WO2007012211A1 - Linearführung - Google Patents

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WO2007012211A1
WO2007012211A1 PCT/CH2006/000380 CH2006000380W WO2007012211A1 WO 2007012211 A1 WO2007012211 A1 WO 2007012211A1 CH 2006000380 W CH2006000380 W CH 2006000380W WO 2007012211 A1 WO2007012211 A1 WO 2007012211A1
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WO
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rail
rollers
linear guide
guide according
angular contact
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PCT/CH2006/000380
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Christian Fleisch
Rudolf Güdel
Walter Zulauf
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Guedel Group AG
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Guedel Group AG
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Publication date
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Priority to EP06761231A priority patent/EP1907717B1/de
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    • 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
    • F16C29/045—Ball or roller bearings having rolling elements journaled in one of the moving parts
    • 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
    • F16C13/00—Rolls, drums, discs, or the like; Bearings or mountings therefor
    • F16C13/006—Guiding rollers, wheels or the like, formed by or on the outer element of a single bearing or bearing unit, e.g. two adjacent bearings, whose ratio of length to diameter is generally less than one
    • 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
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/18—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls
    • F16C19/181—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact
    • F16C19/183—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles
    • F16C19/184—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with two or more rows of balls with angular contact with two rows at opposite angles in O-arrangement

Definitions

  • the invention relates to a linear guide with a rail with profiles on two opposite sides and with a roller unit, wherein the roller unit and the rail are displaceable relative to each other in the rail longitudinal direction and wherein the roller unit has at least two rollers which run on the profiles of the opposite sides of the rail can.
  • the invention further relates to a roller unit for such a linear guide.
  • EP 0 916 860 B1 (INA Rolling Bearings Schaeffler) shows, for example, a linear bearing arrangement with a guide rail, a support body and at least one pair of rollers, which are designed as bearing outer rings of roller bearings.
  • the guide rail consists for example of an aluminum alloy and has grooves for receiving steel rails.
  • At each bearing inner ring adjacent to the bearing inner ring centering centering ring is attached to an end face, which is inserted into a fitting bore of the support body.
  • US Pat. No. 3,661,431 (Bishop-Wisecarver Corporation) shows guide rollers with a V-shaped guide channel, wherein the inner and outer flanks of the channel each have a 90 ° angle to one another. This makes it possible to roll these guide rollers on both sides of a V-shaped rail.
  • the rollers are mounted on ball bearings with an eccentric bush, which allows an adjustment of the game between the roller and the rail.
  • different types of rails can be used with the same carriage, or the roll spacing can be adapted to manufacturing tolerances of the rail used.
  • Such linear guides are suitable for moving small loads and can absorb only small forces. Larger forces or torques, which have a component parallel to the rail longitudinal axis, cause because of the game in the rolling bearing and between the rollers and the rails to the fact that the relative position of the support body and the guide rails is changed. As a result, on the one hand, the longitudinal movement of the support body with respect to the rail is hindered and, on the other hand, positional errors of the parts to be moved (eg of a tool) result.
  • DE G 90 16 625.6 (Nadella) relates to a carriage with at least four guide rollers, which can be moved along a longitudinal guide. This is formed from wire-like rods and may also comprise curved segments.
  • the guide rollers are arranged in the corners of a square carriage plate.
  • Each leadership role points two mutually parallel races, which are supported by bearing bodies rotatably mounted on an axle.
  • the lower race cooperates with an inner ring, which is held longitudinally displaceable on the axis.
  • a plate spring is arranged between the inner ring and the screw head. This allows the compensation of stresses, for example in the transition region between straight-ahead and cornering, by compressing the gap spring, the gap between the races can be extended and thus the effective distance of the rollers can be increased.
  • This guide is designed for small loads. So that cornering is possible, namely the effective distance of the guide rollers must be varied within certain limits. However, this has the consequence that when the action of larger forces game between the guide rollers and the longitudinal guide occurs and thus the linear movement is hindered and the exact positioning of the car is lost.
  • DE 38 29 276 C2 (SKF linear systems) relates to a support body with a plurality of rollers, between which a guide rail with a carriage is movable.
  • the guide rail is secured in its axis of symmetry by means of a screw on reciprocable carriage.
  • the rollers face each other with parallel axes of rotation transversely to the guide rail and roll with a circumferential groove on opposite roof-shaped raceways of the guide rail.
  • the rollers are designed as outer rings of double-row angular contact ball bearings. Their inner rings run on bolts, wherein between the bolts and the bearing inner rings radially resilient elements are arranged. These cause a certain bias of the roller relative to the associated career.
  • the construction allows the use of easily manufactured bolts and spring elements for securing the rollers.
  • the bias of the roller relative to the track results in improved behavior of the linear guide even with increased loads or forces by these forces - up to a certain maximum - can be absorbed by the resilient elements between the bolts and the bearing inner rings. (However, due to the design, the possible preload is limited and can not be set to a given value without further ado.The maximum power input and the precision of the positioning are also limited by existing play in the ball bearing.
  • Object of the invention is to provide a linear guide associated with the aforementioned technical field, which is also suitable for moving larger loads and can absorb higher forces, without the running properties or the positioning accuracy of the guide are adversely affected.
  • the rollers are mounted on the roller unit by means of prestressed angular contact ball bearings, and the rollers can be prestressed with a predetermined force against the rail.
  • the bearing Due to the defined preload both in the angular contact ball bearing and the rollers with respect to the rail, the bearing is free of play even under increased load, so that smooth operation and precise positioning are ensured.
  • the bias voltages cooperate in such a way that a high rigidity is achieved in the entire bearing of the roller unit with respect to the rail, so that even larger forces can be absorbed.
  • the linear guide is thus also suitable for moving tools for medium-heavy machining operations, such. As laser cutting, water jet cutting or processing of wood.
  • the inventive linear guide can thus be used instead of structurally more complex and therefore more expensive ball and roller recirculation guides. In comparison to these, it also allows a higher dynamics, because not as with revolving guides high forces occur during the deflection. Finally, the inventive linear guide is due to their simpler structure and the smaller number of moving parts longer lasting and less sensitive to contamination.
  • the roller unit is preferably designed as a carriage, which can be moved relative to the stationarily arranged rail. However, it is also possible to use in which the rail is displaced together with elements arranged thereon with respect to a fixedly arranged roller unit.
  • the bias of the angular contact ball bearings and the bias of the rollers relative to the rail depending on a nominal load matched to one another such that a maximum deflection in the angular contact ball bearings and a maximum deflection of the rollers (or their axes of rotation) with respect to the rail at nominal load about the same are big.
  • a maximum rigidity of the bearing is achieved with the lowest possible running resistance, because the possible power consumption is determined by the "weaker link"; An excessively large bias of one of the elements thus only leads to a correspondingly higher running resistance (and a correspondingly higher load of the components involved), without the rigidity being substantially increased.
  • the (tolerable) deflections remaining under the action of permissible forces should thus be uniformly distributed between the ball bearings and the bearings of the rollers with respect to the rail.
  • the tuning of the bias voltages can be done depending on the magnitude and direction of the expected maximum forces. In different directions of the maximum force, z. B. different arrangements of the roller unit on the rail or at different loads, other bias voltages can be selected even with the same amount of force for the ball bearings and for the roles.
  • the angular contact ball bearings are double row and have split inner rings. This allows high biases and high pressure angles and thus a recording of radial and axial forces, the latter in both directions.
  • the preload in the angular contact ball bearing can be predefined by tuning the inner rings and the choice of the ball diameter.
  • the races of the rollers are mounted by means of angular contact ball bearings on both sides supported bolts. Due to the two-sided storage of the bolt is the
  • the linear guide can thus absorb larger maximum forces.
  • the bolt can be made with a relatively small cross section, so that the roller bearing can be made more compact.
  • the two-sided support can be dispensed with.
  • the bolt is advantageously made a little stronger.
  • At least one of the rollers is mounted on an adjustable eccentric.
  • the preload can be set by providing an anti-rotation device for the eccentric.
  • the bias introduced by the adjustment of the eccentricity of the eccentrically mounted rollers is in any case distributed among the rollers on both sides of the rail, the quantitative distribution depending on the arrangement of the rollers with respect to the rail and on the nature of the load to be moved.
  • bearing pin of the angular contact ball bearing can for example be moved along a linear guide on the rail to and from this.
  • the eccentric comprises: a) an eccentric bolt on which the roller is mounted via the angular contact ball bearing; b) a bearing disc which can be pushed onto the eccentric pin;
  • a clamping nut which has an internal thread, with which the clamping nut can be screwed onto a corresponding external thread of the eccentric pin, so that the bearing disc is clamped between the clamping nut and the angular contact ball bearing and the angular contact ball bearing is biased;
  • a clamping plate which can be tightened in the axial direction such that it frictionally cooperates with an outer side of the bearing disc and fixes it and the eccentric pin.
  • the portion of the eccentric bolt, which carries the inner ring of the angular contact ball bearing is made eccentric.
  • the adjustment of the bias voltage by turning the bolt so that the distance of the bearing axis is changed from the contact surface of the roller with the rail.
  • the bearing plate is pressed in the axial direction against the inner ring of the angular contact ball bearing.
  • the pressure exerted by the inner ring on the balls pressure is increased, thus establishing a bias in the angular contact ball bearings.
  • the preload is ultimately determined by the size of the balls used in the ball bearing and by the geometry of the inner and outer rings of the angular contact ball bearing.
  • the eccentric pin can be brought into a rotational position in which the desired bias between the roller and the rail is achieved.
  • the clamping nut screwed onto the bolt and the clamped bearing disc also rotate with it.
  • the clamping plate is tightened in the axial direction until it cooperates frictionally with a side facing the bearing disc and thus fixes the clamping nut and the eccentric pin against rotation.
  • the set bias voltage is thus maintained. Because the clamping plate axially, ie in a direction parallel to the bearing pin, is moved to the bearing plate and does not rotate when tightening, are - in contrast to known double-nut arrangements - by tightening the set eccentricity and thus the bias is not affected.
  • the clamping plate can be tightened axially, for example, a plurality of screws can be provided, the shafts are guided through holes in an edge region of the clamping plate and cooperate with a respective thread in the roller unit.
  • the eccentric pin has a profiled head (eg with a hexagonal inner or outer profile), which is arranged such that the pretension of the corresponding roller relative to the rail can be adjusted by means of a suitable torque wrench. Subsequently, the set bias is fixed as described above by tightening the clamping plate.
  • the clamping plate preferably has a central cutout, through which the profiled head of the eccentric bolt can pass.
  • Linear guides are known in which a plurality of (in particular two) rails are arranged in parallel, wherein each of the rails cooperates with a unit movable along the respective rail and wherein these units are mechanically rigidly connected and bear the load to be moved together. Due to the larger guide base, such guides have a higher stability and can thus absorb greater forces. However, the distance between the rails along the guideway is not exactly constant because, for example, due to the different thermal expansion of different materials or due to mechanical influences, slight differences in the rail spacing result. So that a smooth operation is possible even if such deviations are present, the different rail spacing must be compensated.
  • rollers of one of the roller units are mounted such that they are movable in the direction of its axis of rotation with respect to the roller unit.
