EP0786055A1 - Linearführung - Google Patents

Linearführung

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Publication number
EP0786055A1
EP0786055A1 EP95933331A EP95933331A EP0786055A1 EP 0786055 A1 EP0786055 A1 EP 0786055A1 EP 95933331 A EP95933331 A EP 95933331A EP 95933331 A EP95933331 A EP 95933331A EP 0786055 A1 EP0786055 A1 EP 0786055A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
guide
guide shaft
shaft
linear
linear guide
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP95933331A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johann Melf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0786055A1 publication Critical patent/EP0786055A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C29/00—Bearings for parts moving only linearly
    • F16C29/04—Ball or roller bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D3/00—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive
    • F16D3/02—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions
    • F16D3/06—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions specially adapted to allow axial displacement
    • F16D3/065—Yielding couplings, i.e. with means permitting movement between the connected parts during the drive adapted to specific functions specially adapted to allow axial displacement by means of rolling elements

Definitions

  • the known linear guides which are designed as ball guides, consist of a guide bush with a cylindrical inner running surface, a guide shaft with a cylindrical outer running surface, and a large number of balls which are easily movable in a tubular ball cage.
  • the balls roll under pre-tension between the guide bush and the guide shaft, the term "pre-tension” being understood to mean the difference between the dimension over two opposite balls touching the guide shaft and the inside diameter of the guide bush.
  • the preload ensures, in particular, that the linear guides are at least largely free of play.
  • the known linear guides enable lifting movements, rotary movements and superimposed lifting rotary movements. These linear guides can therefore be viewed as ball bearings without axial limitation or as longitudinal guides without anti-rotation lock.
  • Linear guides which are provided for pure lifting movements and which are additionally equipped with an anti-rotation device are also known.
  • the anti-rotation device should always allow constant rotational positions or joint rotations of the guide bush and the guide shaft by precisely defined angles of rotation.
  • the anti-rotation device is formed by longitudinal grooves which are introduced into the guide bush and the guide shaft and are assigned to one another in pairs, between which the balls roll in a force-fit manner under pretension.
  • the invention specified in claim 1 is based on the problem of creating a linear guide for play-free lifting movements secured against rotation, in which the anti-rotation protection can be implemented with little effort and without noticeable impairment of the smooth operation.
  • the invention is based on the finding that only three or more outer running surfaces on the guide shaft are required for a functionally reliable anti-rotation lock, which receive the balls inserted between them and the unchanged cylindrical inner running surface of the guide bush .
  • the only requirement is that the outer running surfaces are shaped in such a way that the preload increases with a relative rotation of the guide bush and the guide shaft. This requirement has already been met, for example, by outer treads in the form of flats on the guide shaft.
  • the embodiment according to claim 2 enables captive and local precise, precise mounting of the balls, while maintaining the easy mobility of the balls.
  • the development according to claim 3 relates to the formation of the outer treads by grooves, which with regard to the required freedom of play compared to other shapes, such as Flattening, is preferred.
  • the grooves have an opening angle of at least 120 °.
  • the preload and thus the friction required for securing against rotation is further increased in the case of a relative rotation of the guide bush and guide shaft.
  • Optimal conditions for the anti-rotation protection reached according to claim 5 at opening angles of the grooves between 150 ° and 170 °.
  • the claim 6 relates to the use of a linear guide designed according to claims 1 to 5 in the automatic assembly of printed circuit boards or ceramic substrates with SMD components.
  • the placement head of an SMD placement machine carries a vertically movable suction pipette, which picks up the SMD components from a feed module, transports them to the circuit board or the ceramic substrate and places them there in a specified placement position.
  • the suction pipette is now accommodated in the guide bushing of the linear guide so as to be adjustable in the vertical direction, while the guide shaft is designed as a hollow shaft and thus enables the suction pipette to be connected to a vacuum source.
  • the suction pipette can also be connected to a compressed air source for a short time via the hollow shaft.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through a linear guide
  • FIG. 2 shows an end view of the linear guide according to FIG. 1,
  • FIGS. 1 and 2 show a cross section through the guide shaft of the linear guide shown in FIGS. 1 and 2
  • FIG. 4 shows the arrangement of a suction pipette on the guide bush of the linear guide shown in FIGS. 1 and 2.
  • the linear guide shown in FIG. 1 consists of a guide bushing FB with a cylindrical inner running surface IL, a ner hollow cylindrical guide shaft FW with a total of four groove-shaped outer running surfaces AL to be explained in more detail with reference to FIGS. 2 and 3, and a total of sixteen balls K which are held in a tubular ball cage KK so as to be easily movable.
  • the four outer running surfaces AL which extend in the longitudinal direction of the guide shaft FW, are formed by flat grooves which are made in the outer surface of the guide shaft FW in a uniform circumferential pitch.
  • the opening angles ⁇ of these grooves are 160 ° in each case.
  • the balls K roll under tension between the cylindrical inner tread IL of the guide bush FB and the outer tread AL formed by grooves of the guide shaft FW.
  • the preload is generated in that the dimension shown in FIG. 3 is slightly larger than the inside diameter of the guide bushing FB over two opposing balls K contacting the associated inner running surfaces IL of the guide shaft FW. This preload ensures that the linear guide is at least largely free of play. On the other hand, the preload rises rapidly with an attempted relative rotation of the guide bushing FB and guide shaft FW and, by means of the friction, which also increases rapidly in this way, provides a security against rotation.
  • the linear guide shown in FIGS. 1 to 3 is intended for use in the placement head of an SMD placement machine.
  • one end of the guide shaft FW is connected to a holding part HT which is fastened in the placement head via a V-shaped groove N in the manner of a snap connection.
  • a lateral opening 0 In the area of the holding part HT there is also a lateral opening 0, which enables the connection of the interior of the hollow cylindrical guide shaft FW to a vacuum source VQ, which is only indicated in FIG.
  • the guide bushing FB can have a backlash-free, secured against rotation on the guide shaft FW fixed in the placement head Execute lifting movement, which is indicated in Figure 1 by a double arrow H.
  • a suction pipette SP is placed on the front end of the guide bushing FB.
  • the suction pipette SP can then take up an SMD module (not shown in the drawing).
  • An elastic sealing ring DR is provided for sealing to the outside, which rests on the inner wall of the suction pipette SP and on the end face of an angle ring WR.
  • the angle ring WR fastened in the guide shaft FW also serves as an end stop for the guide bush FB.
  • the guide bushing FB can oppose the force of one
  • the suction pipette SP can thus deflect onto a printed circuit board or a ceramic substrate when a SMD component is deposited.
  • the correct rotational position of an SMD module to be placed on a circuit board or on a ceramic substrate can be brought about by a corresponding rotation of the guide shaft FW.
  • the prerequisite for positioning the SMD module in the correct angular position is that based on the
  • FIGS 1 to 3 described protection against rotation of the linear guide.

