DE4228931A1 - Waelzkontakt-linearfuehrungseinheit mit einer stabfoermigen fuehrungsschiene - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein eine Wälzkontakt-Linear­ führungseinheit, insbesondere eine klein bemessene Wälz­ kontakt-Linearführungseinheit mit einer stabförmigen Führungsschiene, die sich für Präzisionsmeßgeräte und Anlagen zur Fertigung von Halbleiterbauelementen eignet.

Eine Wälzkontakt-Linearführungseinheit mit einer stabförmigen Führungsschiene ist zum Beispiel aus der JP-OS 63-1 52 719 bekannt. Der Aufbau der Führungseinheit nach dieser Druck­ schrift wird im folgenden anhand der Fig. 4 bis 7 erläutert.

Wie aus den Fig. 4 bis 7 hervorgeht, enthält eine Wälz­ kontakt-Linearführungseinheit eine Führungsschiene 31, die sich über eine gegebene Länge erstreckt, einen auf der Führungsschiene verschieblich gelagerten Schlitten 32 und mehrere Wälzkörper 33 zwischen Schiene und Schlitten. Die in den Fig. 4 bis 7 dargestellte Führungseinheit weist die Besonderheit auf, daß ihre Führungsschiene 31 die Form einer Stange mit im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt aufweist. Im dargestellten Beispiel ist die Führungsschiene 31 versehen mit einem Paar oberer und unterer innerer Führungs­ nuten 31a an jeder Seite der Schiene. Folglich besitzt die Führungsschiene 31 insgesamt vier innere Führungsnuten 31a, die sich sämtlich parallel zur Längsachse der stabförmigen Führungsschiene 31 erstrecken.

Der Schlitten 32 enthält im wesentlichen einen hohlen zylindrischen Abschnitt, durch den hindurch sich die stab­ förmige Führungsschiene 31 erstreckt, und einen flachen Lagerabschnitt, der etwa rechteckig ausgebildet ist und mehrere (im vorliegenden Beispiel 4) Montage-Gewindelöcher 32a an jeder Ecke aufweist. In dem hohlen zylindrischen Abschnitt des Schlittens 32 befinden sich vier Endlos-Um­ laufbahnen, von denen jede einen Lastbahnabschnitt, einen Rücklaufbahnabschnitt und ein Paar gekrümmter Verbindungs­ bahnabschnitte, die die entsprechenden Enden des Last- und des Rücklaufbahnabschnitts in an sich bekannter Weise verbinden. Eine äußere Führungsnut ist in der inneren Umfangs­ fläche des hohlen zylindrischen Abschnitts gegenüber der zugehörigen äußeren Führungsnut 31a ausgebildet, wie am besten aus Fig. 6 ersichtlich ist, so daß der Lastbahn­ abschnitt jeder Endlos-Umlaufbahn definiert wird durch ein Paar sich gegenüberliegend angeordneter innerer und äußerer Führungsnuten. Mehrere Wälzkörper, im dargestellten Beispiel Kugeln 33, befinden sich in den Endlos-Umlaufbahnen, wie am besten durch die gestrichelten Linien in Fig. 5 angedeutet ist, so daß die Kugeln 33 entlang den jeweiligen Endlos- Umlaufbahnen rollen, wenn sich der Schlitten 32 entlang der stabförmigen Führungsschiene 31 bewegt, wobei die Kugeln 33, die sich in den Lastbahnabschnitten befinden, einen Wälzkontakt zwischen dem Schlitten 32 und der stabförmigen Führungsschiene 31 bilden.