  • the other, cooperating with the other rail roller unit has axially fixed rollers, so that their precise positioning is not affected by the compensation.
  • a bearing pin on which the roller is mounted on the angular contact ball bearing in a central opening of a
  • the Spring washer attached, wherein the spring washer is secured in its edge region on the reel unit.
  • the spring washer is elastic and thus allows axial movement of the bearing pin together with the parts mounted thereon, this movement being guided by the bearing of the roller unit for the respective roller insert and possibly restricted.
  • the Spring washer prefers multiple slots. By choosing the slot lengths and positions, the force required for axial movement of the bearing pin can be specified.
  • the slots are advantageously designed so that the spring washer is torsionally rigid, so that the bearing pin can not rotate relative to the reel unit. This is especially important when storing eccentric bolts.
  • the rollers are arranged on the roller unit such that their axes of rotation are oriented parallel to each other and to the opposite sides of the rail and perpendicular to the rail longitudinal direction. This allows a compact construction of the roller unit and allows the two-sided support of the bearing pin of the angular contact ball bearings.
  • the axes of rotation of the rollers may have different orientations from one another or may be oblique to the opposite sides of the rail and cooperate, for example, with correspondingly inclined raceways of the rail.
  • the axes of rotation of the at least two rollers extend in the same plane, wherein the plane is oriented perpendicular to the rail longitudinal direction.
  • the rollers thus act on opposite positions with respect to the rail body on the rail, the rail is as it were clamped between the rollers due to the bias of the rollers.
  • the bias voltage can thus be adjusted precisely. Due to this arrangement of the rollers bending forces can also be largely avoided on the rail or on the reel unit, as they occur in non-opposite roles.
  • each roller unit has two pairs of opposing rollers and thus is independently movable along the rail and can be made compact.
  • the rail is advantageously made of hardened and ground solid steel. This material offers a high rigidity over other materials often used in roller guides (such as light metal, possibly with steel inserts) and can be processed very precisely with low manufacturing tolerances. Also, their thermal behavior is compared to light metal rails advantageous. Finally, such rails are commercially available in one piece with a length of at least 6 m.
  • the profiles of the opposite sides of the rail are preferably formed as internal profiles.
  • the profiles each have two inclined flanks, and the rollers are designed such that each of the rollers interacts with both flanks.
  • Profiles are in cross section so "v” - or "u” -shaped, the axes of rotation of
  • rollers To contact flanks, comparatively large rollers are used, which can absorb correspondingly high forces and which only at moderate speeds and accelerations moderate revolutions or
  • the profiling is formed as an internal profiling, moreover, in a double-row angular contact ball bearings, the mainly occurring, transmitted from the two flanks on the rollers forces can be optimally derived by the pressure angle of
  • the co-operating with the flanks outer surfaces of the rollers are preferably convex.
  • two rolling points of the roller surface are defined with the lateral flanks of the inner profile. Differential slip is avoided so that variations in displacement resistance due to load changes and positioning errors are minimized.
  • the contact angles in the angular ball bearing are adapted to a slope of the two flanks such that essentially the same partial forces are loaded in the two Angular contact bearings arise when the reel unit and the rail are arranged relative to each other above the other or side by side.
  • the reel unit rail assembly can be mounted in various ways without having to provide different combinations. Considering, for example, a reel unit with two pairs of rollers, when a lateral attachment of the reel unit to the rail, predominantly radial forces act on two of the four angular contact ball bearings; If, by contrast, the roller unit hangs under the rail, then mainly axial forces act, but these are distributed to all four angular contact ball bearings.
  • the pressure angle is now chosen approximately so that the forces transmitted via one ball each of the loaded bearings are approximately equal in both situations. It should be noted that radial forces are distributed in each case to a larger number of balls than axial forces. Studies have shown that this goal is achieved when in conventional angular contact ball bearings a pressure angle (measured to a radial straight line) of 20-40 °, preferably 25-35 °, is selected.
  • the inventive guide can be provided with a measuring system for detecting a position of the roller unit with respect to the rail.
  • the measurement process can be incremental, but with advantage the measuring system is designed such that the position of the roller unit can be determined absolutely.
  • the linear guide can also be used for high-precision machining steps.
  • the measuring system may comprise a scale integrated in the rail and a measuring head arranged on the roller unit which scans the scale and thus can determine its absolute position with respect to the rail.
  • Such systems are known from ball and roller recirculation guides per se, their use was not possible or not useful in conventional roller guides but because of the lack of precision of the storage of the carriage on the rail.
  • Fig. 1A is an oblique view of a linear guide according to the invention.
  • 1B is a schematic representation of a cross section through the linear guide parallel to the rail longitudinal direction.
  • FIG. 2 shows a further oblique view of the linear guide
  • 3A is a cross section of the roller unit of the linear guide
  • 3B is a detail view of a ball bearing for supporting a roller
  • FIG. 4A shows a schematic illustration of a cross section transverse to the longitudinal direction of the rail through a linear guide with a roller unit with axially movable rollers;
  • Fig. 6 is a plan view of a spring washer for axially movable storage of a
  • FIG. 1A shows an oblique view of a linear guide according to the invention, in which FIG. 1B is a cross section through the linear guide parallel to the rail longitudinal direction.
  • the linear guide comprises a straight rail 100 and a roller unit 200 (carriage), which is displaceable along the rail 100.
  • the inside of the roller unit 200 facing the rail 100 is visible.
  • This has a channel 210 for receiving a portion of the rail 100.
  • Their axes of rotation are parallel to one another, perpendicular to the longitudinal extent of the rail 100 and also perpendicular to the main surface of the roller unit 200.
  • two rollers 231, 241 and 251, 261 face each other directly relative to the rail 100, so that the rail 100 is clamped between the respective rollers 231, 241 and 251, 261 as it were.
  • Two of the rollers 231, 261, which are arranged on the same side of the rail 100, are mounted eccentrically, so that a bias between the rollers 231, 241, 251, 261 and the rail 100 can be adjusted when the roller unit 200 on the rail 100 is attached.
  • the rail 100 is made of hardened solid steel and has on two opposite sides along the rail longitudinal direction extending, precision ground inner profiles 101, 102. These are U-shaped in cross-section, wherein two flanks 101b, 101c, 102b, 102c extend obliquely outwards symmetrically with respect to one another from a horizontal base 101a, 102a, so that the channel cross-section widens starting from the base 101a, 102a.
  • Each of the rollers 231, 241, 251, 261 acts in each case with two flanks 101b, 101c or 102b, 102c of the corresponding profile 101 and 102, respectively together.
  • the rollers are dimensioned accordingly, due to their comparatively large diameter occur only moderate angular acceleration, so that the linear guide can be used up to speeds of 12-15 m / s and corresponding accelerations.
  • a scale 104 for a corresponding measuring system is arranged in the base 102a of one of the inner profiles 102 (see also FIG. 3A).
  • This has in a conventional manner a plurality of markings, which indicate absolute positions on the rail.
  • the markings can be designed differently and, for example, optically or magnetoresistively detectable.
  • a measuring head is fixedly arranged on the reel unit 200, which comprises a sensor by means of which the position information of the scale can be detected (not shown).
  • the acquired information is electronically processed to (absolute) position information and transmitted, for example, to a machine control.
  • the rail 100 has along its longitudinal direction a plurality of bores 103 which extend along the axis of symmetry of the rail, that is parallel to the roller axes of the roller unit 200 placed on the rail 100.
  • the bores 103 By means of the bores 103, the
  • Machine frame or a wall are bolted, resulting in a stable mounting of the rail.
  • the reel unit 200 can be laterally attached to the rail 100, as shown in FIG. H. the roller axles are horizontal in operation. Depending on the intended use, however, the arrangement can also be rotated arbitrarily about the longitudinal axis of the rail, the roller unit 200 can in particular be arranged hanging below the rail 100, so that the roller axes are oriented vertically during operation.
  • FIG. 2 shows a further oblique view of the linear guide, the outer side of the roller unit 200 being visible.
  • the roller unit 200 has four bearing bushes 221, 222, 223, 224 for receiving a respective roller insert 230, 240, 250, 260, wherein each roller insert 230, 240, 250, 260 comprises a roller and the corresponding roller bearing.
  • the roller inserts 230, 240, 250, 260 are held by means of clamping plates 271, 272, 273 in the bearing bushes 221 ... 224, wherein each clamping plate 271, 272, 273 arranged in their edge regions, through openings 271 a by means of screws with the edge of respective bushing 221, 222, 223, 224 can be screwed.
  • the underside of the clamping plate 271, 272, 273 cooperates with the upper side of a bearing disk 235, 245, 255 of the roller insert 230, 240, 250, 260 and fixes the roller insert 230, 240, 250, 260 in the bearing bush 221 on the one hand. ..224 and on the other hand prevented by frictional rotation of the roller insert 230, 240, 250, 260 with respect to the roller unit 200th
  • FIG. 2 shows how one of the bearing bushes 224 of the reel unit 200 is closed by a cover 284, which inter alia prevents the ingress of dirt from the outside of the reel unit 200.
  • the remaining bushings 221, 222, 223 are closed with such a cover.
  • FIG. 3A shows a cross section of the roller unit 200 of the linear guide along a plane transverse to the longitudinal direction of the rail, which runs through the center of the bearings of two rollers 231, 241 facing each other with respect to the rail 100.
  • the roller inserts 230, 240 each include a bearing pin 233, 243 on which a split inner ring 237, 247 of an angular ball bearing 236, 246 is mounted.
  • One of these angular contact ball bearings 236 is shown in detail in FIG. 3B.
  • the angular contact ball bearings 236, 246 are double row, their outer ring 238, 248 forms on its outside simultaneously the tread 232, 242 of the roller 231, 241.
  • the inner rings 237, 247 and outer rings 238, 248 are made of hardened ball bearing steel.
  • the contact angle ⁇ between the plane of symmetry of the angular contact ball bearings 236, 246 and the forces transmitted by the individual rollers between the inner ring 237, 247 and the outer ring 238, 248 is about 25 °, so that acting on the bearing forces can be similarly well received both in lateral and in a hanging arrangement of the roller unit 200 to the rail 100.
  • the running surfaces 232, 242 have, in cross-section, a central section 232a, 242a extending parallel to the respective side face of the rail 100 and laterally inclined side flank sections 232b, 232c, 242b, 242c, so that the
  • Tread 232, 242 has a conical shape in this area.
  • the inner rings 237, 247 of the angular contact ball bearings 236, 246 are clamped between a flange-like bearing portion 233 c, 243 c of the bearing pin 233, 243 and a (non-threaded) bearing disc 235, 245.
  • the bearing plate 235, 245 is held between the inner ring 237, 247 and a clamping nut 234, 244 on the bearing pin 233, 243 axially immovable.
  • the clamping nut 234, 244 cooperates via an internal thread with an external thread of the bearing pin 233, 243 and has been screwed onto the thread so far that the two parts 237a, 237b of the respective inner ring 237 touch (see FIG. 3B).
  • there is a bias which depends quantitatively on the geometry of the inner ring 237, 247 and the outer ring 238, 248 and the size of the balls 239.
