DE4318428A1

DE4318428A1 - Linearführungseinheit

Info

Publication number: DE4318428A1
Application number: DE4318428A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Giese; Arbogast Dr Ing Grunau
Original assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Current assignee: INA Waelzlager Schaeffler OHG
Priority date: 1993-06-03
Filing date: 1993-06-03
Publication date: 1994-12-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Linearführungseinheit mit einer Führungs schiene, einem auf dieser längsverschieblich gelagerten Führungswagen und einem dem Führungswagen zugeordneten Dämpfungselement, das als die Führungsschiene umgreifender Schlitten ausgebildet ist.

Bei Linearführungen wird häufig eine zusätzliche Dämpfung gewünscht. Dies gilt insbesondere für Linearwälzführungen. Bei einer aus der EP-OS 03 91 072 bekannten Linearführungseinheit wird nahezu die gesamte Innenkontur des Schlittens zur Dämpfung ausgenutzt, wobei die Maße so gewählt sind, daß der Dämpfungsspalt eine Spaltbreite von 0 bis 40 µ aufweist. Das damit erzielbare Maß der Dämpfung ist jedoch nicht veränderbar.

Aus der DE-OS 32 45 124 ist eine Linearführungseinheit bekannt, bei der zum Zwecke der Dämpfung zwischen dem Schlitten und der Führungs schiene eine regelbare Reibungskraft erzeugt wird. Dort steht eine an dem Schlitten angebrachte Platte an einer ihrer Seiten mit der Füh rungsschiene in Berührung, während die andere Seite einem verstell baren Druck ausgesetzt ist, der von mit Drucköl gespeisten Hydraulik zylindern und Kolben auf die Platte übertragen wird.

Die bei dieser Linearführungseinheit erzielbare Dämpfungswirkung hängt von der Reibung ab, die der Vorschubbewegung des Schlittens entgegen wirkt und ist somit vom Betriebszustand abhängig. Ohne Vorschubbewe gung des Schlittens kann keine Dämpfung erzielt werden, weil Gleitrei bung dann nicht auftritt. Es kann allenfalls ein Festklemmen des Schlittens erfolgen. Diese Ausführung mit zu- und abschaltbaren Hy draulikzylindern, deren Kolben als Klemmelemente wirken, ist nicht nur konstruktiv aufwendig, sondern sie ermöglicht auch nicht die Dämpfung von Schwingungen, die in zur Vorschubrichtung bzw. Führungsschiene senkrechter Ebene erfolgen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach aufgebaute und montierbare Linearführungseinheit zu schaffen, bei der Schwingungen des Führungswagens und des zugeordneten Dämpfungselements sowohl in der Verfahrrichtung als auch in dazu senkrechter Richtung abgedämpft werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schlitten mehrere auf die Führungsschiene gerichtete Bohrungen aufweist, in welchen zylindrische Dämpfungs- und Klemmelemente jeweils längsver schieblich angeordnet, von einem Hydrauliköl beaufschlagt und mit einem stirnseitigen Ende an der Führungsschiene abgestützt sind, wobei jedes Dämpfungs- und Klemmelement aus einem äußeren tassenförmigen Zylinderteil und einem darin unter Bildung eines Leckspaltes einge setzten und relativ zu dem Zylinderteil längsverschieblichen Kolben besteht.

Derartige Dämpfungs- und Klemmelemente sind als handelsübliche Bauein heiten leicht verfügbar und preisgünstig, da sie auf einem anderen technischen Gebiet, nämlich in hydraulischen Ventilspielausgleichs elementen von Verbrennungsmotoren, in großen Stückzahlen eingebaut werden. Auf dem vorliegenden Anwendungsgebiet bieten sie außerdem den Vorteil, daß mit ihnen nicht nur eine Dämpfung, sondern auch in Ver fahrrichtung eine Klemmung erzeugt werden kann.

Zusätzliche Maßnahmen für die Dämpfung sind insbesondere dann erfor derlich, wenn der Führungswagen über in endlosen Umlaufkanälen abrol lende Wälzkörper an der Führungsschiene gelagert ist.

