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Title:
LINEAR BEARING WITH ROTATING ROLLING BODIES AND DIVERTER FOR SAID TYPE OF LINEAR BEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/000250
Kind Code:
A3
Abstract:
The invention relates to a linear bearing with rotating rolling bodies (04) provided with a straight, load-bearing rolling section (07), a straight, load-free return section (11) that is arranged parallel with respect to the rolling section (11) and two diverters (12) which are arranged between the rolling section and the return section and guides the movement of the rolling bodies (04) between the running section (07, 11) in a diverter channel (14) such that a continuous revolution of the rolling body (04) is possible. According to the invention, at least one of the two diverters (12) comprises a section that can be actively deformed by an actuator (17), thus actively influencing the movement of the rolling bodies (04) on the intersection between the diverter (12) and the load-bearing running section. As a result, this increases the service life and minimises the noise of said bearings.

Inventors:
GLUECK STEFAN (DE)
Application Number:
PCT/DE2008/001036
Publication Date:
May 07, 2009
Filing Date:
June 21, 2008
Export Citation:
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Assignee:
SCHAEFFLER KG (DE)
GLUECK STEFAN (DE)
International Classes:
F16C29/12; F16C29/06
Domestic Patent References:
WO2007063770A12007-06-07
Foreign References:
EP0846880A11998-06-10
US20070003172A12007-01-04
DE3023978A11982-01-14
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Claims:

Patentansprüche

1. Linearlager mit umlaufenden Wälzkörpern (04) mit

- einem geraden, lasttragenden Laufabschnitt (07),

- einem parallel dazu angeordneten geraden, lastlosen Rücklaufabschnitt (11), sowie - zwei Umlenkern (12), welche zwischen dem Laufabschnitt (07) und dem Rücklaufabschnitt (11) angeordnet sind und die Bewegung der Wälzkörper (04) zwischen den Laufabschnitten (07, 11) in einem Umlenkkanal (14) führen, so dass ein fortlaufender Umlauf der Wälzkörper (04) möglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Umlenker (12) einen durch einen Aktor (17) aktiv verformbaren Abschnitt (13) umfasst.

2. Linearlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beide Umlenker (12) einen durch einen Aktor (17) aktiv verformbaren Abschnitt (13) umfassen.

3. Linearlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (17) ein elektroaktives Polymer oder ein piezoelektrisches Aktorelement ist.

4. Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin mindestens einen Sensor umfasst, welcher den Ein- lauf der Wälzkörper (04) in den mit dem Aktor (17) ausgerüsteten Umlenker (12) erfasst, wobei das Sensorsignal zur Steuerung des Aktors (17) dient.

5. Linearlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Drucksensor oder ein Positionssensor ist.

6. Linearlager nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass Sensor und Aktor (17) in einem einzigen piezokeramischen Element o- der in einem einzigen elektroaktiven Polymer realisiert sind.

7. Linearlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der verformbare Abschnitt des Umlenkers (12) als Zunge (13) gestaltet ist, an welcher der Aktor (17) befestigt ist.

8. Linearlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunge (13) durch Betätigung des angebrachten Aktors (17) um einen vorbestimmten Weg in Richtung des angrenzenden lasttragenden Laufabschnitts (07) auslenkbar ist.

9. Linearalager nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (17) und die Zunge (13) einstückig ausgebildet sind.

10. Umlenker (12) für eine Linearlager mit einem Umlenkkanal (14) zum Führen von Wälzkörpern (04) zwischen einem Laufabschnitt (07) und einem Rücklaufabschnitt (11) des Linearlagers, dadurch gekennzeichnet, dass er einen durch einen Aktor (17) aktiv verformbaren Abschnitt (13) umfasst.

