DE10108642A1 - Linear-Schienenführung mit Abstandsstücken - Google Patents

Abstract

Linear-Schienenführung mit Abstandsstücken, die aufweist: eine Führungsleiste (1), die streifenförmig ausgebildet ist und außen mit Kugellaufbahnen (11) versehen ist; eine Schiebeeinheit, die einen Schieber (2) innen mit den Kugellaufbahnen (11) entsprechenden Kugelrille (21) versehen ist; eine Vielzahl von Rollkugeln (4), zwischen allen zwei benachbarten von denen je ein Abstandsstück (5) vorgesehen ist, wobei die Rollkugeln (4) und das Abstandsstück (5) immer in der Führungsschiene (1) und der Schiebeeinheit bleiben. Die Rollkugeln (4) sind kugelförmig ausgebildet und aus metallischem Material hergestellt. Das Abstandsstück (5) ist zylindrisch ausgebildet, wobei der Außendurchmesser der zylinderförmigen (51) Abstandsstücke (5) kleiner ist als der Durchmesser der Rollkugeln (4), während der Außendurchmesser an beiden Enden, und wobei dessen zwei Endflächen als Innenkrümmung (52) ausgebildet sind, die jeweils mit einer Rollkugel (4) benachbart verbindbar ist.

Description

Die vorliegenden Erfindung bezieht sich auf eine Linear- Führungsschiene mit Abstandsstücken, insbesondere eine Linear- Führungsschiene, in der zwei benachbarte Rollkugeln durch ein Abstandsstück getrennt sind, wodurch es zu vermeiden ist, dass sich die zwei benachbarte Rollkugeln zueinander stoßen, so dass der Lärm reduziert werden kann.

Die Linear-Führungsschiene des Standes der Technik besteht aus einer unbegrenzt verlängernden Führungsleiste und einer die Führungsleiste entlang bewegenden Schiebeeinheit. Die Schiebeeinheit weist einen Schieber, eine die Bewegungsrichtung der Rollkugeln verändernde Endkappe und andere Teile auf. Die Führungsleiste und der Schieber besitzen eine Kugelrille zur Rollbewegung der Kugeln, wobei der Schieber innen einen Rücklaufkanal zum Umlaufen für Kugeln aufweist. Der Rücklaufkanal des Schiebers und ein innerhalb der an zwei Seiten des Schiebers angeordneten Endkappe befindlicher Wendekanal sind belastungsfreie Wege für Rollkugeln. Der von den Kugelrillen der Führungsleiste und des Schiebers gebildete Kanal ist ein Belastungsweg. Die belastungsfreien Wege und der Belastungsweg bilden einen Zykluskanal, in dem eine Vielzahl von Rollkugeln unendlich gewälzt werden, wobei sich der Schieber mit Hilfe von Rollkugeln die Führungsleiste entlang in der Weise niedriger Reibung bewegt.

Die Linear-Führungsschiene macht eine geradlinige Bewegung auf dem Belastungsweg. Die Rollkugeln brauchen eine große Veränderung der Bewegungsrichtung beim an zwei Endkappen angeordneten Wendekanal. Wenn die Bewegungsspur die Änderung der Krümmung herstellt, wird die Geschwindigkeit der Rollkugeln geringfügig geändert. Aufgrund des Geschwindigkeitsunterschieds zwischen den Rollkugeln stoßen und schieben sich die benachbarten Rollkugeln zueinander. Und außerdem sind die meisten Rollkugeln der herkömmlichen Linear-Führungsschiene aus metallischem Material hergestellt, so dass es leicht ist, den Lärm und die Vibration der Linear-Führungsschiene hervorzubringen. Darüber hinaus hat der Berührungspunkt von zwei benachbarten Rollkugeln unterschiedliche Bewegungsrichtung, wenn sich die Rollkugeln auf dem Belastungsweg wälzen. Daher nehmen der Lärm und die Vibration zu, wenn sich die benachbarten Rollkugeln reiben. Vor kurzem ist ein besseres Material wie z. B. keramische Rollkugeln entwickelt worden, deren Gewicht leichter, deren Stoßenergie geringer, deren Härte höher und deren Verschleißfestigkeit und Dämpfungsfähigkeit besser ist, wobei sie kostenaufwendig in der Herstellung ist. Manche Linear-Führungsschiene verwenden solche speziellen Rollkugeln, um die Leistungsfähigkeit zu erhöhen. Die die Linear-Führungsschiene benutzende, herkömmliche Industrie kann aber kaum den hohen Preis solcher Rollkugeln akzeptieren.