  • the bearing pin 233, 243 of the roller inserts 230, 240 is held on both sides of the inner ring 237, 247 of the angular ball bearing 236, 246 on the roller unit 200, namely on the one hand on the outer surface of the bearing disc 235, 245 in the correspondingly shaped bearing bush 221, 222 of the roller unit 200 and on the other hand, with its flange-like bearing portion 233c, 243c in an abutment 215, 216 formed on the reel unit 200.
  • One of the bearing pins 233 is formed eccentrically, ie, the section 233b which carries the inner ring 237 of the angular contact ball bearing 236 and is circular in cross section is eccentric with respect to the axis of rotation of the bearing pin 233.
  • the bearing pin 243 of the opposite roller 241 is centric in the illustrated embodiment.
  • the assembly and adjustment of the linear guide take place as follows. First, the roll inserts 230, 240, 250, 260 are assembled, i. H. the rollers 231, 241 with the still unclamped ball bearings 236, 246 are pushed onto the bearing pins 233, 243 until the inner rings 237, 247 of the angular contact ball bearings 236, 246 contact the flange bearing portion 233c, 243c.
  • the bearing plate 235, 245 is pushed onto the bearing pin 233, 243 and the clamping nut 234, 244 on the bearing pin 233, 243 tightened until the two parts 237a, 237b; 247a, 247b of the inner rings 237, 247 touch and thus the angular contact ball bearings 236, 246 is biased to the predetermined value.
  • a rotation of the bearing plates 235, 245 with respect to the bearing pin 233, 243 or the clamping nut 234, 244 prevented by frictional engagement.
  • the position of the clamping nut 234, 244 is now with a (known per se) axial securing, z. B. by a radially through the clamping nut 234, 244 extending into the bearing pin 233, 243 screw fixed (not shown).
  • roller inserts 230, 240, 250, 260 inserted into the bearing bushes 221, 222 of the roller unit 200 and the roller unit 200 are laterally pushed onto the rail 100, so that the running surfaces 232, 242 of the rollers 231, 241 with the inner profiles 101, 102 of the rail 100 come into contact.
  • the centric roller inserts 230, 240, 250, 260 can now be fixed to the roller unit 200 by screwing on the clamping plates 272, 273.
  • a torque wrench 233a of the eccentric bearing pin 233 whose eccentricity and thus the predetermined bias can now be precisely adjusted at the hexagonal head.
  • the setting is fixed by here also a clamping plate 272 is screwed axially until it contacted with its underside a corresponding upper surface of the bearing plate 235 and thus by Friction a rotation of the roller insert 230, 260 and thus prevents adjustment of the bias. Because the clamping plate 272, the bearing plate 235 axially contacted, resulting from the tightening no influence on the previously set bias.
  • covers 281, 282 are placed on the openings of the bearing bushes 221, 222 on the outside of the reel unit 200.
  • the covers 281, 282 have inwardly directed, resilient flanges which engage in the central opening of the clamping plate 271, 272 and thus hold the cover 281, 282 to the bearing bushes 221, 222.
  • FIG. 4A is a schematic representation of a cross section parallel to the rail longitudinal direction by a linear guide with a roller unit 201 with axially movable rollers 231, 241;
  • Figure 4B shows a cross-section perpendicular thereto, in the plane containing the axis of rotation of the roller 231.
  • FIG. 5 is an oblique view of the reel unit 201 mounted on a rail 100.
  • the rail 100 is constructed identically to the rail according to the first embodiment;
  • the Aufbu the roller unit 201 with axially movable rollers also largely corresponds to that of the first embodiment, wherein the illustrated roller unit 201 but only two opposing rollers 231, 241 includes.
  • the differences to the reel unit 200 shown in connection with FIGS. 1-3 will be discussed.
  • the roller unit 201 differs from this primarily by a different mounting of the rollers 231, 241 on the housing of the roller unit 201.
  • the bearing disc which is clamped between the clamping nut 234, 244 and the inner ring 237, 247 of the angular ball bearing 236, 246 and thus the Bearing pin 233, 243 on the housing holds axially immovable
  • several elements are involved in the storage, which allow axial mobility of the bearing pin 233, 243 and thus the rollers 231, 241.
  • These elements comprise a spring washer 301, 302, which is clamped along its circumference between the clamping plate 272, 273 and the housing of the roller unit 201. In a central opening 301a of the spring washer 301, 302 (see FIG. 6), this is interposed on the bearing pin 233, 243 by means of a pressure ring 31 1, 312 the clamping screw 234, 244 and the inner ring 237, 247 of the angular contact ball bearings 236, 246 clamped.
  • the spring washer 301 shown in a top view in FIG. 6 is made of spring steel with a thickness of approximately 0.2 mm.
  • Several slots 301 b have been symmetrically cut out of the spring washer 301, preferably by means of laser cutting, which allows burr-free cuts and small slit widths.
  • the slots 301b have substantially circular arc-like, parallel to the circumference of the spring washer 301 extending sections, which are followed by bent back, substantially radial sections.
  • Four slots 301b are arranged symmetrically to the center along an outer circle, the radial portions of which face outward with respect to the circular arc-like portions.
  • slots 301b are each offset by 45 ° to the outer slots, again arranged symmetrically to the center along an inner circle, with their radial sections facing inward.
  • the arrangement of the slots 301b allows axial, d. H. Movement of the central opening 301a with respect to the circumference of the spring washer 301 directed perpendicular to the main surface of the spring washer 301, but it has a high rigidity with respect to a torsional movement of the opening 301a relative to the periphery.
  • the guide ring 313, 314 is rotatably held on the pressure ring 31 1, 312 but axially immovable.
  • the pressure ring 31 1, 312 on its underside an annular recess, in which a corresponding, annular projection of the guide ring 313, 314 is added.
  • the uppermost portion of the pressure ring 31 1, 312 also has an external thread on which a nut 315, 316 for fixing a washer 317, 318 screwed is. Between the washer 317, 318 and the projection of the guide ring 313, 314 is fixed axially, the pressure ring 31 1, 312 but unaffected by the guide ring 313, 314 are rotated about its axis.
  • the outer diameter of the guide ring 313, 314 corresponds to the inner diameter of the receptacle for the roller insert, so that it and thus the pressure ring 31 1, 312 are held radially immovable in the housing.
  • the movement of the roller 231, 241 is limited in the axial direction by a stop formed on the housing for the lowermost, flange-like bearing portion 233c, 243c of the bearing pin 233, 243.
  • the maximum axial travel of the roller 231, 241 is about 1-2 mm.
  • the roller unit 201 with axially movable rollers 231, 241 is used, for example, in an arrangement with two mechanically rigidly connected roller units, which interact with parallel rails.
  • a first of the roller units has two axially fixed, the other two axially movable rollers. Differences in the rail spacing, which are caused for example by the different thermal expansion of different materials, can thus be compensated for up to a certain upper limit, without affecting the precise positioning of the first roller unit.
  • the reel unit 201 can also be used for other tasks in which an axial compensation of the reel position with respect to the housing of the unit (and elements arranged thereon) is desired.
  • Roller units often have besides the rail 100 contacting rollers 231, 241 on other elements, which must fit together with the rail 100, for example, components of measuring or braking systems or lubrication plates for regular lubrication of the roller guide. It can be seen from FIG. 4B how lubrication plates 321, 322, which cooperate with the rail, can be fastened to a roller unit 201 with axially movable rollers 231. Parallel to the rail longitudinal direction, the guide ring 313 on both sides of sector-like recesses. In each of these a fastening part 323, 324 is added.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiment.
  • the geometry of the rail may be changed with respect to the type, cross section and shape of the profiling or with regard to the attachment to a base body.
  • the number, type and arrangement of the rollers on the reel unit, detail aspects of the roller bearings and their attachment to the reel unit are variable.
  • the setting of the set bias voltage can be done in a different manner than stated above.
  • the reel unit can be provided with a powerful braking system which also interacts with the rail, with the measuring and braking systems advantageously cooperating with different areas of the rail to avoid mutual interference.
  • a linear guide is provided by the invention, which is also suitable for moving larger loads and can absorb corresponding forces without the running properties or the positioning accuracy of the guide are adversely affected.

Landscapes

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Abstract

Eine Linearführung umfasst eine Schiene (100) mit Profilierungen (101, 102) auf zwei gegenüberliegenden Seiten und eine Rolleneinheit (200), wobei die Rolleneinheit (200) und die Schiene (100) relativ zueinander in Schienenlängsrichtung verschiebbar sind. Die Rolleneinheit (200) weist mindestens zwei Rollen (231, 241) auf, welche auf den Profilierungen (101, 102) der gegenüberliegenden Seiten der Schiene (100) laufen können. Die Rollen (231, 241) sind mittels vorgespannter Schrägkugellager (236, 246) an der Rolleneinheit (200) gelagert und mit einer vorgegebenen Kraft gegenüber der Schiene (100) vorspannbar. Durch die Vorspannung im Schrägkugellager (236, 246) als auch der Rollen (231, 241) gegenüber der Schiene (100) ist die Lagerung auch bei erhöhter Belastung spielfrei, so dass ein reibungsloser Betrieb und eine präzise Positionierung gewährleistet sind. Die Vorspannungen wirken derart zusammen, dass in der gesamten Lagerung der Rolleneinheit (200) bezüglich der Schiene (100) eine hohe Steifigkeit erreicht wird, so dass auch erhöhte Kräfte aufgenommen werden können. Die Linearführung eignet sich somit auch für Werkzeuge für mittelschwere Bearbeitungsvorgänge, wie z. B. Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder die Bearbeitung von Holz.

Description

Linearführung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Linearführung mit einer Schiene mit Profilierungen auf zwei gegenüberliegenden Seiten und mit einer Rolleneinheit, wobei die Rolleneinheit und die Schiene relativ zueinander in Schienenlängsrichtung verschiebbar sind und wobei die Rolleneinheit mindestens zwei Rollen aufweist, welche auf den Profilierungen der gegenüberliegenden Seiten der Schiene laufen können. Die Erfindung betrifft weiter eine Rolleneinheit für eine derartige Linearführung. Stand der Technik
Linearführungen der oben genannten Art sind bekannt. Die EP 0 916 860 B1 (INA Wälzlager Schaeffler) zeigt beispielsweise eine Linearlageranordnung mit einer Führungsschiene, einem Tragkörper und mindestens einem Paar von Laufrollen, die als Lageraussenringe von Wälzlagern ausgebildet sind. Die Führungsschiene besteht beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung und weist Nuten zur Aufnahme von Laufschienen aus Stahl auf. An jedem Lagerinnenring ist an einer Stirnseite angrenzend ein den Lagerinnenring zentrierender Zentrierring befestigt, welcher in eine Passbohrung des Tragkörpers eingesteckt ist.
Die US 3,661 ,431 (Bishop-Wisecarver Corporation) zeigt Führungsrollen mit einer v-förmigen Führungsrinne, wobei die Innen- und Aussenflanken der Rinne jeweils einen 90°-Winkel zueinander aufweisen. Dadurch ist es möglich, diese Führungsrollen auf beiden Seiten einer v-förmigen Schiene abrollen zu lassen. Die Rollen sind auf Kugellagern gelagert mit einer exzentrischen Buchse, welche eine Anpassung des Spiels zwischen der Rolle und der Schiene ermöglicht. So können verschiedenartige Schienen mit demselben Laufwagen verwendet werden, oder der Rollenabstand an Fertigungstoleranzen der verwendeten Schiene angepasst werden.
