DE4215865A1 - Ummantelte linearbewegungseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Linearbewegungs­ einheit, insbesondere eine Wälzlager-Linearbewegungseinheit für eine begrenzte Längsbewegung, wobei die Einheit in einem Mantel oder einer Hülse eingeschlossen ist.

Wälzlager-Linearbewegungseinheiten für begrenzte Längs­ bewegungen sind bekannt. Typische Beispiele einer solchen Einheit sind in den Fig. 5 bis 7 beziehungsweise Fig. 8 dargestellt. Eine Wälzlager-Linearbewegungseinheit für eine begrenzte Längsbewegung enthält im allgemeinen eine Schiene, einen verschieblich auf der Schiene gelagerten Tisch und mehrere Wälzkörper, die zwischen der Schiene und dem Tisch angeordnet sind und von einem Käfig in ihrer Lage gehalten werden. Mit einem solchen Aufbau ist eine relative Linearbewegung zwischen der Schiene und dem Tisch in einem begrenzten Bewegungsbereich oder Hubbereich möglich.

Die in den Fig. 5 bis 7 dargestellte Linearbewegungs­ einheit enthält eine typischerweise aus Aluminium bestehende, längliche Schiene 21 etwa rechteckiger Gestalt und einen im Querschnitt U-förmigen Tisch 22 mit einem horizontalen Abschnitt oder Steg und einem Paar von den entgegengesetzten Seiten des Stegs vertikal nach unten abstehende Abschnitte oder Schenkel. Auch der Tisch besteht typischerweise aus Aluminium. Wie am besten aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist an jeder Seitenfläche der Schiene 21 eine innere Führungsnut mit etwa rechteckigem Querschnitt ausgebildet, während an jeder Seitenfläche der Schenkel des Tisches 22 gegenüber­ liegend den genannten Innennuten Außennuten etwa recht­ eckigen Querschnitts ausgebildet sind, wodurch ein Führungs­ kanal 23 gebildet ist, der sich parallel zur Längsachse der Bewegungseinheit erstreckt. Die Bewegungseinheit hat also ein paar Führungskanäle 23 auf einander abgewandten Seiten der Schiene 21, wobei jeder Führungskanal 23 etwa recht­ eckigen Querschnitt besitzt.

In jedem der Führungskanäle 23 befinden sich mehrere Wälz­ körper (im vorliegenden Ausführungsbeispiel Kugeln) 25, wobei die Kugeln 25 durch einen plattenförmigen Käfig 24, in welchem mehrere Löcher mit Abstand voneinander ausge­ bildet sind, in ihrer Lage gehalten werden. Außerdem gehört zu jedem Führungskanal 23 eine Gruppe von vier Führungs-Stahl­ drähten 26, zwei an der oberen beziehungsweise unteren Ecke der inneren Führungsnut, zwei weitere an der oberen und der unteren Ecke der zugehörigen äußeren Führungsnut. Wie am besten aus Fig. 6 ersichtlich ist, stehen damit die Kugeln 25 in Rollkontakt mit den Führungsdrähten 26, so daß zwischen der Schiene 21 und dem Tisch 22 ein Wälz­ oder Rollkontakt gebildet ist.

Wie außerdem aus den Fig. 5 bis 7 hervorgeht, besitzt die herkömmliche Bewegungseinheit einen Vorspannungs- Einstellmechanismus 27, der aus einer Druckplatte und zugehörigen Schrauben besteht. Die Schrauben können nach innen und nach außen gedreht werden, um die Lage der Druckplatte und mithin den Vorspannungszustand der Kugeln 25 einzustellen.

Der oben erläuterte Aufbau ist in mancher Hinsicht nach­ teilig, obschon die Schiene 21 und der Tisch 22 eine relativ starre Konstruktion bilden, da sie durch Bearbeiten massiver Materialblöcke hergestellt wurden. Wegen des Rollkontakts zwischen den Kugeln 25 und den Drähten 26 ist die Lastauf­ nahmefähigkeit begrenzt. Da außerdem die Anzahl von Bauele­ menten relativ groß ist, sind Herstellung und Zusammenbau relativ aufwendig und mithin teuer.