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Abstract

Eine Linearführung für spielfreie, gegen Verdrehung gesicherte Hubbewegungen umfasst mindestens eine Führungsbuchse (FB) mit einer zylindrischen Innen-Lauffläche, eine Führungswelle (FW) mit mindestens drei sich in Längsrichtung erstreckenden, vorzugsweise durch Nuten gebildeten Aussen-Laufflächen (AL) und mehrere zwischen der Innen-Lauffläche (IL) der Führungsbuchse (FB) und den Aussen-Laufflächen (AL) der Führungswelle (FW) unter Vorspannung angeordnete Kugeln (K). Die Aussen-Laufflächen (AL) sind derart geformt, dass sich bei einer versuchten Relativdrehung von Führungsbuchse (FB) und Führungswelle (FW) die Vorspannung erhöht und durch die gleichzeitig erhöhte Reibung die gewünschte Sicherung gegen Verdrehung bewirkt wird. Diese Verdrehsicherung kann dabei mit einem äusserst geringen baulichen Aufwand realisiert werden. Die beschriebenen Linearführungen sind für den Einsatz im Bestückkopf eines SMD-Bestückautomaten geeignet, wobei die Saugpipette auf die Führungsbuchse aufgesetzt wird, und die Führungswelle (FW) zum Anschluss an eine Vakuumquelle als Hohlwelle ausgebildet ist.

