Linearführung mit Wälzkörpern
Die Erfindung bezieht sich auf eine Linearführung mit Wälz¬ körpern, umfassend zwei gegeneinander bewegliche Baugrup¬ pen, an denen Laufflächen für die Wälzkörper ausgebildet sind. Die Linearführung ist aufgrund der Genauigkeit insbe¬ sondere in Mikroskopen anwendbar.
Anordnungen zur linearen Führung von bewegten Teilen bzw. Baugruppen mit Wälzkörpern sind an sich bekannt. Auf Grund von Fertigungstoleranzen und Abnutzung an den Führungsflä¬ chen ist zwischen den Führungsbahnen Spiel vorhanden, das in der Regel mit einseitig angeordneten Nachstelleisten ausgeglichen oder zumindest begrenzt werden kann.
Für Präzisionseinrichtungen ist aus der GB 1,012,974 eine Geradführung bekannt, bei der ein geführtes Teil drei par¬ allele Rundstäbe aufweist, die jeweils zwischen zwei Rollen an einem führenden Bauteil laufen. Bei dieser Geradführung ist nachteiligerweise nur ein verhältnismäßig geringes Füh¬ rungsspiel kompensierbar. Daher bedarf es hoher Präzision bei der Fertigung der Führungsbahnen an sich und auch be¬ züglich ihrer Parallelität.
Eine weitere Linearführung für Präzisionsgeräte ist in DE 77 31 160 Ul beschrieben. Hier sind zwischen den jeweils an einer führenden und einer geführten Baugruppe ausgebildeten Führungsbahnen Wälzkörper vorgesehen, die durch Käfige auf Abstand zueinander gehalten werden. Für die Wälzkörper und die Käfige sind in den Führungsbahnen Aussparungen vorhan¬ den. Zur Kompensierung bzw. Einstellung des Führungsspiels ist an einem der Bauteile eine unter Federkraft vorgespann¬ te Leiste angeordnet.
Nachteilig bei dieser Führung ist, daß der Keilwinkel zwi¬ schen dem geführten und dem zu führenden Bauteil nicht vollständig ausgeglichen werden kann. Auch hier ist nur ein geringes Führungsspiel kompensierbar.
Außerdem sind aus DE 43 18 428 Al Laufbahnen, die als V- Nuten ausgebildet, und aus DE 33 13 129 C2 gewölbte Lauf¬ bahnen bekannt.
Eine weiter Linearführung für Präzisionsgeräte ist in DE 196 42 796 Al beschrieben. Hier sind Wälzkörper vorgesehen, die in zueinander korrespondierende Nuten eingesetzt sind. Zur Fertigung der Nuten für die Wälzkörper und Rundstäbe ist ein erheblicher Fertigungsaufwand erforderlich.
Grundsätzlich müssen die Laufbahnen bei den oben näher be¬ schriebenen Geradführungen sowohl in der führenden als auch in der geführten Baugruppe sehr genau gefertigt und ju¬ stiert werden. Dies erfordert eine strikte Toleranzeinhal¬ tung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Linearführung zu schaffen, die bei einem verhältnismäßig geringen ferti¬ gungstechnischen Aufwand eine hohe Führungsgenauigkeit und gute Langzeitstabilität bietet.
Erfindungsgemäß sind bei einer Linearführung der eingangs beschriebenen Art die Wälzkörper in ihrer Bewegungsrichtung nicht durch in Laufflächen eingebrachte Vertiefungen, son¬ dern durch Käfige geführt, wobei die Käfige über Mittel zur Zwangsführung mit wenigstens einer der Baugruppen in Ver¬ bindung stehen.
Auf diese .Weise ist es im Gegensatz zum Stand der Technik nicht erforderlich, in die Laufflächen Nuten einzubringen, in denen die Wälzkörper geführt werden.
Insofern sind zur Ausbildung der Laufflächen an den Bautei¬ len bzw. -Baugruppen wesentlich einfachere und kostengün¬ stigere Fertigungstechnologien anwendbar.
Bevorzugt sind als Mittel zur Zwangsführung der Käfige mit¬ einander korrespondierende Langlöcher und Führungsstifte vorgesehen, wobei mit der Ausrichtung der Langlöcher die Bewegungsrichtung und mit deren Länge die Bewegungslänge vorgegeben werden.