Fig. 8 zeigt ein weiteres Beispiel einer Linearbewegungs­ einheit. Diese Bewegungseinheit enthält eine U-förmige Schiene 28, einen U-förmigen Tisch 29 und mehrere Wälz­ körper oder Kugeln 31 sowie einen Käfig 30, der die Kugeln 31 in ihrer Lage hält. Bei dieser Bewegungseinheit sind die Schiene 28 und der Tisch 29 beide aus relativ dünnem Metallblech gefertigt, beispielsweise einer dünnen Stahl­ platte, indem das Blech etwa zu einem etwa U-förmigen Querschnitt gebogen wurde. Der so erhaltene Tisch 29 wird umgekehrt, das heißt mit der Öffnung nach unten, von oben auf die Schiene 28 gesetzt, die ihrerseits mit ihrer offenen Oberseite nach oben weist.

Auch bei dieser Bewegungseinheit ist in jeder der Außen­ seiten der Schiene 28 eine innere Führungsnut gebildet, während in den Innenflächen des Tisches 29 einander gegen­ überliegend äußere Führungsnuten gebildet sind, so daß Führungskanäle gebildet werden, in denen die Kugeln 31 und der Käfig 30 angeordnet sind. In diesem Fall stehen die Kugeln 31 in Rollkontakt mit den inneren und äußeren Führungsnuten, so daß zwischen der Schiene 28 und dem Tisch 29 ein Rollkontakt vorhanden ist. Ein derartiger Aufbau ist möglich, da die Führungsnuten mit relativ hoher Genauigkeit ausgebildet werden, beispielsweise durch Preß­ verformung während der Herstellung der Schiene 28 beziehungsweise des Tisches 29.

Da bei der oben erläuterten Bewegungseinheit die Kugeln 31 in direktem Rollkontakt mit inneren und äußeren Führungsnuten stehen, erhält man eine relativ hohe Lastaufnahmefähigkeit. Da außerdem sowohl die Schiene 28 als auch der Tisch 29 aus einem dünnen Metallblech herge­ stellt sind, beispielsweise durch Biegen oder Preßformen, lassen sich die Teile relativ einfach und billig herstellen. Ferner können Gesamtgröße und Gesamtgewicht der Bewegungs­ einheit relativ niedrig gehalten werden. Da allerdings sowohl die Schiene 28 als auch der Tisch 29 aus einem dünnen Metallblech gefertigt sind, sind die Teile Verformungen und Verwindungen unterworfen, so daß die Lastaufnahmefähigkeit beschränkt ist. Da die Schiene 28 und der Tisch 29 außerdem relativ dünn sind, sind die in diesen Teilen vorhandenen Montagelöcher relativ flach, so daß es häufig schwierig ist, die Schiene 28 und den Tisch 29 an den entsprechenden Unter­ lagen zu befestigen, beispielsweise an einem Maschinen­ gestell oder einer beweglichen Einheit einer Maschine.

Aufgabe der Erfindung ist es, im Hinblick auf die obigen Nachteile der bekannten Anordnungen eine Wälzlager-Linear­ bewegungseinheit mit begrenztem Hub anzugeben, die sich durch kompakte Bauweise, hohe Lastaufnahmefähigkeit und relativ geringe Kosten auszeichnet.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die Schaffung einer Linearbewegungseinheit, welche aufweist: eine aus einem relativ dünnen Metallblech gebogene, im Querschnitt etwa U-förmige Schiene; einen Tisch, der eben­ falls aus einem relativ dünnen Metallblechstück gebogen ist und einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweist, und der bezüglich der Schiene umgekehrt, das heißt mit der Unterseite nach oben, angeordnet ist; mehrere Wälzkörper zwischen Schiene und Tisch; eine Käfiganordnung zum Halten der Wälzkörper; einen oberen Außenmantelblock mit einer Bodenausnehmung zur Aufnahme des Tisches, der an deren Bodenfläche fixiert ist; und einen unteren Außenmantel­ block mit einer oberen Ausnehmung zur Aufnahme der Schiene, die an der Oberseite der Ausnehmung fixiert ist, welche der Bodenfläche mit einem vorbestimmten Abstand gegenüber­ liegt.