Description:

Linearlager mit umlaufenden Wälzkörpern und Umlenker für ein solches Linearlager

Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Linearlager mit umlaufenden Wälzkörpern. Solche Linearlager besitzen einen geraden lasttragenden Laufabschnitt und einen parallel dazu angeordneten lastlosen Rücklaufabschnitt für die Wälzkörper. Laufabschnitt und Rücklaufabschnitt sind durch Umlenker miteinander verbunden. Insbesondere betrifft die Erfindung Linearlager (auch Umlaufkörper genannt) bzw. Umlaufeinheiten für Linearführungen mit unbegrenztem Hub bzw. Verfahrweg, wie sie beispielsweise in den häufig verwendeten Profil- schienenwälzfϋhrung mit einem Laufschlitten Anwendung finden. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Umlenker für solche Linearlager.

Linearlager mit umlaufenden Wälzkörpern werden in verschiedensten Line- arführungseinheiten für die Realisierung großer Verfahrwege verwendet. Da die Wälzkörper hier in einer endlosen Schleife laufen, wird der Verfahrweg nur durch die Länge der Schiene begrenzt. Als Wälzkörper kommen je nach Ausführungsform Kugeln oder Rollen zum Einsatz.

Die lasttragenden Teile solcher Linearlager sind meist aus einem Wälzstahl gefertigt, die Umlenker und der Rücklaufabschnitt je nach Belastung und Typ häufig auch aus Kunststoff oder Aluminium. Die Wälzkörper, die Umlenker und die Lauf- und Rücklaufbahn erfahren beim Einlauf der Wälzkörper in den Umlenker jeweils große Belastungen, welche sich in der Lebensdauer, Tragfähigkeit und Geräuschentwicklung des Linearlagers niederschlagen. In konventionellen vollkugeligen Linearlagern werden einerseits die Wälzkörper unter voller Last von dem Laufabschnitt in den Umlenker heruntergerissen, anderseits vom Umlenker in den Rücklaufabschnitt geworfen. Dabei verformt sich der Umlenker unter der durch die Wälzkörper aufgebrachten Kraft. Aufgrund der passiven Verformung schwingt der Umlenker nach der Verformung dynamisch um seine Ausgangslage. Beim Einlauf des nächsten Wälzkörpers kann es somit zu ungünstigen Situationen kommen, in denen der Wälzkörper nicht ideal abgebremst oder beschleunigt wird. Dies erhöht insbesondere den Verschleiß der Umlenker.

Aus dem Stand der Technik sind viele Bemühungen bekannt, die Laufeigenschaften der Wälzkörper solcher Linearlager zu verbessern und die Lebensdauer zu erhöhen. Dazu zählen auch viele Versuche, insbesondere die Ein- laufgeometrie der Umlenkkörper zu optimieren.

Die DE 30 23 978 C2 beschreibt ein Linearlager mit Laufstäben im lasttragenden Abschnitt, bei welchem bei einfacher Herstellung ein gleichmäßiger und ruhiger Wälzkörperumlauf erreicht wird. Der gesamte Rücklaufkanal wird aus zwei formschlüssig zusammengefügten Rückführschalen zusammengesetzt. Dadurch erfolgt nur eine zweimalige Unterbrechung des Umlaufkanals jeweils an den Enden des tragenden Laufbahnabschnittes. Der Rücklaufkanal selbst verläuft stoßfrei.

Beispielsweise aus der EP 0 846 880 B1 ist es bekannt, in Linearlagern Wälzkörperketten zu verwenden. Um den kritischen Bereich der Umlenkung der Wälzkörper und in diesem das Zusammenstoßen der Kugeln sowie ex-

treme Lastwechsel zu verhindern, werden die Wälzkörper durch eine Kette verbunden und dadurch kontrolliert und getrennt voneinander durch den Umlauf geführt. Dadurch wird insbesondere der Geräuschpegel gesenkt und eine höhere mögliche Laufgeschwindigkeit in der Führung erreicht.