Eine solche Führungseinheit wird typischerweise auf einem Bett 34 montiert, beispielsweise einer Präzisionsmeßvor­ richtung oder dergleichen, wie in Fig. 7 gezeigt ist. Typischerweise sind zwei oder mehr Paare derartiger Führungseinheiten vorgesehen und parallel zueinander auf dem Bett 34 oder einer ähnlichen Anordnung gelagert. Die stabförmige Führungsschiene 31 besitzt mehrere Montagelöcher 31b, die sich quer durch die Führungsschiene 31 hindurch erstrecken. Die Führungsschiene 31 wird mit Hilfe von Gewindebolzen 35 fest an dem Bett 34 montiert. Das Bett 34 besitzt beispielsweise einen Block 36 mit einem erhöhten Endabschnitt, welcher eine V-förmige Nute 36a zur Aufnahme eines Endabschnitts der Führungsschiene 31 aufweist. Da der Schlitten 32 einen hohlen zylindrischen Abschnitt aufweist, der lose auf der stabförmigen Führungsschiene 31 sitzt, muß die Führungsschiene 31 mit Abstand oder oberhalb von dem Montageblock 36 gelagert sein, damit eine durchgehende Lücke zwischen der Führungsschiene 31 und dem Lagerblock 36 vorhanden ist. Aus diesem Grund muß der Lagerblock 36 an jedem Ende einen erhöhten Abschnitt aufweisen.

Wie am besten aus Fig. 7 ersichtlich ist, kann der flache Lagerabschnitt des Schlittens 32 mit Hilfe von Schrauben­ bolzen 38 fest an dem Gleittisch 37 angebracht werden, da der flache Montageabschnitt des Schlittens 32 mit mehreren Gewindelöchern 32a ausgestattet ist. Der Tisch 37 kann fest an einem oder mehreren Schlitten 32 anderer Führungseinheiten angebracht werden, die parallel zueinander angeordnet sind. Auf dem Tisch 37 kann irgendein gewünschter Gegenstand gelagert werden, beispielsweise Schneidwerkzeuge oder ein zu bearbeitendes Werkstück, und der Tisch 37 kann so ange­ trieben werden, daß er sich in jede Richtung gemäß Doppel­ pfeil A bewegen kann.

Eine solche Führungseinheit mit einer stabförmigen Führungs­ schiene ist besonders vorteilhaft, da sie einen einfachen Aufbau besitzt und sich einfach und billig herstellen läßt. Die stabförmige Führungsschiene 31 hat einen besonders ein­ fachen Aufbau und läßt sich entsprechend leicht fertigen.

Außerdem kann die stabförmige Führungsschiene 31 relativ klein gebaut werden, weil sie eine relativ hohe Steifigkeit besitzt. Außerdem ist auch der Schlitten 32 relativ einfach aufgebaut und läßt sich entsprechend einfach fertigen.

Allerdings enthält der Schlitten 32 der in den Fig. 4 bis 7 dargestellten herkömmlichen Führungseinheit mit stabförmiger Führungsschiene einen hohlen zylindrischen Abschnitt, welcher die stabförmige Führungsschiene 31 vollständig umgibt, so daß möglicherweise Schwierigkeiten bei der Fertigung des Schlittens 32 entstehen, insbesondere dann, wenn der Schlitten geformt und bearbeitet wird. Da außerdem der Schlitten eine die Führungsschiene vollständig umfassende Struktur besitzt, muß eine durchgehende Lücke 36b zwischen der Führungsschiene 31 und dem Montageblock 36 entlang des gesamten Bewegungshubs des Schlittens 32 vorhanden sein. Mithin besteht die Schwierigkeit, die Führungsschiene 31 näher an dem Lagerblock 36 anzuordnen, was wiederum die Bemühungen gefährdet, die Gesamtgröße der Führungseinheit noch kleiner zu machen. Da außerdem die Führungsschiene 31 nur an ihren entgegengesetzten Enden gelagert werden darf, kann sich die Führungsschiene 31 in unerwünschter Weise durchbiegen, wenn die Führungsschiene 31 zu lang ist und/oder einen zu kleinen Durchmesser besitzt.