Da bei diesem Aufbau die Schiene und der Tisch aus einem relativ dünnen Metallblech gefertigt sind, ist die Herstellung einfach, und die Bauweise kompakt. Dennoch sind Schiene und Tisch fest an den zugehörigen Mantelblöcken befestigt, welche Tisch und Schiene praktisch einschließen, so daß deren Formbeständigkeit spürbar erhöht ist. Daraus re­ sultiert eine spürbar verbesserte Lastaufnahmefähigkeit.

Die erfindungsgemäße Linearbewegungseinheit zeichnet sich durch glatte und ruckfreie Bewegungsabläufe aus.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Querschnittansicht einer Wälz­ lager-Linearbewegungseinheit für begrenzten Längshub gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 eine Längsschnittansicht der Bewegungseinheit nach Fig. 1 entlang der Linie AA in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Teil-Querschnittdarstellung einer modifizierten Bewegungseinheit der in Fig. 1 dar­ gestellten Art;

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf den oberen oder den unteren Außenmantelblock, wie er in der Bewegungs­ einheit nach Fig. 1 bis 3 verwendet wird;

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht einer durch Metallblöcke gebildeten herkömmlichen Linear­ bewegungseinheit für begrenzte Längsbewegung;

Fig. 6 eine schematische Querschnittansicht der rechten Hälfte der Bewegungseinheit nach Fig. 5;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Bewegungseinheit nach Fig. 5; und

Fig. 8 eine schematische perspektivische Ansicht einer weiteren Wälzlager-Linearbewegungseinheit für begrenzten Längshub, die durch relativ dünne Metallplatten gebildet ist.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Wälzlager-Linearbewegungs­ einheit für begrenzten Hub gemäß der Erfindung. Die Bewegungs­ einheit enthält eine Schiene 28 aus einem relativ dünnen Metallblech (zum Beispiel Stahl), welches in die gewünschte Form gebogen ist. Die Schiene hat etwa U-förmigen Querschnitt und besitzt mithin einen horizontalen Abschnitt oder Steg und ein Paar seitliche Abschnitte oder Schenkel, die sich von entgegengesetzten Seiten des Stegs aus vertikal erstrecken. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der äußeren Seitenfläche jedes Schenkels eine Innennut ausgebildet.