Geschlossene Wälzkörperketten sind besser geeignet, die extremen Lastwechsel zumindest etwas auszugleichen. Problematisch sind nach wie vor die extremen Lastwechsel auf die Wälzkörper beim übergang vom Laufabschnitt in den Rücklaufkanal und umgekehrt, da die Wälzkörper im Rücklauf- kanal normalkraftfrei laufen. Beim Einlaufen in den Laufabschnitt wird somit schlagartig die aus der Führungslast resultierende Wälzkörpernormalkraft wirksam, während sie beim Einlaufen in den Umlenker schlagartig wegfällt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die extremen Lastwechsel beim übergang der Wälzkörper vom Laufabschnitt in den Rücklaufkanal und beim Wiedereinlenken in den Laufabschnitt zu verringern und dadurch insbesondere den Verschleiß und den Geräuschpegel in Linearlagern zu verringern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Linearlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wird in einem gattungsgemäßen Linearlager ein Umlenker vorgeschlagen, der mit einem aktiv verformbaren Abschnitt versehen ist, wobei ein Aktor zur Verformung vorgesehen ist.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, dass eine aktive Unterstützung der Beschleunigungs- und Bremsvorgänge im Linearlager durch den Umlenker erfolgt.

Vorzugsweise wird am Umlenker ein Aktor vorgesehen, der eine biegsame Zunge als verformbaren Abschnitt besitzt. Beim Abheben des Wälzkörpers von der Laufbahn fängt der Aktor diesen durch Zurückweichen der Zunge weicher ab.

Ebenso ist es möglich, den Wälzkörper unter Einwirkung des Aktors aktiv auf die Laufbahn aufzuwerfen, d. h. einen den Wälzkörper mit einem Impuls der biegsamen Zunge zu beaufschlagen, um den übergang in die Lastzone weicher und somit materialschonender zu gestalten. Konstruktiv können am Umlenker zwei getrennte Aktoren eingesetzt werden, von denen einer am Einlauf und einer am Auslauf des Umlenkers wirksam wird.

Der Aktor ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein piezoelektrisches Aktorelement. Hierfür kommt insbesondere ein Bimorph-Aktuator (Biegeele- ment) in Betracht. Ein Bimorph ist aus zwei dünnen Platten eines piezoelektrischen Materials (Querdehnelemente) zusammengesetzt, dazwischen ist eine Metallschicht als Zentralelektrode angeordnet. Wird nun eine Spannung jeweils zwischen Zentralelektrode und Außenelektrode angelegt, so wird aufgrund der umgekehrten Polarisierung eine Platte länger, während sich sie andere verkürzt. Dadurch wird eine Biegeauslenkung hervorgerufen.

Biegewandler stehen in verschiedenen Ausführungen (auch monomorph und multimorph) zur Verfügung und können je nach Anwendungsfall durch den Fachmann dimensioniert und ausgewählt werden. Der Aktor kann ebenso durch ein elektroaktives Polymer gebildet sein.

Um den richtigen Zeitpunkt für die benötigte Verformung zu bestimmen, um- fasst das Linearlager vorzugsweise weiterhin mindestens einen Sensor, welcher beispielsweise im Rücklaufabschnitt und/oder im Laufabschnitt kurz vor dem Einlauf des Wälzkörpers im Umlenker angeordnet ist und ein Signal zur Verformung des Aktors liefert.

Der korrekte Zeitpunkt zur Aktivierung des Aktors kann aber beispielsweise auch aus der Ermittlung der Laufgeschwindigkeit der Wälzkörper unter Be- rücksichtigung der Parameter des Linearlagers bestimmt werden.

Alternativ kann der Aktor selbst als Sensor verwendet werden, indem eine durch den Wälzkörpereinlauf verursachte beginnende Verformung detektiert wird und somit der Aktor zeitrichtig angesteuert werden kann.