Im Unterschied zum Stand der Technik läßt die Führungsge¬ nauigkeit der Führungsstifte in den Nuten, die der Zwangs¬ führung der Käfige dienen, wesentlich mehr Fertigungstole¬ ranzen zu. Die Führungsstifte sind mechanisch fest mit ei¬ ner der Baugruppen verbunden.
Als Wälzkörper kommen bevorzugt Kugeln zur Anwendung. Es liegt jedoch auch im Rahmen der Erfindung, Wälzkörper in Zylinder-, Tonnen- oder Nadelform zu nutzen. In jedem Fall laufen die Wälzkörper lose in Aussparungen, die in die Kä¬ fige eingebracht sind.
Die erfindungsgemäße Linearführung ist so ausgebildet, daß an einer der Baugruppen vier Außenflächen, die sich paar¬ weise parallel gegenüber liegen, als Laufflächen dienen, während an der anderen Baugruppe vier Innenflächen als Laufflächen ausgebildet sind, die den Laufflächen an der ersten Baugruppe gegenüber stehen und jeweils zwischen ei-
ner Innen- und einer Außenfläche Wälzkörper angeordnet
-r sind, so daß die beiden Baugruppen ausschließlich in der dadurch verbleibenden Bewegungsrichtung verschiebbar sind.
Vorteilhaft ist weiterhin vorgesehen, daß die Laufflächen federnd vorgespannt sind, so daß die Federvorspannkraft senkrecht zu den Laufflächen über die Wälzkörper übertragen wird und so Spielfreiheit gewährleistet ist.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbei¬ spieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeich¬ nungen zeigen:
Fig.l einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Linearfüh¬ rung senkrecht zur Verschieberichtung und
Fig.2 eine Perspektivansicht der erfindungsgemäßen Line¬ arführung.
Nach Fig.l umfaßt das hier gezeigte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Linearführung zwei gegeneinander bewegli¬ che Baugruppen 1 und 2. Dabei ist die Baugruppe 1 einstük- kig ausgeführt, wohingegen die Baugruppe 2 im wesentlichen aus den Einzelteilen 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 zusammengesetzt ist, die mittels Schraubverbindungen, wie dargestellt, mit¬ einander verbunden sind.
An der Baugruppe 1 sind Laufflächen 3.1 bis 3.4 und an der Baugruppe 2 Laufflächen 4.1 bis 4.4 für Wälzkörper 5 ausge¬ bildet.
Dabei stehen sich jeweils die Laufflächen 3.1 und 4.1, 3.2 und 4.2, 3.3 und 4.3 und 3.4 und 4.4 parallel gegenüber und
sind durch die Wälzkörper 5, die hier beispielhaft als Ku¬ geln ausgeführt sind, beabstandet.
Die paarweise miteinander korrespondierenden Laufflächen 3.1, 4.1 und 3.3, 4.3 sind senkrecht zu den ebenfalls mit¬ einander korrespondierenden Laufflächen 2.1, 4.2 und 3.4, 4.4 ausgerichtet.
Die Bewegungsrichtung liegt in Fig.l senkrecht zur Zeichen¬ ebene. Irr-deττr~±n~ Fig.1 dargestellten Querschnitt durch die Linearführung sind jeweils nur diejenigen Wälzkörper 5 sichtbar, die in der Querschnitts- bzw. Zeichenebene lie¬ gen. Tatsächlich sind eine Vielzahl von Wälzkörpern 5 vor¬ handen, die einander in Betrachtungsrichtung überdecken.
Aus Fig.l ist weiterhin ersichtlich, daß die Wälzkörper 5 durch Käfige 6 und 7 auf Abstand bzw. in ihren Relativposi¬ tionen zueinander gehalten werden. Dies trifft nicht nur zur für die in der Darstellung sichtbaren Wälzkδrper 5, sondern ebenso für die weiteren Wälzkδrper, die unter oder über der Zeichenebene liegen.