Außerdem enthält die Bewegungseinheit einen Tisch 29 aus relativ dünnem Metallblech (zum Beispiel Stahl), welches in die gewünschte Form gebogen ist. Der Tisch hat etwa U-förmigen Querschnitt und enthält, ähnlich wie die Schiene, einen Steg und ein Paar Schenkel, die sich von dem horizontal orientierten Steg aus vertikal erstrecken. Allerdings ist der Tisch 29 mit der Unterseite nach oben, also umgekehrt, bezüglich der nach oben weisenden offenen Oberseite der Schiene 28 angeordnet. Da bei dieser Ausführungsform der Tisch 29 einen breiteren horizontalen Steg besitzt als die Schiene 28, befinden sich die Schenkel des Tisches 29 außer­ halb der Schenkel der Schiene 28. Alternativ kann aber auch der Tisch 29 einen schmaleren Steg besitzen als die Schiene 28, so daß sich die Schenkel im Inneren der Schenkel der Schiene 28 befinden. Da der Tisch 29 umgekehrt auf der Schiene 28 sitzt, wird in jedem Fall ein mittlerer Hohlraum 3 zwischen Schiene 28 und Tisch 29 gebildet.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist in der Innen­ fläche jedes Schenkels des Tisches 29 eine äußere Führungs­ nut ausgebildet, welche einer zugehörigen inneren Führungs­ nut der Schiene 28 gegenüberliegt. Hierdurch wird ein Führungskanal jeweils durch ein Paar sich gegenüberliegen­ der äußerer Führungsnuten gebildet. Der Führungskanal nimmt in sich als Wälzkörper mehrere Kugeln 31 auf. Weiter­ hin befindet sich in dem Führungskanal eine Käfigplatte länglicher Form mit mehreren Löchern zur Aufnahme der Kugeln in jeweils vorbestimmten Abständen. Hierdurch wird ein Rollkontakt zwischen der Schiene 28 und dem Tisch 29 gebildet, wenn die Teile zusammengebaut sind. Damit ist eine relative Linearbewegung zwischen der Schiene 28 und dem Tisch 29 in einem vorbestimmten Hubbereich möglich. Die Schiene 28, der Tisch 29, die Kugeln 31 und die Käfig­ platten bilden den Hauptbestandteil 4 der vorliegenden Bewegungseinheit.

Außerdem enthält die Bewegungseinheit einen oberen Außen­ mantelblock 1, der eine im Vergleich zu der Schiene 28 und dem Tisch 29 relativ große Dicke besitzt. Der Block 1 kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen, zum Beispiel Aluminium, einer leichtgewichtigen Legierung, oder Kunststoff. Der Block 1 besitzt eine Bodenausnehmung rechteckigen Querschnitts. Der Tisch 29 befindet sich im Inneren der Bodenausnehmung und ist fest an dem Block 1 befestigt, beispielsweise mittels Befestigungsmitteln wie Schraubenbolzen. Da die Bodenausnehmung sich in der mittleren Zone der Bodenfläche befindet, hat der Block 1 etwa U-förmigen Querschnitt und ist mit seiner Öffnung nach unten orientiert, das heißt hat eine zur üblichen Lage um­ gekehrte Lage. Der Umfangsbereich der Bodenfläche des Blocks 1, der die Bodenausnehmung umgibt, ist bei der vorliegenden Ausführungsform horizontal und flach.

Ferner besitzt die Bewegungseinheit einen unteren Außen­ mantelblock 2, der ebenfalls relativ dick ist und aus dem gleichen Material bestehen kann wie der obere Block 1. Bei dieser Ausführungsform nach Fig. 1 ist der untere Block 2 in seiner Form und in seinem Material identisch mit dem oberen Block 1, mit lediglich der Ausnahme, daß der obere Block 1 umgekehrt, das heißt mit der Öffnung nach unten angeordnet ist. Der untere Block 2 hat also eine obere Ausnehmung in der mittleren Zone innerhalb der Oberseite, und die Schiene 28 ist fest an dem unteren Block 2 angebracht. Der Umfangsbereich der Oberseite der unteren Blocks 2, welcher die obere Ausnehmung umgibt, ist ebenfalls horizontal und flach. Es sei jedoch angemerkt, daß sich der obere Block 1 in einer Gegenlage zu der Umfangszone der Oberseite des unteren Blocks 2 befindet, wobei zwischen den Teilen eine vorbestimmte Lücke 5 vorgesehen ist. Im Normalzustand gibt es also keinen körperlichen Kontakt zwischen dem oberen und dem unteren Block 1 beziehungsweise 2.

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, hat der obere Block 1 sowie der untere Block 2 einen dickeren Seiten­ abschnitt 7, in welchem ein oder mehrere Montagelöcher 6 ausgebildet sind. Damit lassen sich der obere Block 1 und der untere Block 2 an der gewünschten Unterlage befestigen, zum Beispiel einem Maschinengestell oder einem beweglichen Teil eines Geräts. Gemäß Fig. 3 sind die Schiene 28 und der Tisch 29 mittels Schraubenbolzen an dem unteren Block 2 beziehungsweise an dem oberen Block 1 festgeschraubt.