Eine günstige Einbaumöglichkeit ergibt sich dadurch, daß das tassen förmige Zylinderteil mit seinem Boden an der Führungsschiene und der Kolben mit einem aus dem Zylinderteil herausragenden Ende an einer Ringkante innerhalb der Bohrung des Schlittens abgestützt ist. Das Dämpfungs- und Klemmelement läßt sich dann vor der Montage des Schlit tens an der Führungsschiene mit der Kolbenseite voraus in die Bohrung soweit einstecken, bis der Kolben stirnseitig an der Ringkante an schlägt.

In dem Kolben ist ein Rückschlagventil angeordnet, durch welches ein Hochdruckraum des Zylinderteils für das Hydrauliköl gegenüber einem Ölvorratsraum des Kolbens verschließbar ist. Der Kolben ist an dem Zylinderteil über eine Druckfeder axial abgestützt.

Als Rückschlagventil kann ein Kugelventil verwendet werden, wobei als Ventilkörper eine Kugel wirkt, die von der Druckfeder über eine Ven tilkappe an die einen Ventilsitz bildende Begrenzungskante einer zentralen Kolbenbohrung angedrückt wird.

Das Zylinderteil kann mit seinem Boden entweder unmittelbar oder über einen Gleitbelag an der Führungsschiene abgestützt sein.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Führungsschiene mit daran angeordnetem Führungswagen und Dämpfungs schlitten;

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Schlitten im Bereich von Dämpfungs- und Klemmelementen;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Dämpfungs- und Klemmele ment.

Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Linearführungseinheit besteht aus einer Führungsschiene 1, die eine gehärtete und geschliffene Stahlschiene sein kann. An der Führungsschiene ist ein Führungswagen 2 längsverschieblich gelagert, beispielsweise mit Hilfe von Wälzla gern, die in innerhalb des Führungswagens 2 ausgebildeten endlosen Umlaufkanälen abrollen. Dem Führungswagen 2 ist ein Dämpfungselement in Form eines Schlittens 3 zugeordnet. Der Führungswagen 2 weist an seiner Oberseite eine Befestigungsfläche 4 und der Schlitten 3 weist an seiner Oberseite eine Befestigungsfläche 5 auf, so daß es möglich ist, einen Maschinentisch sowohl an dem Führungswagen 2 als auch an dem Schlitten 3 zu befestigen und damit eine Befestigung des Führungs wagens 2 an dem Schlitten 3 durchzuführen. Entgegen diesem Ausfüh rungsbeispiel ist es auch möglich, den Führungswagen 2 und den Schlit ten 3 als Dämpfungselement zu einem einstückigen Bauteil zusammen zufassen.

Sowohl der Führungswagen 2 als auch der Schlitten 3 weist jeweils eine dem Profil der Führungsschiene 1 angepaßte Innenkontur auf. Dabei ergibt sich zwischen dem Schlitten 3 und der Führungsschiene 1 ein Dämpfungsspalt 6. Der Schlitten 3 weist an mehreren Stellen Bohrungen 7 auf, die in zur Längsachse der Führungsschiene 1 senkrechter Ebene verlaufen und sich von der Außenseite des Schlittens 3 bis zu dem Dämpfungsspalt 6 erstrecken. In der Nähe des Dämpfungsspaltes ist der Bohrungsdurchmesser größer und verringert sich innerhalb des Schlit tens 3 unter Bildung einer Ringkante 8 sprunghaft.

In dem der Führungsschiene 1 zugewandten Bereich der Bohrung 7 mit dem größeren Durchmesser ist jeweils ein Dämpfungs- und Klemmelement 9 eingesetzt, das aus einem tassenförmigen Zylinderteil 10 mit einem Boden 11 und einem in das Zylinderteil 10 eingesteckten Kolben 12 besteht. In der Mitte des Kolbens 12 befindet sich eine durchgehende Kolbenbohrung 13, welche einen Hochdruckraum 14 des Zylinderteils 10 mit einem Ölvorratsraum 15 des Kolbens 12 verbindet. Ein Kugelventil mit einer Kugel 16 verschließt die Kolbenbohrung 13. Zu diesem Zweck befindet sich in dem Hochdruckraum 14 eine Druckfeder 17, welche über eine Ventilkappe 18 die Kugel 16 an die als Ventilsitz wirkende Kante der Kolbenbohrung 13 andrückt. Der auf diese Weise geschlossene Hoch druckraum 14 ist über den von der inneren Bohrung des Zylinderteils 10 und dem äußeren Mantel des Kolbens 12 gebildeten Leckspalt 19 gering fügig nach außen geöffnet, so daß bei einem Zusammendrücken des Kol bens 12 und des Zylinderteils 10 in dem Hochdruckraum 14 eingeschlos senes Hydrauliköl unter Überwindung hoher Strömungswiderstände durch den Leckspalt 19 abströmen kann. Das Hydrauliköl wird den Dämpfungs- und Klemmelementen 9 durch die Bohrungen 7 des Schlittens 3 zugeführt.