Derartige Linearführungen sind zum Bewegen kleiner Lasten geeignet und können nur geringe Kräfte aufnehmen. Grossere Kräfte bzw. Drehmomente, welche eine Komponente parallel zur Schienenlängsachse aufweisen, führen wegen des Spiels im Wälzlager und zwischen den Laufrollen und den Laufschienen dazu, dass die relative Position der Tragkörper und der Führungsschienen verändert wird. Dadurch wird einerseits die Längsbewegung des Tragkörpers bezüglich der Schiene behindert und andererseits ergeben sich Positionsfehler der zu bewegenden Teile (z. B. eines Werkzeugs).
Die DE G 90 16 625.6 (Nadella) betrifft einen Schlitten mit mindestens vier Führungsrollen, welcher entlang einer Längsführung verfahren werden kann. Diese ist aus drahtartigen Rundstäben gebildet und kann auch gekrümmte Segmente umfassen. Die Führungsrollen sind in den Ecken einer viereckigen Wagenplatte angeordnet. Jede Führungsrolle weist zwei zueinander parallele Laufringe auf, die durch Lagerkörper drehbar auf einer Achse gelagert sind. Der untere Laufring wirkt mit einem Innenring zusammen, welcher längsverschiebbar auf der Achse gehalten ist. Zwischen dem Innenring und dem Schraubenkopf ist eine Tellerfeder angeordnet. Diese ermöglicht die Kompensation von Spannungen, beispielsweise im Übergangsbereich zwischen Geradeaus- und Kurvenfahrt, indem durch Komprimieren der Spaltfeder der Spalt zwischen den Laufringen erweitert und somit der effektive Abstand der Rollen vergrössert werden kann.
Auch diese Führung ist für kleine Lasten ausgelegt. Damit auch Kurvenfahrten ermöglicht werden, muss nämlich der effektive Abstand der Führungsrollen in gewissen Grenzen variierbar sein. Dies hat aber zur Folge, dass beim Einwirken grosserer Kräfte Spiel zwischen den Führungsrollen und der Längsführung auftritt und somit die Linearbewegung behindert wird und die genaue Positionierung des Wagens verloren geht.
Die DE 38 29 276 C2 (SKF Linearsysteme) betrifft einen Tragkörper mit mehreren Laufrollen, zwischen welchen eine Führungsschiene mit einem Schlitten bewegbar ist. Die Führungsschiene ist in ihrer Symmetrieachse mittels einer Schraube am hin- und her bewegbaren Schlitten befestigt. Die Laufrollen stehen einander mit parallelen Drehachsen quer zur Führungsschiene gegenüber und rollen mit einer Umfangsrille auf gegenüberliegenden dachförmigen Laufbahnen der Führungsschiene ab. Die Laufrollen sind als Aussenringe von zweireihigen Schrägkugellagern ausgebildet. Deren Innenringe laufen auf Bolzen, wobei zwischen den Bolzen und den Lagerinnenringen radial federelastische Elemente angeordnet sind. Diese bewirken eine gewisse Vorspannung der Laufrolle gegenüber der zugehörigen Laufbahn. Die Konstruktion ermöglicht die Verwendung einfach herstellbarer Bolzen und Federelemente zum Befestigen der Laufrollen.
Durch die Vorspannung der Laufrolle gegenüber der Laufbahn ergibt sich ein verbessertes Verhalten der Linearführung auch bei erhöhten Lasten bzw. Kräften, indem diese Kräfte - bis zu einem bestimmten Maximum - durch die federelastischen Elemente zwischen den Bolzen und den Lagerinnenringen aufgenommen werden können. (Allerdings ist die mögliche Vorspannung konstruktionsbedingt eingeschränkt und kann nicht ohne weiteres auf einen vorgegebenen Wert eingestellt werden. Die maximale Kraftaufnahme und die Präzision der Positionierung sind zudem durch vorhandenes Spiel im Kugellager begrenzt.
Darstellung der Erfindung
(Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Linearführung zu schaffen, welche auch zum Bewegen grosserer Lasten geeignet ist und höhere Kräfte aufnehmen kann, ohne dass die Laufeigenschaften oder die Positionierungsgenauigkeit der Führung negativ beeinflusst werden.
JDie Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung sind die Rollen mittels vorgespannter Schrägkugellager an der Rolleneinheit gelagert, und die Rollen sind mit einer vorgegebenen Kraft gegenüber der Schiene vorspannbar.
JDurch die definierte Vorspannung sowohl im Schrägkugellager als auch der Rollen gegenüber der Schiene ist die Lagerung auch bei erhöhter Belastung spielfrei, so dass ein reibungsloser Betrieb und eine präzise Positionierung gewährleistet sind. Die Vorspannungen wirken derart zusammen, dass in der gesamten Lagerung der Rolleneinheit bezüglich der Schiene eine hohe Steifigkeit erreicht wird, so dass auch grossere Kräfte aufgenommen werden können.
Die Linearführung eignet sich somit auch zum Bewegen von Werkzeugen für mittelschwere Bearbeitungsvorgänge, wie z. B. Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder die Bearbeitung von Holz. Die erfindungsgemässe Linearführung kann somit anstelle von konstruktiv aufwändigeren und deshalb teureren Kugel- und Rollenumlaufführungen eingesetzt werden. Gegenüber diesen ermöglicht sie zudem eine höhere Dynamik, weil nicht wie bei Umlaufführungen hohe Kräfte bei der Umlenkung auftreten. Schliesslich ist die erfindungsgemässe Linearführung aufgrund ihres einfacheren Aufbaus und der geringeren Zahl bewegter Teile langlebiger und weniger empfindlich auf Verschmutzungen. Bei der erfindungsgemässen Linearführung ist bevorzugt die Rolleneinheit als Laufwagen ausgebildet, welcher gegenüber der ortsfest angeordneten Schiene bewegbar ist. Es ist aber auch eine Verwendung möglich, bei welcher die Schiene mitsamt daran angeordneten Elementen bezüglich einer fest angeordneten Rolleneinheit verschoben wird.
Mit Vorteil sind die Vorspannung der Schrägkugellager und die Vorspannung der Rollen gegenüber der Schiene abhängig von einer Nennlast derart aufeinander abgestimmt, dass eine maximale Auslenkung in den Schrägkugellagern und eine maximale Auslenkung der Rollen (bzw. von deren Drehachsen) bezüglich der Schiene bei Nennlast ungefähr gleich gross sind. Dadurch wird eine maximale Steifigkeit der Lagerung bei geringst möglichem Laufwiderstand erreicht, denn die mögliche Kraftaufnahme wird durch das "schwächere Glied" bestimmt; eine übermässig grosse Vorspannung eines der Elemente führt somit nur zu einem entsprechend höheren Laufwiderstand (und einer entsprechend höheren Belastung der beteiligten Bauteile), ohne dass die Steifigkeit wesentlich erhöht wird. Die bei der Einwirkung von zulässigen Kräften verbleibenden (tolerierbaren) Auslenkungen sollen sich somit gleichmässig auf die Kugellager bzw. auf die Lagerung der Rollen bezüglich der Schiene verteilen. Die Abstimmung der Vorspannungen kann in Abhängigkeit vom Betrag und von der Richtung der erwarteten Maximalkräfte erfolgen. Bei unterschiedlichen Richtungen der Maximalkraft, z. B. verschiedenen Anordnungen der Rolleneinheit an der Schiene oder bei unterschiedlichen Lasten, können auch bei gleichem Betrag der Kraft für die Kugellager und für die Rollen andere Vorspannungen gewählt werden.
Bevorzugt sind die Schrägkugellager zweireihig und weisen geteilte Innenringe auf. Dies ermöglicht hohe Vorspannungen und hohe Druckwinkel und somit eine Aufnahme von radialen und axialen Kräften, letztere in beiden Richtungen. Die Vorspannung im Schrägkugellager lässt sich durch Abstimmen der Innenringe und die Wahl des Kugeldurchmessers definiert vorgeben.
Vorzugsweise sind die Laufringe der Rollen mittels der Schrägkugellager auf beidseitig abgestützten Bolzen gelagert. Durch die beidseitige Lagerung des Bolzens ist die
Steifigkeit der Anordnung massgeblich erhöht, so dass auch grossere Vorspannungen zwischen den Rollen und der Schiene definiert angelegt werden können. Die Linearführung kann somit grossere Maximalkräfte aufnehmen. Gleichzeitig kann der Bolzen mit einem verhältnismässig kleinen Querschnitt ausgeführt werden, so dass die Rollenlagerung kompakter gefertigt werden kann.
Falls die aufzunehmenden Maximalkräfte beschränkt sind oder nur in bestimmten Richtungen auftreten, kann auf die beidseitige Abstützung verzichtet werden. In diesem Fall wird der Bolzen mit Vorteil etwas stärker ausgeführt.
Mit Vorteil ist mindestens eine der Rollen auf einem einstellbaren Exzenter gelagert. Dies erlaubt eine präzise Einstellung der vorgegebenen Vorspannung der Rolle gegenüber der Schiene, wozu gleichzeitig auch nur verhältnismässig geringe Kräfte aufgewendet werden müssen. Die einmal eingestellte Vorspannung kann festgesetzt werden, indem eine Verdrehsicherung für den Exzenter vorgesehen wird. In der Regel genügt es für eine zuverlässige Einstellung der Vorspannung, wenn sämtliche Rollen auf einer der gegenüberliegenden Seiten der Schiene auf einem einstellbaren Exzenter gelagert sind, während sämtliche Rollen auf der anderen Schienenseite auf einer festen Achse gelagert werden können. Die durch die Einstellung der Exzentrizität der exzentrisch gelagerten Rollen eingebrachte Vorspannung verteilt sich ohnehin auf die Rollen auf beiden Seiten der Schiene, wobei die quantitative Verteilung von der Anordnung der Rollen bezüglich der Schiene und von der Art der zu bewegenden Last abhängig ist.
Alternativ sind andere Mittel zum Einstellen der Vorspannung der Rollen gegenüber der Schiene vorgesehen. Der Lagerbolzen des Schrägkugellagers kann beispielsweise entlang einer linearen Führung auf die Schiene zu und von dieser weg bewegt werden.
Mit Vorteil umfasst der Exzenter folgendes: a) einen Exzenterbolzen, auf welchem die Rolle über das Schrägkugellager gelagert ist; b) eine Lagerscheibe, welche auf den Exzenterbolzen aufschiebbar ist;
c) eine Spannmutter, welche ein Innengewinde aufweist, mit welchem die Spannmutter auf ein entsprechendes Aussengewinde des Exzenterbolzens aufschraubbar ist, so dass die Lagerscheibe zwischen der Spannmutter und dem Schrägkugellager festgeklemmt und das Schrägkugellager vorgespannt wird; sowie d) eine Spannplatte, welche in axialer Richtung derart festgezogen werden kann, dass sie reibschlüssig mit einer Aussenseite der Lagerscheibe zusammenwirkt und diese und den Exzenterbolzen fixiert.