Aus dem US 4,505,522 ist ein Verfahren bekannt, durch das der bei der Geschwindigkeitsänderung der durch den Wendekanal der Endkappe durchgehenden Rollkugeln entstehende Stoß verbessert wird. Es ist dabei jedoch nicht möglich, den Stoß vollkommen zu beseitigen. Darüber hinaus muss es vorausgesetzt werden, dass die geometrische Konstruktion sehr genau gestaltet ist, wodurch sich die Linear-Führungsschiene in der Herstellung erheblich erschwert.

Bei einer herkömmlichen Linear-Führungsschiene zur Verbesserung der Reibung und des Stoßes der Rollkugeln auf dem Belastungsweg, wie in Fig. 7 gezeigt, wälzen sich die Rollkugeln 4 zwischen den Kugellaufbahnen 11 der Führungsleiste und der Kugelrille 21 des Schiebers. Eine kleinere Abstandskugel 6 ist zwischen allen zwei Rollkugeln 4 eingesetzt, damit die Drehrichtungen der Rollkugeln 4 und der Abstandskugeln 6 entgegengesetzt sind, während deren Bewegungsrichtung am Berührungspunkt gleich ist, so dass der Reibungswiderstand zwischen den Rollkugeln 4 reduziert wird und die Glattheit der Führungsleiste zunimmt. Überdies sind die Abstandskugel 6 und die Rollkugel 4 normalerweise aus demselben Material hergestellt. Dies kann zwar die aufgrund der unterschiedlichen Bewegungsrichtung am Kontaktpunkt hervorgebrachte Belastung und Reibung der Rollkugeln bei Wälzen auf dem Belastungsweg vermieden werden, aber die aufgrund der Veränderung der Bewegungsgeschwindigkeit verursachte Stöße und Reibungen sind nicht verbessert.

Aus dem US 5,615,955 ist eine selbstschmierende Linear- Führungsvorrichtung bekannt, in der die in Fig. 7 dargestellte Abstandskugel 6 und öl-plastischem Material hergestellt ist. Darüber hinaus weist das plastische Material ein ausgezeichnetes Dämpfungsvermögen und ein größeres Verformungsvermögen auf, um den Stoßlärm zu reduzieren. Bei dieser Verbesserung ist die Abstandskugel fast genauso groß wie die Rollkugel, so dass sie zu viel Platz einnimmt, wodurch die die auf dem Belastungsweg der Führungsleiste effektiv annehmbare Anzahl der Rollkugeln 4 auf die Hälfte reduziert wird, wodurch die Festigkeit der Führungsleiste erheblich herabgesetzt wird.

Von daher ist es Aufgabe der Erfindung, diese oben erwähnten Mängel zu beseitigen und eine Linear-Führungsschiene mit Abstandsstücken zu schaffen, die aus Plastik in der Weise vom Spritzguss hergestellt und kostengünstig in der Herstellung ist, wodurch der Umlauflärm reduziert ist und somit die Leistungsfähigkeit der Führungsleiste erhöht ist.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine Linear-Führungsschiene mit Abstandsstücken, die die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nehmen; es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Linear- Führungsschiene mit Abstandsstücken in einer Schnittansicht;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Abstandsstücks von Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht von Rollkugeln und dem Abstandsstück der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung des auf dem Wendekanal befindlichen Abstandsstücks der erfindungsgemäßen Linear-Führungsschiene;

Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Abstandsstücks;

Fig. 6 eine Schnittansicht längs der Linie A-A der Fig. 5; und

Fig. 7 eine schematische Darstellung der herkömmlichen Linear-Führungsschiene zur Verbesserung der Reibung und der Stöße der auf dem Belastungsweg befindlichen Rollkugeln.