Wie am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist, ist in der rechten Bodenfläche des rechten Seitenabschnitts 7 ein Längsschlitz 8 ausgebildet, der sich über einen beträcht­ lichen Längenabschnitt erstreckt. In die Bodenfläche des linken Seitenabschnitts 7 ist mittig ein Anschlagstift 9 eingesetzt. Wenn also der obere Block 1 umgekehrt über dem unteren Block 2 angeordnet wird, befindet sich der Anschlagstift 9 des oberen Blocks 1 im Inneren des Schlitzes 8 des unteren Blocks 2, und in ähnlicher Weise befindet sich der Anschlagstift 9 des unteren Blocks 2 in dem Schlitz 8 des oberen Blocks 1. Durch das In-Eingriff­ kommen des Stifts 9 mit den Enden des zugehörigen Schlitzes 8 werden also die äußeren Grenzen für die Relativbewegung zwischen der Schiene 28 (und mithin dem unteren Block 2) und dem Tisch 29 (und dem oberen Block 1) festgelegt. Fig. 3 zeigt den Fall, daß lediglich ein Anschlagstift verwendet wird. Dieser Aufbau ist nicht besonders vorteil­ haft, da in dem Hauptkörper 4 kein Anschlagmechanismus vorhanden sein muß.

Claims (6)

1. Linearbewegungseinheit, umfassend:

• - eine aus einem relativ dünnen Metallblechstück gebogene, im Querschnitt etwa U-förmige Schiene (28)
• - einen Tisch (29), der ebenfalls aus einem relativ dünnen Metallblechstück gebogen ist und einen etwa U-förmigen Querschnitt aufweist, und der bezüglich der Schiene (28) umgekehrt angeordnet ist,
• - mehrere Wälzkörper (31) zwischen Schiene und Tisch,
• - eine Käfiganordnung (30) zum Halten der Wälzkörper (31),
• - einen oberen Außenmantelblock (1) mit einer in dessen Bodenfläche ausgebildeten Bodenausnehmung zur Aufnahme des darin befestigten Tisches (29), und
• - einen unteren Außenmantelblock (2) mit einer in seiner Oberseite ausgebildeten oberen Ausnehmung zur Aufnahme der in ihr be­ festigten Schiene (28), wobei zwischen der Bodenfläche und der Oberseite eine vorbestimmte Lücke (5) vorhanden ist.

2. Einheit nach Anspruch 1, bei der der obere und der untere Block (1, 2) jeweils eine Dicke besitzen, die wesentlich größer ist als die Dicke des Metallblechs.

3. Einheit nach Anspruch 1 und 2, bei der der obere und der untere Block (1, 2), abgesehen von ihrer Orientierung, gleichen Aufbau besitzen.

4. Einheit nach Anspruch 3, bei der sowohl der obere als auch der untere Block (1, 2) etwa U-förmigen Querschnitt mit einem horizontalen Abschnitt und einem Paar sich von den entgegengesetzten Seiten des horizontalen Abschnitts vertikal weg erstreckenden Seiten­ abschnitten besitzen, wobei die Bewegungseinheit außerdem Anschlagmittel (8, 9) aufweist, die sich zwischen dem oberen und dem unteren Block befinden, um den Hub der relativen Linearbewegung zwischen unterem und oberem Block zu begrenzen.

5. Einheit nach Anspruch 4, bei der die Anschlagmittel einen Längsschlitz (8) in einer Stirnfläche eines der Seitenabschnitte und einen Anschlagstift (9), der in eine Stirnfläche des anderen Seitenabschnitts eingesetzt ist, aufweisen.

6. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der der obere und der untere Block mindestens ein Montageloch aufweisen, um die Blöcke an einer Unterlage zu fixieren.