Description

Beschreibung
Linearführung
Die bekannten, als Kugelführungen ausgebildeten Linearführun¬ gen, bestehen aus einer Führungsbuchse mit zylindrischer In¬ nen-Lauffläche, einer Führungswelle mit zylindrischer Außen- Lauffläche, sowie einer Vielzahl von Kugeln, die in einem rohrfδrmigen Kugelkäfig leicht beweglich gehalten sind. Die Kugeln rollen unter Vorspannung kraftschlüssig zwischen Füh¬ rungsbuchse und Führungswelle, wobei unter dem Begriff "Vorspannung" die Differenz zwischen dem Maß über zwei gegen¬ überliegende, die Führungswelle berührenden Kugeln und dem Innendurchmesser der Führungsbuchse, verstanden wird. Die Vorspannung gewährleistet dabei insbesondere eine zumindest weitgehende Spielfreiheit der Linearführungen. Die bekannten Linearführungen ermöglichen Hubbewegungen, Drehbewegungen und überlagerte Hub-Drehbewegungen. Diese Linearführungen können daher als Kugellager ohne Axialbegrenzung oder als Längsfüh- rung ohne Verdrehsicherung angesehen werden.
Es sind auch bereits für reine Hubbewegungen vorgesehene Li¬ nearführungen bekannt, die zusätzlich mit einer Verdrehsiche¬ rung ausgerüstet sind. Die Verdrehsicherung soll dabei stets gleichbleibende Drehlagen oder aber gemeinsame Drehungen von Führungsbuchse und Führungswelle um genau definierte Drehwin¬ kel ermöglichen. Die Verdrehsicherung ist dabei durch in Füh¬ rungsbuchse und Führungswelle eingebrachte und paarweise ein¬ ander zugeordnete Längsnuten gebildet, zwischen denen die Kugeln unter Vorspannung kraftschlüssig rollen.
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Linearführung für spielfreie, gegen Verdrehung gesicherte Hubbewegungen zu schaffen, bei welcher die Ver- drehsicherung mit geringem Aufwand und ohne merkliche Beein¬ trächtigung der Leichtgängigkeit realisiert werden kann. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß für eine funktionssichere Verdrehsicherung nur drei oder mehrere Au- ßen-Laufflächen auf der Führungswelle erforderliche sind, die zwischen sich und der unverändert zylindrischen Innen-Lauf- fläche der Führungsbuchse, die unter Vorspannung eingebrach¬ ten Kugeln aufnehmen. Voraussetzung ist dabei lediglich, daß die Außen-Laufflächen derart geformt sind, daß sich bei einer Relativdrehung von Führungsbuchse und Führungswelle die Vor¬ spannung erhöht. Diese Voraussetzung ist beispielsweise be- reits durch Außen-Laufflächen in Form von Abflachungen der Führungswelle erfüllt. Bei einer versuchten Verdrehung von Führungsbuchse und Führungswelle, bewirkt der rasche Anstieg der Vorspannung ein Verkeilen und Blockieren der Teile. Durch das Abrollen der Kugeln auf der rein zylindrischen Innen- Lauffläche der Führungsbuchse, ergibt sich ansonsten eine höhere Leichtgängigkeit, als bei den bekannten, gegen Verdre¬ hung gesicherten Linearführungen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den An- Sprüchen 2 bis 5 angegeben.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 2 ermöglicht eine unverlier¬ bare und örtliche genaue definiere Halterung der Kugeln, wo¬ bei jedoch die leichte Beweglichkeit der Kugeln erhalten bleibt.
Die Weiterbildung nach Anspruch 3 betrifft die Bildung der Außen-Laufflächen durch Nuten, die im Hinblick auf die gefor¬ derte Spielfreiheit gegenüber anderen Formen, wie z.B. Ab- flachungen, bevorzugt wird.
Gemäß Anspruch 4 besitzen die Nuten einen Öffnungswinkel von mindestens 120°. Hierdurch wird bei einer Relativdrehung von Führungsbuchse und Führungswelle die Vorspannung und damit die für die Verdrehsicherung erforderliche Reibung weiter erhöht. Optimale Bedingungen für die Verdrehsicherung werden gemäß Anspruch 5 bei Öffnungswinkeln der Nuten zwischen 150° und 170° erreicht.
Der Anspruch 6 betrifft den Einsatz einer nach den Ansprüchen l bis 5 ausgebildeten Linearführung bei der automatischen Bestückung von Leiterplatten oder Keramiksubstraten mit SMD- Bausteinen. Der Bestückkopf eines SMD-Bestückautomaten trägt eine vertikal bewegbare Saugpipette, welche die SMD-Bausteine aus einem Zuführmodul aufnimmt, zu der Leiterplatte oder dem Keramiksubstrat transportiert und dort in einer vorgegebenen Bestückposition absetzt. Die Saugpipette wird nun in der Füh¬ rungsbuchse der Linearführung in vertikaler Richtung ver¬ stellbar aufgenommen, während die Führungswelle als Hohlwelle ausgebildet ist und damit den Anschluß der Saugpipette an eine Vakuumquelle ermöglicht. Beim Positionieren der SMD-Bau¬ steine kann die Saugpipette über die Hohlwelle aber auch kurzfristig an eine Druckluftquelle angeschlossen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine Linearführung,