Erfindungswesentlich ist hierbei, daß die Wälzkörper 5 nicht in Nuten oder Vertiefungen laufen, die in die Füh¬ rungsbahnen eingebracht sind, wie dies nach Stand der Tech¬ nik üblich ist. Anders als bisher bekannt rollen die Wälz¬ körper 5 auf den eben ausgeführten Laufflächen 3.1 bis 3.4 und 4.1 bis 4.4 ab. Geführt werden sie dabei mittels der Käfige 6 und 7, die ihrerseits über Führungstifte 8 in Be¬ wegungsrichtung zwangsgeführt sind.
Im dargestellten Beispiel sind die Führungsstifte 8 mecha¬ nisch fest mit der Baugruppe 1 verbunden, während die Käfi-
ge 6, 7 mit Langlöchern 9 ausgestattet sind. Die Langlöcher 9 sind in Fig.l lediglich in ihren Breitenabmessungen zu sehen. Die Breitenabmessung eines Langlochs 9 bildet ge¬ meinsam mit dem Durchmesser des darin geführten Führungs¬ stiftes 8 eine Gleitpassung, so daß die Führungsstifte 8 in der Richtung, in der sich die beiden Baugruppen 1 und 2 re¬ lativ zueinander bewegen, möglichst reibungs- und spielfrei in den Langlöchern 9 gleiten können.
Der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, daß die beispielhaft als Kugeln ausgeführten Wälzkörper 5 in Rund¬ löchern 10 laufen, die in den Käfigen 6 und 7 ausgebildet sind, wobei auch hier die Relativbewegung möglichst rei¬ bungs- und spielfrei erfolgt.
Bei dem in Fig.l dargestellten Ausführungsbeispiel der er¬ findungsgemäßen Linearführung ist das Einzelteil 2.4 ela¬ stisch ausgeführt und in Richtung Fi federnd vorgespannt, so daß die Federvorspannkraft zunächst von der Lauffläche 4.2 über Wälzkörper 5 auf die Lauffläche 3.2 und von der parallel gegenüberliegenden Lauffläche 3.4 wiederum über Wälzkörper 5 auf die Lauffläche 4.4 übertragen wird. Auf diese Weise wird in Richtung Fi Spielfreiheit erzielt.
In analoger Weise sorgen Federscheiben 11 in der Richtung F2 für Spielfreiheit durch Federvorspannung, indem die Fe¬ dervorspannkraft von der Lauffläche 4.1 über Wälzkörper 5 auf die Lauffläche 3.1 und von der parallel gegenüberlie¬ genden Lauffläche 3.3 wiederum über Wälzkörper 5 auf die Lauffläche 4.3 übertragen wird.
In Fig.2 ist die erfindungsgemäße Linearführung in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Hier sind eine Viel-
zahl von in Bewegungsrichtung B hintereinander liegenden Wälzkörpern 5 erkennbar, die einerseits vom Käfig 6, ande¬ rerseits vom Käfig 7 auf Abstand zueinander gehalten wer¬ den.
Zu erkennen sind weiterhin die Führungsstifte 8, die für die Zwangsführung der Käfige 6 und 7 in der Bewegungsrich¬ tung B sorgen.
Die Schrauben sind jeweils symbolisch dargestellt und nicht mit Bezugszeichen versehen.
Die einzelnen Baugruppen der erfindungsgemäßen Linearfüh¬ rung sind mit verhältnismäßig unkomplizierten Fertigungs¬ technologien und daher kostengünstig herstellbar, weil in die Laufflächen keine Nuten zur Führung der Wälzkörper ein¬ gebracht werden müssen, die Führungsgenauigkeit mittels der Käfige erzielt wird und die Baugruppen spielfrei gegenein¬ ander in Bewegungsrichtung verschiebbar sind.
Bezugszeichenliste
1, 2 Baugruppen
2.1;2.2; 2.3; 2.4 Einzelteile der Baugruppe 2
3.1 ... 3. 4 und
4.1 ... 4. 4 Laufflächen
5 Wälzkörper
6, 7 Käfige
8 Führungsstifte
9 Langlöcher
10 Rundlöcher
11 FederScheiben
B Bewegungsriehtung
Fi, F2 Richtung der Federvorspannkräfte