Die Dämpfung der erfindungsgemäßen Linearführungseinheit geschieht wie folgt: Wenn eine Relativbewegung zwischen der Führungsschiene 1 und dem Schlitten 3 auftritt, wenn also beispielsweise in Fig. 2 der Zeichnung der dargestellte Teil des Schlittens 3 auf die Führungs schiene 1 zu bewegt wird, muß Hydrauliköl aus dem Hochdruckraum 14 über den Leckspalt 19 des jeweils dargestellten Dämpfungs- und Klemm elements 9 herausgedrückt werden, damit sich der an der Führungsschie ne 1 abgestützte Zylinderteil 10 in der Richtung zum Kolben 12 hin verschieben kann, der an dem Schlitten 3 abgestützt ist. Durch dieses Herausdrücken von Hydrauliköl durch den engen Leckspalt 19 aus dem Dämpfungs- und Klemmelement 9 wird eine Arbeit verrichtet, die dem schwingenden System als Schwingungsenergie entzogen wird. Das System wird gedämpft. Bei einer Bewegung des Schlittens 3 relativ zur Füh rungsschiene 1 in entgegengesetzter Richtung folgt der Kolben 12 dem Schlitten 3 und das außerhalb des Dämpfungs- und Klemmelements 9 in der Bohrung 7 anstehende Hydrauliköl öffnet infolge seines Druckes das Ventil, wobei die Kugel 16 gegen die Wirkung der Druckfeder 17 von ihrem Sitz abgehoben wird. Hydrauliköl strömt von dem Ölvorratsraum 15 des Kolbens 12 durch die Kolbenbohrung 13 zurück in den Hochdruckraum 14 und der Zylinderteil 10 kann mit seinem Boden 11 weiterhin an der Oberfläche der Führungsschiene 1 anliegen.

Die Art der Dämpfung infolge des Ausströmens von Hydrauliköl durch den Leckspalt 19 findet nur dann statt, wenn eine Relativbewegung des Schlittens 3 senkrecht zur Längsachse der Führungsschiene 1 oder eine Drehbewegung des Schlittens 3 relativ zur Führungsschiene 1 erfolgt. Durch eine entsprechende Anordnung der Dämpfungs- und Klemmelemente 9 in dem Schlitten 3 können für die Dämpfung bevorzugte Richtungen entstehen oder auch Richtungen, in denen nicht gedämpft werden soll. Wenn sich der Schlitten 3 nur in Richtung der Längsachse der Führungs schiene 1 bewegt, ist keine durch das Austreten von Hydrauliköl über den Leckspalt 19 verursachte Dämpfung zu erwarten. Beaufschlagt man jedoch die Dämpfungs- und Klemmelemente 9 über die Bohrungen 7 des Schlittens 3 mit einem ausreichenden Druck, so üben sie eine entspre chende Druckkraft auf die Führungsschiene 1 aus und erzeugen bei der Bewegung des Schlittens 3 längs der Führungsschiene 1 eine Reibungs kraft, die überwunden werden muß. Je nach der Größe des Druckes, der Anzahl und der Art der Dämpfungs- und Klemmelemente 9 und je nach der Größe des Reibwertes zwischen der Führungsschiene 1 und den Böden 11 der Dämpfungs- und Klemmelemente 9 erhält man nun entweder einen Reibungsdämpfer (Gleitreibung) oder ein Klemmsystem (Haftreibung). Durch Anordnung von Zwischenschichten zwischen den Böden 11 und der Führungsschiene 1 kann der Reibwert eingestellt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Linearführungseinheit hängt die Dämpfungs wirkung von der Viskosität des Hydrauliköls, von der Größe der Leck spalte 19, von der resultierenden Steifigkeit und der Anzahl der Dämpfungs- und Klemmelemente 9 ab.