Es besteht also eine Grenze bei der Verkleinerung oder Vergrößerung der Führungseinheit.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wälzkontakt-Linearführungseinheit anzugeben, die mit einer stabförmigen Führungsschiene versehen ist, sich durch kompakte Baugröße, einen einfachen und dennoch robusten Aufbau und durch einfache und billige Fertigungsmöglich­ keiten auszeichnet. Außerdem soll die Erfindung eine Wälzkontakt-Linearführungseinheit mit einem erhöhten Frei­ raum hinsichtlich Gestaltung und Lagerung schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die stabförmige Führungsschiene besitzt vorzugsweise ein Paar innerer Führungsnuten, die auf einander im wesentlichen ent­ gegengesetzten Seiten ausgebildet ist, während der Schlitten ein Paar äußerer Führungsnuten aufweist, von denen jede einer der inneren Führungsnuten zugeordnet ist, wodurch der Führungskanal gebildet wird. In einer Ausführungsform besitzt der Schlitten mindestens eine Endlos-Umlaufbahn mit einem Lastbahnabschnitt, einem Rücklaufbahnabschnitt und einem Paar gekrümmter Verbindungsbahnabschnitte, die jeweils die ent­ sprechenden Enden der Last- und Umlaufbahnabschnitte ver­ binden. Dabei entspricht der Lastbahnabschnitt im wesentlichen dem genannten Führungskanal.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische, teilweise auseinandergezogene Darstellung einer Wälzkontakt-Linearführungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Führungseinheit,

Fig. 3 eine schematische Querschnittdarstellung der in Fig. 1 gezeigten Führungseinheit, geschnitten entlang der Linie C-C in Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische, teilweise auseinandergezogene, perspektivische Darstellung einer typischen bekannten Wälzkontakt-Linearführungseinheit mit einer stabförmigen Führungsschiene,

Fig. 5 eine schematische Seitenansicht der oberen Hälfte der in Fig. 4 gezeigten Führungseinheit im Längs­ schnitt,

Fig. 6 eine Querschnittansicht der in Fig. 4 gezeigten Führungseinheit, geschnitten entlang der Linie D-D in Fig. 5, und

Fig. 7 eine schematische, teilweise auseinandergezogene, perspektivische Ansicht der herkömmlichen Führungs­ einheit nach Fig. 4, montiert auf einem Bett einer Präzisionsmeßvorrichtung.

Fig. 1 bis 3 zeigen schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wälzkontakt-Linearführungseinheit. Die Führungseinheit enthält grundsätzlich eine stabförmige Führungsschiene 1, einen Schlitten 2 und mehrere Wälzkörper oder Kugeln 13 zwischen der Führungsschiene 1 und dem Schlitten 2.

In der vorliegenden Führungseinheit besitzt die stabförmige Führungsschiene 1 einen etwa kreisförmigen Querschnitt und erstreckt sich über eine bestimmte Länge geradlinig. Typischer­ weise besitzt die Führungsschiene 1 einen Durchmesser von gleich oder weniger 30 mm, jedoch kann die Führungsschiene 1 auf Wunsch auch einen größeren Durchmesser besitzen. Die Führungsschiene 1 weist ein Paar innerer Führungsnuten 1a auf einander abgewandten Seiten auf, wobei sich jede Führungsnut parallel zur Längsachse der Führungsschiene 1 erstreckt. Vorzugsweise sind die inneren Führungsnuten 1a des Nutenpaars einander diametral gegenüberliegend angeordnet.