Bezugnehmend auf Fig. 1 weist die erfindungsgemäße Linear- Führungsschiene eine Führungsleiste 1, einen Schieber 2 und eine Endkappe 3 auf. Die Führungsleiste 1 ist an ihrer zwei Seiten je mit Kugellaufbahnen 11 versehen, während der Schieber 2 einen Rücklaufkanal 22 für Rollkugeln 4 und ein Abstandsstück 5 aufweist und mit den Kugellaufbahnen 11 entsprechenden Kugelrille 21 versehen ist. Der Rücklaufkanal 22 des Schiebers 2 und der innerhalb der an der zwei Seiten des Schiebers 2 angeordneten Endkappe 3 befindliche Wendekanal 31 sind belastungsfreie Wege für die Rollkugeln 4, während der von den Kugelrillen der Führungsleiste und des Schiebers gebildete Kanal ist ein Belastungsweg. Die belastungsfreien Wege und der Belastungsweg bilden einen Zykluskanal. Die meisten Rollkugeln 4 und das Abstandsstück 5 bleiben immer in diesem Zykluskanal.

Wenn sich der Schieber 2 auf der Führungsleiste 1 bewegt, machen die Rollkugeln 4 und das Abstandsstück 5 den Zykluskanal entlang eine unendliche Umwälzbewegung. In der Zeichnung sind die zwei benachbarten Rollkugeln 4 von dem Abstandsstück 5 getrennt, um die Stöße zwischen allen zwei Rollkugeln 4 zu vermeiden, wobei das Abstandsstück 5 stehenbleibt.

Aus den Fig. 2 und 3 ist ersichtlich, dass das Abstandsstück 5 im wesentlich zylindrisch ausgebildet ist, wobei es eine Zylinderförmigen 51 besitzt, während der Zylinderkörper an zwei Endflächen je mit einer Innenkrümmung 52 versehen ist, und dass die Verbindungsstelle zwischen des Zylinderförmigen 51 und den jeweiligen Innenkrümmung 52 einen Anschnitt 53 aufweist, und dass das Abstandsstück 5 in der Mitte mit einer Durchbohrung 54 versehen ist. Wenn eine der Rollkugeln 4 zu viel geschmiert wird, wird das übermäßige Schmiermittel beim Durchwälzen der Rollkugeln 4 durch die Durchbohrung 54 weggenommen, wobei das weggenommene Schmiermittel zur Verfügung von benachbarten, wenig geschmierten Rollkugeln 4 stehen kann, um das Schmiermittel gleichmäßig auf den Rollkugeln 4 zu verteilen. Dadurch wird das Schmiermittel weniger verbraucht. Darüber hinaus kann das Schmiermittel gekühlt werden, wenn es von den Rollkugeln 4 durch die Durchbohrung 54 weggenommen wird.

In Fig. 4 ist gezeigt, dass der Wendekanal 31 im wesentlich gewölbt ausgebildet ist, wobei der Radius der Krümmung meistens sehr klein ist, so dass sich das Abstandsstück 5 mehr in die Innenseite des Wendekanals 31 bewegt und in Berührung mit zwei Wänden des Wendekanals 31 kommt, wenn sich die Rollkugeln 4 und die Abstandsstücke 5 im Wendekanal 31 bewegen. Wenn das Spiel zwischen dem Abstandsstück 5 und den zwei benachbarten Rollkugeln 4 zu klein ist, dann hat das Abstandsstück 5 keinen Platz zur Bewegung, wobei es in Zusammenwirken mit dem Wendekanal 31 eine positive Richtungskraft herstellt, wodurch der Reibungswiderstand vergrößert wird und somit ein unglatter Betrieb der Linear-Führungsschiene hervorgebracht wird. Um die Störung zwischen des Zylinderförmigen 51 des Abstandsstücks 5 und dem Wendekanal 31 zu reduzieren, kann die Zylinderförmigen 51 des Abstandsstücks 5 als gekrümmte Kegelfläche ausgebildet ist. Der Radius der kleinsten Krümmung zweier Wandungen des Wendekanals 31 wird als Rp bezeichnet, während der gekrümmte Radius des Zylinderförmigen 51 des Abstandsstücks 5 als Rs bezeichnet wird, wobei der Wert von Rs nicht kleiner als der von Rp gestaltet ist.