Figur 2 eine stirnseitige Draufsicht auf die Linearführung gemäß Figur l,
Figur 3 einen Querschnitt durch die Führungswelle der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Linearführung und
Figur 4 die Anordnung einer Saugpipette auf der Führungsbuch¬ se der in den Figuren 1 und 2 dargestellten Linear¬ führung.
Die in Figur 1 dargestellte Linearführung besteht aus einer Führungsbuchse FB mit zylindrischer Innen-Lauffläche IL, ei- ner hohlzylindrischen Führungswelle FW mit insgesamt vier anhand der Figuren 2 und 3 noch näher zu erläuternden nuten- fδrmigen Außen-Laufflächen AL, sowie insgesamt sechzehn Ku¬ geln K, die in einem rohrförmigen Kugelkäfig KK leicht beweg- lieh gehalten sind. Aus den Figuren 2 und 3 ist ersichtlich, daß die vier, sich in Längsrichtung der Führungswelle FW er¬ streckenden Außen-Laufflächen AL durch in die Außenfläche der Führungswelle FW in gleichmäßiger Umfängsteilung eingebrachte flache Nuten gebildet sind. Die Öffnungswinkel α dieser Nuten betragen jeweils 160°.
Die Kugeln K rollen unter Vorspannung kraftschlüssig zwischen der zylindrischen Innen-Lauffläche IL der Führungsbuchse FB und den durch Nuten gebildeten Außen-Laufflächen AL der Füh- rungswelle FW. Die Vorspannung wird dabei dadurch erzeugt, daß das aus Figur 3 ersichtliche Maß über zwei gegenüberlie¬ gende, die zugeordneten Innen-Laufflächen IL der Führungs- welle FW berührende Kugeln K geringfügig größer ist, als der Innendurchmesser der Führungsbuchse FB. Durch diese Vorspan- nung ist eine zumindest weitgehende Spielfreiheit der Linear¬ führung gewährleistet. Andererseits steigt die Vorspannung bei einer versuchten Relativdrehung von Führungsbuchse FB und Führungswelle FW rasch an und bewirkt durch die damit eben¬ falls rasch ansteigende Reibung eine Sicherung gegen Verdre- hung.
Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellte Linearführung ist zum Einsatz in dem Bestückkopf eines SMD-Bestückautomaten be¬ stimmt. Hierzu ist gemäß Figur 1 ein Ende der Führungswelle FW mit einem Halteteil HT verbunden, der über eine V-förmige Nut N nach Art einer SchnappVerbindung im Bestückkopf befe¬ stigt ist. Im Bereich des Halteteils HT befindet sich auch eine seitliche Öffnung 0, welche die Verbindung des Innen¬ raums der hohlzylindrischen Führungswelle FW mit einer in Figur 1 lediglich angedeuteten Vakuumquelle VQ ermöglicht.
Die Führungsbuchse FB kann auf der im Bestückkopf befestigten Führungswelle FW eine spielfreie, gegen Verdrehung gesicherte Hubbewegung ausführen, die in Figur 1 durch einen Doppelpfeil H angedeutet ist.
Aus dem in Figur 4 dargestellten halbseitigen Längsschnitt ist ersichtlich, daß auf das vordere Ende der Führungsbuchse FB eine Saugpipette SP aufgesetzt ist. Die Saugpipette SP kann dann bei einem Anschluß der Führungswelle FW an die Va¬ kuumquelle VQ (vergleiche Figur 1) einen in der Zeichnung nicht näher dargestellten SMD-Baustein aufnehmen. Zur Abdich- tung nach außen ist ein elastischer Dichtring DR vorgesehen, der an der Innenwandung der Saugpipette SP und an der Stirn¬ fläche eines Winkelringes WR anliegt. Der in der Führungs¬ welle FW befestigte Winkelring WR dient gleichzeitig auch als Endanschlag für die Führungsbuchse FB. In der anderen Rich- tung kann sich die Führungsbuchse FB gegen die Kraft einer
Druckfeder DF bewegen und die aus Figur 1 ersichtliche Hubbe¬ wegung H ausführen. Die Saugpipette SP kann damit beim Abset¬ zen eines SMD-Bausteins auf eine Leiterplatte oder ein Kera¬ miksubstrat einfedern.
Die richtige Drehlage eines auf eine Leiterplatte oder auf ein Keramiksubstrat abzusetzenden SMD-Bausteins kann durch eine entsprechende Drehung der Führungswelle FW bewirkt wer¬ den. Voraussetzung für die Positionierung des SMD-Bausteins in der richtigen Winkellage ist dabei aber die anhand der
Figuren 1 bis 3 beschriebene Verdrehsicherung der Linearfüh¬ rung.