Bei dem Aufbau nach Fig. 1 ist die Führungsschiene 1 fest auf einem Bett 3 gelagert, beispielsweise auf dem Bett einer Präzisionsmeßvorrichtung, wobei sie teilweise in einer V-förmigen Nut 3a aufgenommen ist, die auf der Ober­ seite des Betts 3 ausgebildet ist. Obschon in Fig. 1 lediglich eine solche stabförmige Führungsschiene 1 ge­ zeigt ist, können zwei oder mehr Schienen 1 auf dem Bett 3 in zueinander paralleler Anordnung gelagert sein. Die Führungsschiene 1 besitzt mehrere Quer-Durchgangslöcher 1b, durch die hindurch Schrauben oder Bolzen 5 geschraubt werden können, um die Führungsschiene 1 fest an dem Bett 3 anzubringen.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Aufbau wird die Führungs­ schiene 1 teilweise in der V-förmigen Nut 3a über praktisch deren gesamte Länge aufgenommen. Wie weiter unten noch im einzelnen erläutert wird, ist ein derartiger Kontakt zwischen der Führungsschiene 1 und der V-förmigen Nut 3a möglich, weil der Schlitten 2 die stabförmige Führungs­ schiene im Gegensatz zu der oben beschriebenen herkömmlichen Führungseinheit nicht vollständig umfaßt. Ein solcher Aufbau ist besonders wichtig, da er das unerwünschte Durchbiegen der stabförmigen Führungsschiene 1 zu vermeiden ermöglicht, so daß die Führungsschiene 1 irgendeinen gewünschten Durch­ messer aufweisen kann, ungeachtet der Tatsache, wie klein der Durchmesser ist. Obschon die Führungsschiene 1 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel praktisch über die gesamte Länge der V-förmigen Führungsnut 3a mit dieser in Berührung steht, sollte beachtet werden, daß die Führungsschiene 1 auch an mehreren voneinander beabstan­ deten Stellen entlang der Längsachse gelagert werden könnte anstatt einen durchgehenden Kontakt mit der V-förmigen Nut 3a zu haben. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, besitzt der Schlitten mehrere (im vorliegenden Ausführungsbeispiel zwei) Montagelöcher 2a an seiner Oberseite, so daß der Schlitten 2 fest an einem Gleittisch 7 angebracht werden kann, beispielsweise mit Hilfe von Schrauben oder Bolzen 8, wobei an dem Gleittisch noch ein weiterer oder mehrere weitere Schlitten 2 fixiert werden können. Der Tisch 7 wird als Träger für ein Schneidwerkzeug oder ein zu ver­ arbeitendes Werkstück benutzt.

Der Schlitten 2 besitzt im dargestellten Ausführungsbei­ spiel einen etwa U-förmigen Querschnitt, und mithin ist der Schlitten 2 verschieblich auf der Führungsschiene 1 gelagert, indem er die Führungsschiene übergreift. Dem­ zufolge umgibt in der vorliegenden Führungseinheit der Schlitten 2 die stabförmige Führungsschiene 1 nur teil­ weise und nicht vollständig, wie es im Stand der Technik gemäß den Fig. 4 bis 7 der Fall war. Da der Schlitten 2 gemäß der Erfindung etwa die Form eines Troges aufweist, und mithin eine offene Struktur besitzt, ist ein müheloser Zugriff zu den äußeren Führungsnuten möglich. Deshalb läßt sich der erfindungsgemäße Schlitten 2 einfach und mit hoher Genauigkeit fertigen. Da außerdem der Schlitten 2 die stabförmige Führungsschiene 1 nur teilweise umfaßt, läßt sich die in Fig. 3 angegebene Höhe H minimieren, was wiederum zur Verringerung der Gesamtbaugröße der Führungseinheit beiträgt. Weiterhin gibt es keine Not­ wendigkeit für einen durchgehenden Spalt 36b, wie er in der oben erläuterten herkömmlichen Führungseinheit vorhanden sein muß. Dies ermöglicht einerseits eine weitere Verringerung der Baugröße, andererseits eine signifikante Erhöhung der Robustheit des Aufbaus.

Bei dem speziell in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Aus­ führungsbeispiel besitzt der Schlitten 2 einen dreiteiligen Aufbau, umfassend einen Mittelblock mit einem inneren Gleitelement 10 und einem Abdeckelement 14, und ein Paar Endblöcke 11, jeweils ein Endblock an einem Ende des Mittelblocks. Das innere Gleitelement 10 besteht vorzugs­ weise aus einem Kunstharzmaterial, und jeder Block des Paares von Endblöcken 11 besteht ebenfalls vorzugsweise aus Kunststoff. Das äußere Abdeckelement 14 besteht vorzugs­ weise aus einem Metall.