Das beschriebene Dämpfungssystem kann bei konstantem Druck des Hydrau liköls in den Bohrungen 7 des Schlittens 3 als passives Dämpfungs system bezeichnet werden. Um dieses System zu einem aktiven Dämpfungs system weiterzuentwickeln, können die auftretenden und zu dämpfenden Schwingungen z. B. mit einem Schwingungssensor erfaßt werden. Dieser kann an dem Schlitten 3 separat angeordnet sein oder sich an einer anderen Stelle des schwingenden Teils befinden. Es können auch einzel ne der eingesetzten Zylinderteile 10 mit den Kolben 12 in Kombination als Druckaufnehmer dienen. Die registrierten Schwingungen können einer Regelung zugeleitet werden, die dann die Druckbeaufschlagung der einzelnen Kolben 12 steuert und damit eine der Schwingungsbewegung entgegengerichtete Kraft erzeugt, die sich mit derselben Frequenz ändert, wie die auftretende Schwingung. Man erhält so eine aktive Dämpfung.

Bezugszeichenliste

1 Führungsschiene
2 Führungswagen
3 Schlitten
4 Befestigungsfläche
5 Befestigungsfläche
6 Dämpfungsspalt
7 Bohrung
8 Ringkante
9 Dämpfungs- und Klemmelement
10 Zylinderteil
11 Boden
12 Kolben
13 Kolbenbohrung
14 Hochdruckraum
15 Ölvorratsraum
16 Kugel
17 Druckfeder
18 Ventilkappe
19 Leckspalt

Claims

1. Linearführungseinheit mit einer Führungsschiene, einem auf dieser längsverschieblich gelagerten Führungswagen und einem dem Führungs wagen zugeordneten Dämpfungselement, das als die Führungsschiene umgreifender Schlitten ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (3) mehrere auf die Führungsschiene (1) gerichtete Bohrungen (7) aufweist, in welchen zylindrische Dämpfungs- und Klemm elemente (9) jeweils längsverschieblich angeordnet, von einem Hydrau liköl beaufschlagt und mit einem stirnseitigen Ende an der Führungs schiene (1) abgestützt sind, wobei jedes Dämpfungs- und Klemmelement (9) aus einem äußeren tassenförmigen Zylinderteil (10) und einem darin unter Bildung eines Leckspaltes (19) eingesetzten und relativ zu dem Zylinderteil (10) längsverschieblichen Kolben (12) besteht.

2. Linearführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungswagen (2) über in endlosen Umlaufkanälen abrollende Wälz körper an der Führungsschiene (1) gelagert ist.

3. Linearführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das tassenförmige Zylinderteil (10) mit seinem Boden (11) an der Führungsschiene (1) und der Kolben (12) mit einem aus dem Zylinderteil (10) herausragenden Ende an einer Ringkante (8) innerhalb der Bohrung (7) des Schlittens (3) abgestützt ist.

4. Linearführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) an dem Zylinderteil (10) über eine Druckfeder (17) axial abgestützt ist.

5. Linearführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kolben (12) ein Rückschlagventil angeordnet ist, durch welches ein Hochdruckraum (14) des Zylinderteils (10) für das Hydrauliköl gegenüber einem Ölvorratsraum (15) des Kolbens (12) verschließbar ist.

6. Linearführungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil eine Kugel (16) als Ventilkörper aufweist, die von der Druckfeder (17) über eine Ventilkappe (18) an die einen Ven tilsitz bildende Begrenzungskante einer zentralen Kolbenbohrung (13) angedrückt ist.

7. Linearführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderteil (10) mit seinem Boden (11) unmittelbar an der Füh rungsschiene (1) abgestützt ist.

8. Linearführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderteil (10) mit seinem Boden (11) über einen Gleitbelag an der Führungsschiene (1) abgestützt ist.

9. Linearführungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungswagen (2) und der Schlitten (3) jeweils eine an das Profil der Führungsschiene (1) angepaßte Innenkontur aufweisen, wobei der Schlitten (3) mit der Führungsschiene (1) einen Dämpfungsspalt (6) bildet.