Der Abschnitt des Exzenterbolzens, welcher den Innenring des Schrägkugellagers trägt, ist exzentrisch ausgeführt. Die Einstellung der Vorspannung erfolgt durch Verdrehen des Bolzens, so dass der Abstand der Lagerachse von der Kontaktfläche der Rolle mit der Schiene verändert wird. Durch Festziehen der Spannmutter wird die Lagerscheibe in axialer Richtung gegen den Innenring des Schrägkugellagers gedrückt. Dadurch wird der vom Innenring auf die Kugeln ausgeübte Druck erhöht und somit eine Vorspannung im Schrägkugellager aufgebaut. Quantitativ ist die Vorspannung letztlich von der Grosse der im Kugellager verwendeten Kugeln und von der Geometrie des Innen- und des Aussenrings des Schrägkugellagers bestimmt. Nach Festziehen der Spannmutter bilden diese, die Lagerscheibe, der Lagerbolzen und das eigentliche Schrägkugellager einen Einsatz, welcher in das entsprechende Lager der Rolleneinheit eingesetzt werden kann. Eine an sich bekannte radiale Sicherungsschraube kann für die Spannmutter vorgesehen werden, um ein Verdrehen derselben bezüglich des Lagerbolzens zu verhindern.
Nachdem die Rolleneinheit auf die Schiene aufgesetzt worden ist, kann der Exzenterbolzen in eine Drehposition gebracht werden, in welcher die gewünschte Vorspannung zwischen der Rolle und der Schiene erreicht wird. Dabei drehen sich auch die auf den Bolzen aufgeschraubte Spannmutter und die festgeklemmte Lagerscheibe mit. Anschliessend wird die Spannplatte in axialer Richtung festgezogen, bis sie reibschlüssig mit einer ihr zugewandten Seite der Lagerscheibe zusammenwirkt und somit die Spannmutter und den Exzenterbolzen gegen Verdrehen fixiert. Die eingestellte Vorspannung wird somit beibehalten. Weil die Spannplatte axial, d. h. in einer Richtung parallel zum Lagerbolzen, auf die Lagerscheibe zu bewegt wird und beim Festziehen keine Drehung ausführt, werden - im Gegensatz zu bekannten Doppelmutter-Anordnungen - durch das Festziehen die eingestellte Exzentrizität und damit die Vorspannung nicht beeinflusst. Damit die Spannplatte axial festgezogen werden kann, können beispielsweise mehrere Schrauben vorgesehen sein, deren Schäfte durch Löcher in einem Randbereich der Spannplatte geführt sind und mit jeweils einem Gewinde in der Rolleneinheit zusammenwirken. Mit Vorteil weist der Exzenterbolzen einen profilierten Kopf (z. B. mit einem Sechskant- Innen- oder -Aussenprofil) auf, welcher derart angeordnet ist, dass die Vorspannung der entsprechenden Rolle gegenüber der Schiene mittels eines passenden Drehmomentschlüssels einstellbar ist. Anschliessend wird die eingestellte Vorspannung wie oben beschrieben mittels Festziehen der Spannplatte fixiert. Die Spannplatte weist bevorzugt einen zentralen Ausschnitt auf, durch welchen der profilierte Kopf des Exzenterbolzens hindurch treten kann.
Es sind Linearführungen bekannt, bei welchen mehrere (insbesondere zwei) Schienen parallel angeordnet sind, wobei mit jeder der Schienen eine längs der jeweiligen Schiene bewegliche Einheit zusammenwirkt und wobei diese Einheiten mechanisch starr verbunden sind und die zu bewegende Last gemeinsam tragen. Derartige Führungen weisen aufgrund der grosseren Führungsbasis eine höhere Stabilität auf und können somit grossere Kräfte aufnehmen. Allerdings ist der Abstand der Schienen entlang der Führungsbahn nicht exakt konstant, weil sich beispielsweise durch die unterschiedliche thermische Expansion verschiedener Materialien oder durch mechanische Einflüsse geringfügige Unterschiede im Schienenabstand ergeben. Damit ein reibungsloser Betrieb auch dann möglich ist, wenn derartige Abweichungen vorhanden sind, muss der unterschiedliche Schienenabstand kompensiert werden. Dies erfolgt im Rahmen der vorliegenden Erfindung mit Vorteil dadurch, dass die Rollen einer der Rolleneinheiten derart gelagert sind, dass sie in Richtung ihrer Drehachse bezüglich der Rolleneinheit beweglich sind. Die weitere, mit der anderen Schiene zusammenwirkende Rolleneinheit weist hingegen axial fest gelagerte Rollen auf, so dass ihre präzise Positionierung nicht durch die Kompensation beeinträchtigt wird.
Um diese axiale Beweglichkeit zu ermöglichen, ist bevorzugt ein Lagerbolzen, auf welchem die Rolle über das Schrägkugellager gelagert ist, in einer zentralen Öffnung einer
Federscheibe befestigt, wobei die Federscheibe in ihrem Randbereich an der Rolleneinheit befestigt ist. Die Federscheibe ist elastisch und ermöglicht somit eine axiale Bewegung des Lagerbolzens samt der daran gelagerten Teile, wobei diese Bewegung durch das Lager der Rolleneinheit für den jeweiligen Rolleneinsatz geführt und gegebenenfalls beschränkt werden kann. Um die axiale Bewegung zu ermöglichen und zu definieren, weist die Federscheibe bevorzugt mehrere Schlitze auf. Durch die Wahl der Schlitzlängen und -Positionen kann die erforderliche Kraft zum axialen Bewegen des Lagerbolzens vorgegeben werden. Die Schlitze werden mit Vorteil so ausgeführt, dass die Federscheibe torsionssteif ist, dass sich also der Lagerbolzen nicht bezüglich der Rolleneinheit verdrehen kann. Dies ist besonders bei der Lagerung von Exzenterbolzen zu beachten.
Mit Vorteil sind die Rollen an der Rolleneinheit derart angeordnet, dass ihre Drehachsen parallel zueinander und zu den gegenüberliegenden Seiten der Schiene sowie senkrecht zur Schienenlängsrichtung orientiert sind. Dies erlaubt eine kompakte Konstruktion der Rolleneinheit und ermöglicht die beidseitige Abstützung der Lagerbolzen der Schrägkugellager.
Alternativ dazu können die Drehachsen der Rollen voneinander unterschiedliche Orientierungen aufweisen oder schräg zu den gegenüberliegenden Seiten der Schiene stehen und beispielsweise mit entsprechend geneigten Laufbahnen der Schiene zusammenwirken.
Bevorzugt verlaufen die Drehachsen der mindestens zwei Rollen in derselben Ebene, wobei die Ebene senkrecht zur Schienenlängsrichtung orientiert ist. Die Rollen wirken somit an bezüglich des Schienenkörpers gegenüberliegenden Stellen auf die Schiene ein, die Schiene wird aufgrund der Vorspannung der Rollen gleichsam zwischen den Rollen eingeklemmt. Die Vorspannung kann somit präzise eingestellt werden. Aufgrund dieser Anordnung der Rollen können überdies Biegekräfte auf die Schiene bzw. auf die Rolleneinheit, wie sie bei nicht gegenüberliegenden Rollen auftreten, weitgehend vermieden werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist jede Rolleneinheit zwei Paare von einander gegenüberliegenden Rollen auf und ist somit selbständig entlang der Schiene bewegbar und kann kompakt aufgebaut werden.
Mit Vorteil ist die Schiene aus gehärtetem und geschliffenem Vollstahl gefertigt. Dieses Material bietet gegenüber anderen oft bei Rollenführungen verwendeten Materialien (wie z. B. Leichtmetall, ggf. mit Stahleinsätzen) eine hohe Steifigkeit und kann sehr präzise, mit geringen Fertigungstoleranzen verarbeitet werden. Auch ihr thermisches Verhalten ist gegenüber Leichtmetallschienen vorteilhaft. Schliesslich sind solche Schienen einstückig mit einer Länge von bis mindestens 6 m kommerziell verfügbar.
Die Profilierungen der gegenüberliegenden Seiten der Schiene sind bevorzugt als Innenprofilierungen ausgebildet. Dadurch können bei einer gegebenen Grosse der Rolleneinheit Rollen eines grosseren Durchmessers eingesetzt werden als bei alternativ verwendbaren Aussenprofilierungen; entsprechend steht in der Rolle mehr Platz für die Rollenlagerung zur Verfügung. Es können somit grossere Lager mit einer höheren Belastbarkeit eingesetzt werden.
Mit Vorteil weisen die Profilierungen je zwei schräge Flanken auf, und die Rollen sind derart ausgebildet, dass jede der Rollen mit beiden Flanken zusammenwirkt. Die
Profilierungen sind im Querschnitt also "v"- bzw. "u"-förmig, wobei die Drehachsen der
Rollen senkrecht auf der Symmetrieebene des Profilquerschnitts stehen. Um beide
Flanken zu kontaktieren, werden vergleichsweise grosse Rollen eingesetzt, welche entsprechend hohe Kräfte aufnehmen können und welche auch bei grossen Geschwindigkeiten und Beschleunigungen nur moderate Umdrehungszahlen bzw.
Winkelbeschleunigungen erfahren. Bei einer gegebenen Last können somit die Rollenzahl und entsprechend der Kostenaufwand und das Gewicht der Vorrichtung verringert werden.
Falls die Profilierung als Innenprofilierung ausgebildet ist, können überdies bei einem zweireihigen Schrägkugellager die hauptsächlich auftretenden, von den beiden Flanken auf die Rollen übertragenen Kräfte optimal abgeleitet werden, indem der Druckwinkel des
Schrägkugellagers an den Neigungswinkel der Flanken und die entsprechend erwarteten
Kräfte angepasst wird.
Die mit den Flanken zusammenwirkenden Aussenflächen der Rollen sind vorzugsweise konvex gewölbt. So werden zwei Wälzpunkte der Rollenoberfläche mit den seitlichen Flanken des Innenprofils definiert. Differentialschlupf wird vermieden, so dass Schwankungen des Verschiebewiderstandes durch Belastungsänderungen und Positionierungsfehler auf ein Minimum reduziert werden.
Bevorzugt sind die Druckwinkel im Schrägkugellager derart an eine Steigung der beiden Flanken angepasst, dass sich im Wesentlichen gleiche Teilkräfte in den belasteten Schrägkugellagern ergeben, wenn die Rolleneinheit und die Schiene relativ zueinander übereinander oder nebeneinander angeordnet werden. Somit kann die Rolleneinheit- Schiene-Anordnung in verschiedener Weise montiert werden, ohne dass unterschiedliche Kombinationen zur Verfügung gestellt werden müssen. Betrachtet man beispielsweise eine Rolleneinheit mit zwei Rollenpaaren, so wirken bei einer seitlichen Anbringung der Rolleneinheit an der Schiene vorwiegend radiale Kräfte auf zwei der vier Schrägkugellager ein; hängt hingegen die Rolleneinheit unter der Schiene, so wirken vorwiegend axiale Kräfte ein, wobei diese aber auf alle vier Schrägkugellager verteilt werden. Der Druckwinkel wird nun ungefähr so gewählt, dass die über jeweils eine Kugel der belasteten Lager übertragenen Kräfte in beiden Situationen ungefähr gleich gross sind. Dabei ist zu berücksichtigen, dass radiale Kräfte jeweils auf eine grossere Zahl von Kugeln verteilt werden als axiale Kräfte. Untersuchungen haben gezeigt, dass dieses Ziel erreicht wird, wenn bei üblichen Schrägkugellagern ein Druckwinkel (gemessen zu einer radial verlaufenden Geraden) von 20-40°, bevorzugt 25-35°, gewählt wird.