Bei der vorliegenden Ausführungsform besitzt der Schlitten 2 ein Paar von Endlos-Umlaufbahnen 15, die jeweils einen Lastbahnabschnitt 15a, einen Rücklaufbahnabschnitt 15b und ein Paar gekrümmter Verbindungsbahnabschnitte 15c, die die entsprechenden Enden der Last- und Rücklaufbahnabschnitte verbinden, aufweist. Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird der Lastbahnabschnitt 15a der Endlos-Umlaufbahn definiert durch ein Paar sich gegenüberliegender innerer und äußerer Führungsnuten 1a und 14a, außerdem durch einen unteren Kanal 10a, der in dem inneren Gleitelement 10 aus­ gebildet ist. Diejenigen Kugeln 13, die sich in dem Last­ bahnabschnitt 15a befinden, werden teilweise in jeder der inneren und der äußeren Führungsnuten 1a und 14a aufgenommen, wodurch ein Wälzkontakt zwischen der stabförmigen Führungs­ schiene 1 und dem Schlitten 2 entsteht. Damit läßt sich der Kanal 10a im inneren Gleitelement 10 als einfacher Spielraum ausbilden, der in keiner Weise die Wälzbewegung der Kugeln 10 entlang den Lastbahnabschnitten 15a behindert. Anderer­ seits ist der Rücklaufbahnabschnitt 15b gebildet durch einen oberen Kanal 10b in jeder oberen Ecke des inneren Gleitelements 10, parallel zu dem unteren Kanal 10a, wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist. Außerdem wird der Rücklaufbahnabschnitt auch durch eine innere Ecke des U-förmigen äußeren Abdeckelements 14 gebildet. Damit ist der Rücklaufbahnabschnitt 15b fertig ausgebildet, wenn das äußere Abdeckelement 14 und das innere Gleitelement 10 beispielsweise mittels Klebstoff oder Schraubenbolzen zusammengebaut sind.

Die Last- und Rücklaufbahnabschnitte 15a und 15b sind in dem Mittelblock des Schlittens 2 vorgesehen, wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht. Andererseits ist jeder Abschnitt des Paares von gekrümmten Verbindungsbahnabschnitten 15c in jedem der Endblöcke 11 vorgesehen. Damit wird die Endlos- Umlaufbahn in geeigneter Weise fertiggestellt, wenn der Mittelblock und die Endblöcke zusammengefügt sind. Um den Mittelblock mit den Endblöcken zu verbinden, können jegliche Fixiermittel verwendet werden, beispielsweise Klebstoffe oder Schraubenbolzen.

Da das innere Gleitelement 10 aus einem Harz besteht, kann man es derart einstellen, daß es in Gleitkontakt mit der Führungsschiene 1 steht. In diesem Fall allerdings sollte das Harzmaterial des inneren Gleitelements 10 eine hervor­ ragende Gleiteigenschaft in Bezug auf die Führungsschiene 1 aufweisen. Andernfalls könnte ein Schmiersystem erforderlich sein. Das innere Gleitelement 10 kann auch so eingestellt werden, daß es von der Oberfläche der stabförmigen Führungs­ schiene 11 entfernt ist. Beispielsweise kann der Schlitten 2 verschieblich auf der Führungsschiene 1 an deren unterer Hälfte oder in einer bezüglich Fig. 3 umgekehrten Lage­ anordnung montiert sein.

Das Abdeckelement 14 besteht vorzugsweise aus einem Metall, das normalerweise mit den in Fig. 1 gezeigten Montage­ löchern versehen ist, mit deren Hilfe der Schlitten 2 an einem Gegenstand, beispielsweise einem Gleittisch 7, mit Hilfe von Bolzen oder Schrauben 8 befestigt wird. Damit kann sich der Tisch 7 in jede Längsrichtung der Führungs­ schiene 1 hin- und herbewegen, was in Fig. 1 mit dem Doppelpfeil B angedeutet ist. Der Tisch 7 kann derart auf­ gebaut sein, daß er ein Schneidewerkzeug oder ein zu bearbeitendes Werkstück trägt.

