch (5), der auf dem Schlitten (3, 20) der beiden Geradeführungseinheiten befestigt und diesen gemeinsam ist, wobei die Schienen (1, 2) der beiden Geradeführungseinheiten parallel zueinander verlaufen und die Konstruktion der beiden Geradeführungs­ einheiten bezüglich einer Mittellinie zwischen ihnen symmetrisch ist.