Aufgrund der Steifigkeit seines Aufbaus und der entsprechenden Positionsgenauigkeit kann die erfindungsgemässe Ünearführung mit einem Messsystem zum Erfassen einer Position der Rolleneinheit bezüglich der Schiene versehen werden. Der Messvorgang kann inkremental erfolgen, mit Vorteil ist aber das Messsystem derart ausgebildet, dass die Position der Rolleneinheit absolut bestimmt werden kann. Damit ist die Linearführung auch für hochpräzise Bearbeitungsschritte einsetzbar. Das Messsystem kann beispielsweise einen in die Schiene integrierten Massstab umfassen sowie einen an der Rolleneinheit angeordneten Messkopf, welcher den Massstab abtastet und so seine Absolutposition bezüglich der Schiene bestimmen kann. Derartige Systeme sind von Kugel- und Rollenumlaufführungen an sich bekannt, deren Einsatz war bei herkömmlichen Rollenführungen aber wegen der fehlenden Präzision der Lagerung der Laufwagen an der Schiene nicht möglich bzw. nicht sinnvoll.
Aus den vorgenannten Gründen lässt sich auch ein Bremssystem einsetzen, welches an der Rolleneinheit befestigt ist und einen Bremskeil aufweist, welcher zum Bremsen der
Relativbewegung der Rolleneinheit und der Schiene mit einer Seite der Schiene zusammenwirken kann. Derartige Bremssysteme sind bei Kugel- und Rollenumlauf- führungen an sich bekannt, konnten jedoch mit herkömmlichen Rollenführungen nicht eingesetzt werden, weil ein erhebliches Spiel zwischen der Rolleneinheit und der Schiene und der entsprechend notwendige grosse Abstand des Bremskeils und der Schiene bei nicht-betätigter Bremse ein schnelles und präzises Bremsen verunmöglichten. Im Gegensatz dazu kann bei der erfindungsgemässen Linearführung von der präzisen Führung der Rolleneinheit auf der Schiene insofern profitiert werden, als der Bremskeil auch bei einem kleinen vorgegebenen Bremshub nicht an der Schiene schleift.
Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 A Eine Schrägansicht einer erfindungsgemässen Linearführung;
Fig. 1B eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch die Linearführung parallel zur Schienenlängsrichtung;
Fig. 2 eine weitere Schrägansicht der Linearführung;
Fig. 3A ein Querschnitt der Rolleneinheit der Linearführung;
Fig. 3B eine Detailansicht eines Kugellagers zur Lagerung einer Laufrolle;
Fig. 4A eine schematische Darstellung eines Querschnitts quer zur Schienen- längsrichtung durch eine Linearführung mit einer Rolleneinheit mit axial beweglichen Rollen;
Fig. 4B ein Querschnitt durch diese Rolleneinheit parallel zur Schienenlängsrichtung;
Fig. 5 eine Schrägansicht der auf eine Schiene aufgesetzten Rolleneinheit; und Fig. 6 eine Draufsicht auf eine Federscheibe zur axial beweglichen Lagerung einer
Rolle.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Die Figur 1A zeigt eine Schrägansicht einer erfindungsgemässen Linearführung, in der Figur 1 B ist ein Querschnitt durch die Linearfiihrung parallel zur Schienenlängsrichtung schematisch dargestellt. Die Linearführung umfasst eine gerade Schiene 100 und eine Rolleneinheit 200 (Laufwagen), welche entlang der Schiene 100 verschiebbar ist. In der Figur 1A ist die der Schiene 100 zugewandte Innenseite der Rolleneinheit 200 sichtbar. Diese weist einen Kanal 210 zur Aufnahme eines Teilstücks der Schiene 100 auf. Angrenzend an den Kanal 210 und teilweise in diesen hineinragend sind beidseitig je zwei Rollen 231, 261; 241, 251 (siehe auch Figur 1 B) angeordnet. Deren Drehachsen sind parallel zueinander, stehen senkrecht zur Längsausdehnung der Schiene 100 und auch senkrecht zur Hauptfläche der Rolleneinheit 200. Wie in der Figur 1 B sichtbar, stehen sich jeweils zwei Rollen 231, 241 bzw. 251, 261 bezüglich der Schiene 100 direkt gegenüber, so dass die Schiene 100 zwischen den jeweiligen Rollen 231 , 241 bzw. 251 , 261 gleichsam eingeklemmt wird.
Zwei der Rollen 231, 261, welche auf derselben Seite der Schiene 100 angeordnet sind, sind exzentrisch gelagert, so dass sich eine Vorspannung zwischen den Rollen 231, 241, 251, 261 und der Schiene 100 einstellen lässt, wenn die Rolleneinheit 200 auf die Schiene 100 aufgesetzt ist.
Die Schiene 100 ist aus gehärtetem Vollstahl gefertigt und weist auf zwei gegenüberliegenden Seiten entlang der Schienenlängsrichtung verlaufende, präzisionsgeschliffene Innenprofile 101, 102 auf. Diese sind im Querschnitt u-förmig, wobei von einer horizontalen Basis 101a, 102a zwei Flanken 101 b, 101 c, 102b, 102c symmetrisch zueinander schräg nach aussen verlaufen, so dass sich der Kanalquerschnitt ausgehend von der Basis 101a, 102a erweitert. Jede der Rollen 231, 241, 251, 261 wirkt jeweils mit beiden Flanken 101b, 101c bzw. 102b, 102c des entsprechenden Profils 101 bzw. 102 zusammen. Die Rollen sind entsprechend dimensioniert, aufgrund ihres vergleichsweise grossen Durchmessers treten nur moderate Winkelbeschleunigungen auf, so dass die Linearführung bis zu Geschwindigkeiten von 12-15 m/s und entsprechenden Beschleunigungen einsetzbar ist.
In der Basis 102a eines der Innenprofile 102 ist ein Massstab 104 für ein entsprechendes Messsystem angeordnet (vgl. auch Figur 3A). Dieser weist in an sich bekannter Weise mehrere Markierungen auf, welche Absolutpositionen an der Schiene kennzeichnen. Die Markierungen können unterschiedlich ausgebildet und beispielsweise optisch oder magnetoresistiv erfassbar sein. Für den Messprozess wird an der Rolleneinheit 200 ein Messkopf fest angeordnet, der einen Sensor umfasst, mittels welchem die Positionsinformationen des Massstabs erfasst werden können (nicht dargestellt). Die erfassten Informationen werden elektronisch zu (absoluten) Positionsangaben verarbeitet und beispielsweise an eine Maschinensteuerung übermittelt.
Die Schiene 100 weist entlang ihrer Längsrichtung mehrere Bohrungen 103 auf, welche entlang der Symmetrieachse der Schiene verlaufen, also parallel zu den Rollenachsen der auf die Schiene 100 aufgesetzten Rolleneinheit 200. Mittels der Bohrungen 103 kann die
Schiene platzsparend entlang ihrer Symmetrieachse mit einem Träger, einem
Maschinengestell oder einer Wand verschraubt werden, wobei sich eine stabile Lagerung der Schiene ergibt. Auf der (nicht sichtbaren) Gegenseite der Schiene weisen die Bohrungen 103 angrenzend an deren Öffnungen Ausnehmungen auf zur Aufnahme der
Schraubenköpfe.
Die Rolleneinheit 200 lässt sich, wie in der Figur 1 dargestellt, seitlich an der Schiene 100 anbringen, d. h. die Rollenachsen sind im Betrieb horizontal. Je nach Einsatzzweck kann die Anordnung aber auch beliebig um die Schienenlängsachse gedreht werden, die Rolleneinheit 200 kann insbesondere hängend unterhalb der Schiene 100 angeordnet werden, so dass die Rollenachsen im Betrieb senkrecht orientiert sind.
Die Figur 2 zeigt eine weitere Schrägansicht der Linearführung, wobei die Aussenseite der Rolleneinheit 200 sichtbar ist. Die Rolleneinheit 200 weist vier Lagerbuchsen 221, 222, 223, 224 zur Aufnahme jeweils eines Rolleneinsatzes 230, 240, 250, 260 auf, wobei jeder Rolleneinsatz 230, 240, 250, 260 eine Rolle und die entsprechende Rollenlagerung umfasst. Die Rolleneinsätze 230, 240, 250, 260 werden mittels Spannplatten 271 , 272, 273 in den Lagerbuchsen 221 ...224 gehalten, wobei jede Spannplatte 271, 272, 273 durch in ihren Randbereichen angeordnete, durchgehende Öffnungen 271a mittels Schrauben mit dem Rand der jeweiligen Lagerbuchse 221, 222, 223, 224 verschraubt werden kann. In verschraubtem Zustand wirkt die Unterseite der Spannplatte 271, 272, 273 mit der Oberseite einer Lagerscheibe 235, 245, 255 des Rolleneinsatzes 230, 240, 250, 260 zusammen und fixiert einerseits den Rolleneinsatz 230, 240, 250, 260 in der Lagerbuchse 221 ...224 und verhindert andererseits durch Reibschluss ein Verdrehen des Rolleneinsatzes 230, 240, 250, 260 bezüglich der Rolleneinheit 200.
Die Spannplatten 271 , 272, 273 weisen mittig einen durchgehenden kreisförmigen Ausschnitt auf, durch welchen ein Sechskantkopf 233a, 243a, 253a des Lagerbolzens des jeweiligen Rollenlagers hindurch tritt und somit von aussen zugänglich ist. In der Figur 2 ist dargestellt, wie eine der Lagerbuchsen 224 der Rolleneinheit 200 durch eine Abdeckung 284 verschlossen ist, welche unter anderem das Eindringen von Schmutz von der Aussenseite der Rolleneinheit 200 her verhindert. Für den laufenden Betrieb werden auch die restlichen Lagerbuchsen 221 , 222, 223 mit einer solchen Abdeckung verschlossen.
Die Figur 3A zeigt einen Querschnitt der Rolleneinheit 200 der Linearführung entlang einer Ebene quer zur Schienenlängsrichtung, welche durch das Zentrum der Lager zweier einander bezüglich der Schiene 100 gegenüberliegender Rollen 231, 241 verläuft. Die Rolleneinsätze 230, 240 umfassen je einen Lagerbolzen 233, 243 auf welchem ein geteilter Innenring 237, 247 eines Schrägkugellagers 236, 246 gelagert ist. Eines dieser Schrägkugellager 236 ist in der Figur 3B im Detail dargestellt. Die Schrägkugellager 236, 246 sind zweireihig, ihr Aussenring 238, 248 bildet auf seiner Aussenseite gleichzeitig die Lauffläche 232, 242 der Rolle 231 , 241. Die Innenringe 237, 247 und Aussenringe 238, 248 sind aus durchgehärtetem Kugellagerstahl gefertigt. Der Druckwinkel α zwischen der Symmetrieebene der Schrägkugellager 236, 246 und der durch die einzelnen Rollen zwischen dem Innenring 237, 247 und dem Aussenring 238, 248 übertragenen Kräfte beträgt ungefähr 25°, so dass auf die Lager wirkende Kräfte sowohl in seitlicher als auch in hängender Anordnung der Rolleneinheit 200 an der Schiene 100 ähnlich gut aufgenommen werden können.