Wie oben ausgeführt ist, läßt sich die stabförmige Führungs­ schiene, die einen etwa kreisförmigen Querschnitt aufweist, extrem einfach fertigen. Die Größe der Führungsschiene kann gerade so klein gemacht werden, wie es für die Festigkeit erforderlich ist. Da außerdem erfindungsgemäß der Schlitten derart aufgebaut ist, daß er lediglich einen Teil des Umfangs der Führungsschiene umfaßt, kann der Schlitten einfach und mit hoher Genauigkeit gefertigt werden, da er größtenteils von überall her zugänglich ist. Da außerdem die stabförmige Führungsschiene von dem Schlitten nur teilweise umfaßt wird, ergibt sich eine größere Freiheit bei der Lagerung der Führungsschiene. Die Gesamtgröße der Führungseinheit läßt sich beträchtlich kleiner halten als bei der herkömmlichen Führungseinheit, ohne daß jedoch die mechanische Festigkeit leidet.

Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer Linearführungseinheit beschrieben wurde, die eine Endlos- Umlaufbahn aufweist, ist die Erfindung gleichermaßen anwend­ bar bei einer Linearführungseinheit mit endlichem Hub. Ferner läßt sich die Erfindung auch bei anderen Typen von Wälzkörpern, beispielsweise Walzen, anwenden.

Claims (8)

1. Wälzkontakt-Linearführungseinheit, umfassend:

• - eine stabförmige Führungsschiene (1) mit etwa kreisförmigem Querschnitt und mindestens einer inneren Führungsnut (1a), die parallel zur Längsachse der Führungsschiene (1) verläuft,
• - einen Schlitten (2), der verschieblich auf der Führungs­ schiene (1) gelagert ist, sich nur über einen Teil des Umfangs der Führungsschiene erstreckt und mindestens eine Führungsnut (14a) aufweist, die parallel zu und gegenüber der inneren Führungsnut (1a) verläuft, um so einen Führungs­ kanal zu bilden, und
• - mehrere Wälzkörper (13) in dem Führungskanal zur Schaffung eines Wälzkontakts zwischen der Führungsschiene (1) und dem Schlitten (2).

2. Führungseinheit nach Anspruch 1, bei der der Schlitten (2) mindestens eine Endlos-Umlaufbahn aufweist, die gebildet wird durch einen Lastbahnabschnitt, einen Rücklaufbahnabschnitt und ein Paar gekrümmter Verbindungsbahnabschnitte, welche die entsprechenden Enden des Last- und des Rücklaufbahnabschnitts verbinden.

3. Führungseinheit nach Anspruch 2, bei der der Schlitten (2) einen Mittelblock, in welchem die Last- und Rücklaufbahnabschnitte ausgebildet sind, und ein Paar von Endblöcken (11) aufweisen, die fest an den Enden des Mittelblocks angebracht sind und jeweils mit dem ge­ krümmten Verbindungsbahnabschnitt versehen sind.

4. Führungseinheit nach Anspruch 3, bei der der Mittelblock ein inneres Gleitelement (10) aus einem Harzmaterial und ein äußeres Abdeckelement (14) aus einem Metall aufweist.

5. Führungseinheit nach Anspruch 4, bei der das Paar von Endblöcken (11) aus einem Harzmaterial besteht.

6. Führungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Unterlage (3), in deren Oberseite eine V-förmige Nut ausgebildet ist, die in sich zumindest teilweise die stabförmige Führungsschiene (1) aufnimmt.

7. Führungseinheit nach Anspruch 6, bei der die stabförmige Führungsschiene (1) mit mehreren Quer- Durchgangslöchern (1b) ausgestattet ist, durch die Montagebolzen zum Fixieren der Führungsschiene an dem Bett (4) einsetzbar sind.

8. Führungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der ein Paar der inneren Führungsnuten (1a) in einer Umfangs­ fläche der Führungsschiene derart ausgebildet ist, daß sich die Führungsnuten etwa diametral gegenüberliegen.