Die Ansteuerung des Aktors ist in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform so gestaltet, dass die Zunge des Umlenkers so schnell wieder beruhigt wird, dass die auftretende und normalerweise länger anhaltende Schwingung bis zum Kontakt mit dem nächsten Wälzkörper bereits wieder abgeklungen ist. Dazu kann der Aktor nach dem Wälzkörper-Kontakt die Zunge versteifen oder aktiv eine Gegenschwingung zur Beruhigung erzeugen. Hierfür ist eine geeignete Ansteuerschaltung vorzusehen.

Eine weitere abgewandelte Ausführungsform der Erfindung schlägt eine autarke Lösung vor, bei der die vom Wälzkörper an den Umlenker abgegebene Energie zur Aktivierung des Umlenkers am anderen Ende des Laufabschnittes verwendet wird, ohne dass eine externe Energieversorgung notwendig ist. Dabei wird am Einlauf der Wälzkörper in den ersten Umlenker ein Generatorelement angeordnet, welches durch Verformung Energie erzeugt, die zur phasenrichtigen Ansteuerung des Aktors am gegenüberliegenden Um- lenker beim Abheben der Wälzkörper vom Laufabschnitt genutzt wird.

Um diese Funktion für beide Bewegungsrichtungen des Linearlagers sicherzustellen, ist an jeder Seite bzw. an jedem Umlenker ein Generatorelement und ein Aktor vorzusehen. Alternativ dazu können hier piezoelektrische Ke- ramikbauteile oder elektroaktive Polymere verwendet werden, welche als Generator und Aktor fungieren können. Piezoelektrische Keramikbauelemente sind elektromechanische Wandlerkomponenten. Diese sind in der Lage, mechanische Kräfte wie Druck, Dehnung oder Beschleunigung in eine elektrische Spannung bzw. Ladungen umzuwandeln und eine elektrische Spannung in mechanische Bewegung oder Schwingungen umzuwandeln.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 : eine Profilschienen-Wälzführung mit umlaufenden Wälzkörpern gemäß dem Stand der Technik;

Fig. 2: drei Ansichten eines erfindungsgemäßen Umlenkers in schema- tischer Darstellung;

Fig. 3: ein Detail eines Linearlagers in einer schematischen Schnittdarstellung an einem ersten Umlenker;

Fig. 4: einen zweiten Umlenker am Linearlager gemäß Fig. 3 in einer schematischen Schnittdarstellung.

Fig. 1 zeigt eine aus dem Stand der Technik bekannte Profilschienen- Wälzführung in einer teilweise geschnittenen Darstellung. Ein Laufschlitten 01 wird an einer sich gerade erstreckenden Profilschiene 02 geführt. Im Laufschlitten 01 sind vier Linearlager 03 mit umlaufenden Wälzkörpern 04 derart angeordnet, dass bei einer Bewegung des Laufschlittens 01 die Wälzkörper 04 entlang von Laufbahnen 06, die in der Profilschiene 01 eingearbeitet sind, abrollen.

Das Linearlager 03 umfasst einen lasttragenden Laufabschnitt 07 und einen Rollenumlaufkanal, der sich aus einem ersten Umlenker 08, einem zweiten Umlenker 09 (im nicht geschnittenen Bereich der Darstellung) und einem lastlosen Rücklaufabschnitt 11 zusammensetzt.

Die die Lebensdauer einer Linearlagers und die Geräuschentwicklung besonders beeinflussenden bereits erläuterten Lastwechsel treten beim übergang der Wälzkörper 04 vom Laufabschnitt 07 in den ersten Umlenker 08 und beim übergang vom zweiten Umlenker 09 in den Laufabschnitt 07 auf.

In Fig. 2 ist ein Umlenker 12 eines erfindungsgemäßen Linearlagers dargestellt, welcher erfindungsgemäß die ersten und zweiten Umlenker im Linearlager 03 ersetzt. Dabei zeigt Abb. a) eine schematische Seitenansicht und Abb. b) und c) eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Umlenkers 12.