Die Laufflächen 232, 242 weisen im Querschnitt einen parallel zur jeweiligen Seitenfläche der Schiene 100 verlaufenden mittigen Abschnitt 232a, 242a auf sowie seitlich daran anschliessend schräg verlaufende Flankenabschnitte 232b, 232c, 242b, 242c, so dass die
Lauffläche 232, 242 in diesem Bereich eine konische Form aufweist. Die
Flankenabschnitte 232b, 232c, 242b, 242c kontaktieren die entsprechenden Flanken
101b, 110c, 102b, 102c der Schiene 100 und sind leicht konvex gewölbt (bombiert), so dass sich definierte Wälzpunkte der Laufflächen 232, 242 mit den seitlichen Flanken 101b,
101c, 102b, 102c der Innenprofile 101, 102 der Schiene 100 ergeben und
Differentialschlupf zwischen den Rollen 231 , 241 und der Schiene 100 vermieden wird.
Die Innenringe 237, 247 der Schrägkugellager 236, 246 sind zwischen einem flanschartigen Lagerabschnitt 233c, 243c des Lagerbolzens 233, 243 und einer (gewindefreien) Lagerscheibe 235, 245 festgeklemmt. Die Lagerscheibe 235, 245 ist zwischen dem Innenring 237, 247 und einer Spannmutter 234, 244 auf dem Lagerbolzen 233, 243 axial unverschiebbar gehalten. Die Spannmutter 234, 244 wirkt über ein Innengewinde mit einem Aussengewinde des Lagerbolzens 233, 243 zusammen und ist so weit auf das Gewinde aufgeschraubt worden, dass sich die zwei Teile 237a, 237b des jeweiligen Innenrings 237 berühren (siehe Figur 3B). In den Schrägkugellagern 236, 246 herrscht somit eine Vorspannung, welche quantitativ von der Geometrie des Innenrings 237, 247 und des Aussenrings 238, 248 sowie der Grosse der Kugeln 239 abhängt.
Der Lagerbolzen 233, 243 der Rolleneinsätze 230, 240 ist beidseitig des Innenrings 237, 247 des Schrägkugellagers 236, 246 an der Rolleneinheit 200 gehalten, nämlich einerseits über die Aussenfläche der Lagerscheibe 235, 245 in der entsprechend geformten Lagerbuchse 221, 222 der Rolleneinheit 200 sowie andererseits mit seinem flanschartigen Lagerabschnitt 233c, 243c in einem an der Rolleneinheit 200 ausgebildeten Gegenlager 215, 216. Einer der Lagerbolzen 233 ist exzentrisch ausgebildet, d. h. der den Innenring 237 des Schrägkugellagers 236 tragende, im Querschnitt kreisförmige Abschnitt 233b ist bezüglich der Drehachse des Lagerbolzens 233 exzentrisch. Durch Drehen des Lagerbolzens 233 lässt sich somit ein Abstand der Rolle 231 von der Schiene 100 bzw. eine Vorspannung zwischen den Rollen 231 , 241 und der Schiene 100 einstellen. Der Lagerbolzen 243 der gegenüberliegenden Rolle 241 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel zentrisch.
Der Zusammenbau und die Justierung der Linearführung finden wie folgt statt. Zunächst werden die Rolleneinsätze 230, 240, 250, 260 zusammengesetzt, d. h. die Rollen 231 , 241 mit den noch ungespannten Kugellagern 236, 246 werden auf die Lagerbolzen 233, 243 geschoben, bis die Innenringe 237, 247 der Schrägkugellager 236, 246 den flanschartigen Lagerabschnitt 233c, 243c kontaktieren. Anschliessend wird die Lagerscheibe 235, 245 auf den Lagerbolzen 233, 243 aufgeschoben und die Spannmutter 234, 244 am Lagerbolzen 233, 243 festgezogen bis sich die zwei Teile 237a, 237b; 247a, 247b der Innenringe 237, 247 berühren und somit das Schrägkugellager 236, 246 auf den vorgegebenen Wert vorgespannt ist. Gleichzeitig wird durch Reibschluss auch ein Verdrehen der Lagerscheiben 235, 245 bezüglich des Lagerbolzens 233, 243 oder der Spannmutter 234, 244 verhindert. Die Position der Spannmutter 234, 244 wird nun mit einer (an sich bekannten) Axialsicherung, z. B. durch eine radial durch die Spannmutter 234, 244 bis in den Lagerbolzen 233, 243 verlaufende Schraube, fixiert (nicht dargestellt).
Anschliessend können die Rolleneinsätze 230, 240, 250, 260 in die Lagerbuchsen 221, 222 der Rolleneinheit 200 eingesetzt und die Rolleneinheit 200 seitlich auf die Schiene 100 aufgeschoben werden, so dass die Laufflächen 232, 242 der Rollen 231 , 241 mit den Innenprofilen 101, 102 der Schiene 100 in Kontakt kommen. Die zentrischen Rolleneinsätze 230, 240, 250, 260 können nun durch Aufschrauben der Spannplatten 272, 273 an der Rolleneinheit 200 fixiert werden.
Mittels eines Drehmomentschlüssels können nun am Sechskantkopf 233a des exzentrischen Lagerbolzens 233 dessen Exzentrizität und somit die vorgegebene Vorspannung präzise eingestellt werden. Die Einstellung wird fixiert, indem auch hier eine Spannplatte 272 derart axial aufgeschraubt wird, bis sie mit ihrer Unterseite eine entsprechende obere Fläche der Lagerscheibe 235 kontaktiert und somit durch Reibschluss eine Verdrehung des Rolleneinsatzes 230, 260 und somit eine Verstellung der Vorspannung verhindert. Weil die Spannplatte 272 die Lagerscheibe 235 axial kontaktiert, ergibt sich durch das Festziehen keine Beeinflussung der vorher eingestellten Vorspannung.
Schliesslich werden Abdeckungen 281 , 282 auf die Öffnungen der Lagerbuchsen 221 , 222 auf der Aussenseite der Rolleneinheit 200 aufgesetzt. Die Abdeckungen 281, 282 weisen nach innen gerichtete, federnde Flansche auf, die in die mittige Öffnung der Spannplatte 271, 272 einrasten und somit die Abdeckung 281 , 282 an den Lagerbuchsen 221 , 222 festhalten.
Die Figur 4A ist eine schematische Darstellung eines Querschnitts parallel zur Schienenlängsrichtung durch eine Linearführung mit einer Rolleneinheit 201 mit axial beweglichen Rollen 231, 241; die Figur 4B zeigt einen Querschnitt senkrecht dazu, in derjenigen Ebene, welche die Drehachse der Rolle 231 enthält. Die Figur 5 ist eine Schrägansicht der auf eine Schiene 100 aufgesetzten Rolleneinheit 201. Die Schiene 100 ist identisch aufgebaut wie die Schiene gemäss der ersten Ausführungsform; der Aufbu der Rolleneinheit 201 mit axial beweglichen Rollen entspricht ebenfalls weitgehend derjenigen der ersten Ausführungsform, wobei die dargestellte Rolleneinheit 201 aber nur zwei gegenüberliegende Rollen 231, 241 umfasst. Im Folgenden wird auf die Unterschiede zur im Zusammenhang mit den Figuren 1-3 dargestellten Rolleneinheit 200 eingegangen.
Die Rolleneinheit 201 unterscheidet sich von dieser primär durch eine unterschiedliche Lagerung der Rollen 231, 241 am Gehäuse der Rolleneinheit 201. Anstelle der Lagerscheibe, welche zwischen der Spannmutter 234, 244 und dem Innenring 237, 247 des Schrägkugellagers 236, 246 festgeklemmt ist und somit den Lagerbolzen 233, 243 am Gehäuse axial unverschiebbar festhält, sind mehrere Elemente an der Lagerung beteiligt, welche eine axiale Beweglichkeit des Lagerbolzens 233, 243 und damit der Rollen 231, 241 ermöglichen. Diese Elemente umfassen eine Federscheibe 301, 302, welche entlang ihres Umfangs zwischen der Spannplatte 272, 273 und dem Gehäuse der Rolleneinheit 201 festgeklemmt ist. In einer mittigen Öffnung 301a der Federscheibe 301 , 302 (siehe Figur 6) ist diese am Lagerbolzen 233, 243 mittels eines Druckrings 31 1, 312 zwischen der Spannschraube 234, 244 und dem Innenring 237, 247 des Schrägkugellagers 236, 246 festgeklemmt.
Die in der Figur 6 in einer Draufsicht dargestellte Federscheibe 301 ist aus Federstahl mit einer Dicke von ungefähr 0.2 mm gefertigt. Mehrere Schlitze 301 b sind symmetrisch aus der Federscheibe 301 ausgeschnitten worden, bevorzugt mittels Laserschneiden, welches gratfreie Schnitte und kleine Schlitzbreiten ermöglicht. Die Schlitze 301b weisen im Wesentlichen kreisbogenartige, parallel zum Umfang der Federscheibe 301 verlaufende Abschnitte auf, an welche zurückgebogene, im Wesentlichen radiale Abschnitte anschliessen. Vier Schlitze 301b sind symmetrisch zum Zentrum entlang eines äusseren Kreises angeordnet, deren radiale Abschnitte weisen bezüglich der kreisbogenartigen Abschnitte nach aussen. Vier weitere Schlitze sind jeweils um 45° zu den äusseren Schlitzen versetzt, wiederum symmetrisch zum Zentrum entlang eines inneren Kreises angeordnet, wobei deren radiale Abschnitte nach innen weisen. Die Anordnung der Schlitze 301b ermöglicht eine axiale, d. h. senkrecht zur Hauptfläche der Federscheibe 301 gerichtete, Bewegung der mittigen Öffnung 301a bezüglich des Umfangs der Federscheibe 301, sie weist aber bezüglich einer Torsionsbewegung der Öffnung 301a relativ zum Umfang eine hohe Steifigkeit auf.