Claims

Patentansprüche
1. Linearführung für spielfreie, gegen Verdrehung gesicherte Hubbewegungen (H) , mit - mindestens einer Führungsbuchse (FB) mit einer zylindri¬ schen Innen-Lauffläche (IL) ,
- einer Führungswelle (FW) mit mindestens drei sich in Längs¬ richtung erstreckenden Außen-Laufflächen (AL) und mit
- mehreren zwischen der Innen-Lauffläche (IL) der Führungs- buchse (FB) und den Außen-Laufflächen (AL) der Führungs¬ welle (FW) unter Vorspannung angeordneten Kugeln (K) , wobei
- die Außen-Laufflächen (AL) derart geformt sind, daß sich bei einer Relativdrehung von Führungsbuchse (FB) und Füh¬ rungswelle (FW) die Vorspannung erhöht.
2. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Führungsbuchse (FB) und Führungswelle (FW) ein Kugelkäfig (KK) angerodnet ist, in dessen den Außen-Laufflä- chen (AL) der Führungswelle (FW) reihenweise zugeordneten Kugelkammern die Kugeln (K) beweglich aufgenommen sind.
3. Linearführung nach Anspruch l oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Außen-Laufflächen (AL) durch in die Außenfläche der Führungswelle (FW) eingebrachte Nuten gebildet sind.
4. Linearführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten einen Öffnungswinkel (α) von mindestens 120° aufweisen.
5. Linearführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten einen Öffnungswinkel (α) zwischen 150° und 170° aufweisen.
6. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbuchse (FB) eine Saugpipette (SP) für SMD- Bausteine trägt, und daß die als Hohlwelle ausgebildete Füh¬ rungswelle (FW) an eine Vakuum-Quelle (VQ) anschließbar ist.
EP95933331A 1994-10-10 1995-10-10 Linearführung Withdrawn EP0786055A1 (de)

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DE9416301U DE9416301U1 (de) 1994-10-10 1994-10-10 Linearführung
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