Der in Abb. a) der Fig. 2 gezeigte erfindungsgemäße Umlenker 12 umfasst eine Zunge 13 und einen Umlenkkanal 14, durch welchen die Wälzkörper 04 dem Rücklaufabschnitt 11 bzw. dem Laufabschnitt 07 zugeführt werden. Vorzugsweise weist der Umlenker 12 eine Schmieröffnung 16, auf, durch welche dem Linearlager ein Schmiermittel zugeführt werden kann. Bei schmiermittelfreien Lagern kann diese öffnung selbstverständlich entfallen.

In Abb. b) ist in der Schnittdarstellung ein Aktor 17 dargestellt, der in die Zunge 13 integriert bzw. außerhalb des Umlenkkanals 14 an dieser angebracht ist. Der Aktor 17 ist vorzugsweise ein piezoelektrischer Aktor (Bi- morph). Es liegt aber ebenso im Rahmen der Erfindung, die Zunge 13 zumindest abschnittsweise aus einem elektroaktiven Polymer zu fertigen. Der Aktor 17 ist in der Lage, bei entsprechender Ansteuerung eine Bewegung 18 der Zunge 13 zu bewirken, wie sie durch den Bewegungspfeil 18 und die gestrichelten Linien angedeutet ist. Die Bewegung der Zunge 13 erfolgt im wesentlichen in Richtung des angrenzenden Laufabschnitts 07, so dass die Zunge 13 einem in den Umlenker einlaufenden Wälzkörper um einen vorbestimmten Betrag ausweichen oder einem aus dem Umlenker auslaufenden Wälzköper nachfolgen kann.

Fig. 3 zeigt ein Detail eines erfindungsgemäßen Linearlagers beim Auslauf der Wälzkörper aus dem Laufabschnitt in den Umlenker. Das Linearlager ist an einem nicht dargestellten Laufschlitten befestigt, welcher in Richtung des Bewegungspfeiles 19 entlang der Profilschiene 02 bewegt wird.

Die Wälzkörper 04 rollen zwischen dem Laufabschnitt 07 des Linearlagers und der Laufbahn 06 der Profilschiene 02 auf den Umlenker 12 zu und werden von der Zunge 13 von der Laufbahn 07 abgehoben. In diesem Moment bringt der Aktor 17 aktiv eine Verformung 21 auf, um den Wälzkörper 04 effizienter abzufangen, dessen Bewegung also um einen vorbestimmten Betrag nachzugeben. Anschließend wird der Wälzkörper durch den Umlenkkanal 14 in den Rücklaufabschnitt 11 umgelenkt.

In Fig. 4 ist in einer schematischen Schnittdarstellung der Einlauf der Wälz- körper 04 aus dem Rücklaufabschnitt 11 in den Laufabschnitt 07 dargestellt. Der Laufschlitten bewegt sich ebenfalls in Richtung des Bewegungspfeiles 19. In dieser Fig. ist dargestellt, wie der Einlauf der Wälzkörper 04 mit einem erfindungsgemäßen Linearlager optimiert werden kann.

Der Wälzkörper 04 wird aus dem Rücklaufabschnitt 11 durch den Umlenkkanal 14 zwischen den Laufabschnitt 07 des Linearlagers und die Laufbahn 06 der Profilschiene 02 umgelenkt und dabei durch eine Verformung 22 der Zunge 13 in Richtung zum Laufabschnitt 07 durch den Aktor 14 bei der nötigen Beschleunigung unterstützt.

Bezugszeichenliste

01 - Laufschlitten

02- Profilschiene

03- Linearlager

04- Wälzkörper

05- -

06- Laufbahn

07- Laufabschnitt

08- Umlenker, erster

09- Umlenker, zweiter

10- -

11 - Rücklaufabschnitt

12- Umlenker

13- Zunge

14- Umlenkkanal

15- -

16- Schmieröffnung

17- Aktor

18- Bewegungspfeil

19- Bewegungspfei)

20- -

21 - Verformung