Durch eine entsprechende elastische Verformung der Federscheibe 301, 302 können somit der Lagerbolzen 233, 243 und die an ihm befestigte Rolle 231, 241 samt Spannmutter 234, 244 und Druckring 31 1, 312 in axialer Richtung, d. h. parallel zur Rollenachse, bewegt werden. Die Bewegung dieser Elemente wird geführt durch die Innenfläche eines Führungsrings 313, 314, welche ein Gleitlager für die Aussenfläche des Zwischenstücks 295, 296 bildet, sowie durch die Gegenlager 215, 216 am Gehäuse der Rolleneinheit 201, in welchen der flanschartige Abschnitt 233c, 243c des Lagerbolzens 233, 243 axial verschiebbar geführt ist. Der Führungsring 313, 314 ist am Druckring 31 1, 312 drehbar aber axial unverschiebbar gehalten. Zu diesem Zweck weist der Druckring 31 1, 312 auf seiner Unterseite eine ringförmige Ausnehmung auf, in welcher ein entsprechender, ringförmiger Vorsprung des Führungsrings 313, 314 aufgenommen ist. Der oberste Abschnitt des Druckrings 31 1, 312 weist zudem ein Aussengewinde auf, auf welches eine Mutter 315, 316 zum Fixieren einer Unterlegscheibe 317, 318 aufgeschraubt ist. Zwischen der Unterlegscheibe 317, 318 und dem Vorsprung ist der Führungsring 313, 314 axial fixiert, der Druckring 31 1, 312 kann aber unbeeinflusst vom Führungsring 313, 314 um seine Achse gedreht werden. Der Aussendurchmesser des Führungsrings 313, 314 entspricht dem Innendurchmesser der Aufnahme für den Rolleneinsatz, so dass er und damit der Druckring 31 1, 312 radial unverschiebbar im Gehäuse gehalten sind. Die Bewegung der Rolle 231, 241 ist in axialer Richtung durch einen am Gehäuse ausgebildeten Anschlag für den untersten, flanschartigen Lagerabschnitt 233c, 243c des Lagerbolzens 233, 243 begrenzt. Der maximale axiale Weg der Rolle 231 , 241 beträgt ungefähr 1-2 mm.
Die Rolleneinheit 201 mit axial beweglichen Rollen 231 , 241 wird beispielsweise in einer Anordnung eingesetzt mit zwei miteinander mechanisch starr verbundenen Rolleneinheiten, welche mit parallelen Schienen zusammenwirken. Eine erste der Rolleneinheiten weist zwei axial feste, die andere zwei axial bewegliche Rollen auf. Unterschiede im Schienenabstand, welche beispielsweise durch die unterschiedliche.thermische Expansion verschiedener Materialien bewirkt werden, können somit bis zu einer gewissen Obergrenze kompensiert werden, ohne dass die präzise Positionierung der ersten Rolleneinheit beeinträchtigt wird. Die Rolleneinheit 201 ist aber auch für andere Aufgabenstellungen verwendbar, in welchen eine axiale Kompensation der Rollenposition bezüglich des Gehäuses der Einheit (und daran angeordneter Elemente) gewünscht ist.
Rolleneinheiten weisen oft neben den die Schiene 100 kontaktierenden Rollen 231 , 241 weitere Elemente auf, welche passend mit der Schiene 100 zusammenwirken müssen, beispielsweise Komponenten von Mess- oder Bremssystemen oder Schmierplatten zum regelmässigen Schmieren der Rollenführung. Aus der Figur 4B ist ersichtlich, wie mit der Schiene passend zusammenwirkende Schmierplatten 321 , 322 an einer Rolleneinheit 201 mit axial beweglichen Rollen 231 befestigt werden können. Parallel zur Schienenlängsrichtung weist der Führungsring 313 beidseitig sektorartige Ausnehmungen auf. In diesen ist je ein Befestigungsteil 323, 324 aufgenommen. Diese sind zusammen mit den Rollen 231 in axialer Richtung beweglich und ermöglichen die Befestigung von Stimplatten 202, 203 mittels radialen Schrauben 325, 326, deren Aussengewinde mit einem Innengewinde im Befestigungsteil 323, 324 zusammenwirken und deren Schraubenköpfe die Stirnplatten 202, 203 der Rolleneinheit 201 festhalten. Die Schmierplatten 321, 322 (sowie andere Zusatzkomponenten) können dann an der Stirnplatte 202, 203 befestigt werden und haben somit stets dieselbe axiale Position wie die mit der Schiene zusammenwirkenden Rollen 231.
JDie Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Abhängig von der konkreten Anwendung kann beispielsweise die Geometrie der Schiene hinsichtlich der Art, Querschnitt und Form der Profilierung oder hinsichtlich der Befestigung an einem Grundkörper verändert sein. Auch die Zahl, die Art und die Anordnung der Rollen an der Rolleneinheit, Detailaspekte der Rollenlager und deren Befestigung an der Rolleneinheit sind variierbar. Die Festsetzung der eingestellten Vorspannung kann auf eine andere Weise erfolgen als vorstehend ausgeführt. Zusätzlich zum Messsystem kann die Rolleneinheit mit einem leistungsfähigen Bremssystem versehen werden, welches ebenfalls mit der Schiene zusammenwirkt, wobei das Mess- und das Bremssystem mit Vorteil mit unterschiedlichen Bereichen der Schiene kooperieren, damit keine gegenseitigen Beeinträchtigungen stattfinden.
Zusammenfassend ist festzustellen, dass durch die Erfindung eine Linearführung geschaffen wird, welche auch zum Bewegen grosserer Lasten geeignet ist und entsprechende Kräfte aufnehmen kann, ohne dass die Laufeigenschaften oder die Positionierungsgenauigkeit der Führung negativ beeinflusst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Linearführung mit
a) einer Schiene (100) mit Profilierungen (101, 102) auf zwei gegenüberliegenden Seiten;
b) einer Rolleneinheit (200), wobei die Rolleneinheit (200) und die Schiene (100) relativ zueinander in Schienenlängsrichtung verschiebbar sind;
c) wobei die Rolleneinheit (200) mindestens zwei Rollen (231, 241, 251, 261) aufweist, welche auf den Profilierungen (101, 102) der gegenüberliegenden Seiten der Schiene (100) laufen können;
dadurch gekennzeichnet, dass
d) die Rollen (231 , 241 , 251 , 261) mittels vorgespannter Schrägkugellager (236, 246) an der Rolleneinheit (200) gelagert sind; und dass
e) die Rollen (231 , 241 , 251 , 261) mit einer vorgegebenen Kraft gegenüber der Schiene (100) vorspannbar sind.
2. Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung der Schrägkugellager (236, 246) und die Vorspannung der Rollen (231, 241, 251, 261) gegenüber der Schiene (100) abhängig von einer Nennlast derart aufeinander abgestimmt sind, dass eine maximale Auslenkung in den Schrägkugellagern (236, 246) und eine maximale Auslenkung der Rollen (231, 241, 251, 261) bezüglich der Schiene (100) bei Nennlast ungefähr gleich gross sind.
3. Linearführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrägkugellager (236, 246) zweireihig sind und geteilte Innenringe (237, 247) aufweisen.
4. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Laufringe (238, 248) der Rollen (231 , 241 , 251, 261) mittels der Schrägkugellager (236, 246) auf beidseitig abgestützten Bolzen (233, 243) gelagert sind.
5. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Rollen (231, 261) auf einem einstellbaren Exzenter (233, 234,
271) gelagert ist.
6. Linearführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter folgendes umfasst:
a) einen Exzenterbolzen (233), auf welchem die Rolle (231) über das Schrägkugellager (236) gelagert ist;
b) eine Lagerscheibe (235), welche auf den Exzenterbolzen (233) aufschiebbar ist;
c) eine Spannmutter (234), welche ein Innengewinde aufweist, mit welchem die Spannmutter (234) auf ein entsprechendes Aussengewinde des Exzenterbolzens (233) aufschraubbar ist, so dass die Lagerscheibe (235) zwischen der Spannmutter (234) und dem Schrägkugellager (236) festgeklemmt und das
Schrägkugellager (236) vorgespannt wird; sowie
d) eine Spannplatte (271), welche in axialer Richtung derart festgezogen werden kann, dass sie reibschlüssig mit einer Aussenseite der Lagerscheibe (235) zusammenwirkt und diese und den Exzenterbolzen (233) fixiert.
7. Linearführung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenterbolzen (233) einen profilierten Kopf (233a) aufweist, welcher derart angeordnet ist, dass die Vorspannung der entsprechenden Rolle (231) gegenüber der Schiene (100) mittels eines passenden Drehmomentschlüssels einstellbar und anschliessend mittels Festziehen der Spannplatte (271) fixierbar ist.
8. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (231, 241) derart an der Rolleneinheit (201) gelagert sind, dass sie in Richtung ihrer Drehachse bezüglich der Rolleneinheit (201) beweglich sind.
9. Linearführung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lagerbolzen (233, 243), auf welchem die Rolle (231 , 241 ) über das Schrägkugellager (236, 246) gelagert ist, in einer zentralen Öffnung einer Federscheibe (301, 302) befestigt ist, wobei die Federscheibe (301, 302) in ihrem Randbereich an der Rolleneinheit (201) befestigt ist und wobei die Federscheibe (301, 302) bevorzugt mehrere Schlitze (291 b) aufweist.
10. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollen (231, 241, 251, 261) derart angeordnet sind, dass ihre Drehachsen parallel zueinander und zu den gegenüberliegenden Seiten der Schiene (100) sowie senkrecht zur Schienenlängsrichtung orientiert sind.
1 1. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen der mindestens zwei Rollen (231, 241, 251, 261) in derselben Ebene verlaufen, wobei die Ebene senkrecht zur Schienenlängsrichtung orientiert ist.
12. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (100) aus gehärtetem und geschliffenem Vollstahl gefertigt ist.
13. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen (101, 102) der gegenüberliegenden Seiten der Schiene (100) als Innenprofilierungen ausgebildet sind.
14. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierungen (101, 102) der gegenüberliegenden Seiten der Schiene (100) je zwei schräge Flanken (101 b, 101c, 102b, 102c) aufweisen und wobei die Rollen (231, 241 , 251, 261) derart ausgebildet sind, dass jede der Rollen (231, 241, 251, 261) mit beiden Flanken (101 b, 101 c, 102b, 102c) zusammenwirkt.
15. Linearführung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Flanken (101b, 101c, 102b, 102c) zusammenwirkende Aussenflächen (232b, 232c, 242b, 242c) der Rollen (231 , 241) konvex gewölbt sind.
16. Linearführung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckwinkel (α) im Schrägkugellager (236) derart an eine Steigung der beiden Flanken (101b, 101c) angepasst ist, dass sich im Wesentlichen gleiche Teilkräfte in den belasteten Schrägkugellagern (236) ergeben, wenn die Rolleneinheit (200) und die Schiene (100) relativ zueinander übereinander oder nebeneinander angeordnet werden.
17. Linearführung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckwinkel (α) 20-40°, bevorzugt 25-35°, beträgt.
18. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch ein Messsystem zum Erfassen einer Position der Rolleneinheit (200) bezüglich der
Schiene (100).
19. Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch ein Bremssystem, welches an der Rolleneinheit (200) befestigt ist und einen Bremskeil aufweist, welcher zum Bremsen der Relativbewegung der Rolleneinheit (200) und der Schiene (100) mit einer Seite der Schiene (100) zusammenwirken kann.
20. Rolleneinheit (200) für eine Linearführung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 umfassend
a) mindestens zwei Rollen (231, 241, 251 , 261), welche auf Profilierungen (101, 102) gegenüberliegender Seiten einer Schiene (100) laufen können; dadurch gekennzeichnet, dass
b) die Rollen (231, 241 , 251 , 261) mittels vorgespannter Schrägkugellager (236, 246) an der Rolleneinheit (200) gelagert sind; und dass
c) die Rollen (231 , 241 , 251 , 261) mit einer vorgegebenen Kraft gegenüber der Schiene (100) vorspannbar sind.
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