Da die Berührungsfläche zwischen den Rollkugeln 4 und dem Abstandsstück 5 größer ist, wird der Ölfilm leichter zerstört. Um die Berührungsfläche zwischen den Rollkugeln 4 und dem Abstandsstück 5 zu reduzieren, ist die Innenkrümmung 52 des in Fig. 5 dargestellte Abstandsstücks 5 als gekrümmte Kegelfläche ausgebildet ist. Die gekrümmte Kegelfläche besteht aus zwei Bögen 521, 522 desselben Radizes, wobei der Radius der zwei Bögen 521, 522 etwas größer als der Radius der Rollkugeln 4 ist. Die Rollkugeln 4 stehen in Punktberührung mit der gekrümmten Kegelfläche. Ein empirisches Ergebnis zeigt sich, dass eine ausgezeichnete Wirkung erreicht wird, wenn der Verhältnisbereich des Radius Kr der Bögen 521, 522 und des Durchmessers der Rollkugeln zwischen 0,5 bis 0,8 liegt. Der Spitzenwinkel des Berührungspunkts des Abstandsstücks 5 und der Rollkugeln 4 ist als θ bezeichnet, wobei θ zwischen 20 bis 40 Grad liegt.

Aus Fig. 6 ist ersichtlich, dass es nicht leicht ist, dass das Schmiermittel durch die Berührungsfläche durchfließt und daraufhin durch die Durchbohrung 54 durchgeht, wenn die Berührungsfläche der Rollkugeln 4 und des Abstandsstück 5 geschlossen ringförmig ausgebildet ist. Um es zu beseitigen, ist die Innenkrümmung 52 des Abstandsstücks 5 mit einer Wellung 523 versehen ist, damit sich die Berührung der Rollkugeln 4 und des Abstandsstücks 5 als mehrere unkontinuierliche Punktberührung zeigt, um den Durchlauf des Schmiermittels zu erleichtern und die Schmierwirkung zu verbessern.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr ergeben sich für den Fachmann im Rahmen der Erfindung vielfältige Abwandlungs- und Modifikationsmöglichkeiten. Insbesondere wird der Schutzumfang der Erfindung durch die Ansprüche festgelegt.

Claims (8)

1. Linear-Schienenführung mit Abstandsstücken, die aufweist:
eine Führungsleiste (1), die streifenförmig ausgebildet ist und außen mit Kugellaufbahnen (11) versehen ist;
eine Schiebeeinheit, die einen Schieber (2), eine die Bewegungsrichtung von Rollkugeln (4) verändernde Endkappe (3), wobei der Schieber (2) innen mit den Kugellaufbahnen (11) entsprechenden Kugelrille (21) versehen ist;
eine Vielzahl von Rollkugeln (4), zwischen allen zwei benachbarten von denen je ein Abstandsstück (5) vorgesehen ist, wobei die Rollkugeln (4) und das Abstandsstück (5) immer in der Führungsschiene (1) und der Schiebeeinheit bleiben;
dadurch gekennzeichnet,
dass die Rollkugeln (4) kugelförmig ausgebildet sind und aus metallischem Material hergestellt sind, und
dass das Abstandsstück (5) zylindrisch ausgebildet ist, wobei der Außendurchmesser des zylinderförmigen (51) Abstandsstücks (5) kleiner ist als der Durchmesser der Rollkugeln (4), während der Außendurchmesser des Mittelbereichs des zylinderförmigen Abstandsstückes (51) kleiner ist als dessen Außendurchmesser an beiden Enden, und wobei dessen zwei Endflächen als Innenkrümmung (52) ausgebildet sind, die jeweils mit einer Rollkugel (4) benachbart verbindbar ist.

2. Linear-Führungsschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorne und hinten in Berührung stehende Innenkrümmung (52) in deren Mitte eine Durchbohrung (54) aufweist.

3. Linear-Führungsschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bogenradius des Zylinderförmigen (51) des Abstandsstücks (5) kleiner ist als der kleinste Krümmungsradius des Rücklaufkanals (22).

4. Linear-Führungsschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkrümmung (52) des Abstandsstücks (5) bogenförmig ausgebildet ist.

5. Linear-Führungsschiene nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verhältnisbereich des Radius der Bögen (521, 522) und des Durchmessers der Rollkugeln (4) zwischen 0,5 bis 0,8 liegt.

6. Linear-Führungsschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenkrümmung (52) des Abstandsstücks (5) mit einer Wellung (523) versehen ist.

7. Linear-Führungsschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsstück (5) aus Kunststoff, hochmolekularem Material, plastischem Stahl, keramischem Material mit niedriger Reibung und verschleißfestem Vermögen hergestellt ist.

8. Linear-Führungsschiene nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstandsstück (5) aus ölhaltigem Material hergestellt ist.