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Dokumentenidentifikation DE102004027815A1 12.01.2006
Titel Verfahren zum Herstellen eines Schiebers für Linearführung und dieser Schieber
Anmelder Hiwin Technologies Corp., Taichung, TW
Erfinder Hsu, Slady, Taichung, TW;
Kuo, Chang-Hsin, Taichung, TW
Vertreter Viering, Jentschura & Partner, 80538 München
DE-Anmeldedatum 08.06.2004
DE-Aktenzeichen 102004027815
Offenlegungstag 12.01.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.01.2006
IPC-Hauptklasse F16C 29/06(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse B23P 13/00(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schiebers für eine Linearführung und diesen Schieber selbst, insbesondere einen Schieber für eine Linearkugelführung oder Linearrollenführung, der durch Spritzgießen aus einem Metallpulver hergestellt ist, das zwei Korngrößen aufweist, wobei die kleineren Metallpartikeln in den Zwischenräumen der größeren Metallpartikeln eingefügt werden können, wodurch der Schieber nach dem Formen bereits Rollbahnen, Rücklaufbohrungen, Schraubenlöcher, Schlitze und Nuten enthält und die an diese angrenzenden Bereiche eine gute Härte, Präzision und Formänderungsfestigkeit haben.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Schiebers für eine Linearführung und diesen Schieber selbst, insbesondere einen Schieber für eine Linearkugelführung oder Linearrollenführung, der durch Spritzgießen aus einem Metallpulver hergestellt ist, das zwei Korngrößen aufweist, wobei die kleineren Metallpartikeln in den Zwischenräumen der größeren Metallpartikeln gefüllt werden können, wodurch der Schieber nach dem Formen bereits Rollbahnen, Rücklaufbohrungen, Schraubenlöcher, Schlitze und Nuten enthält, und die an diese angrenzenden Bereiche eine gute Härte, Präzision und Formänderungsfestigkeit haben.

Die Linearführung ist ein wichtiges Maschinenteil und findet eine breite Anwendung bei Präzisionsmaschinen, im Bereich der Automatisierung, der Halbleiter, der Medizin, der Luftfahrt usw. Bei der Linearführung werden Kugeln oder Rollen verwendet, um den Reibungswiderstand und somit die Temperatur der Kontaktfläche zu reduzieren, damit sich der Schieber reibungslos verschieben kann. Die Linearführung mit Kugeln wird als Linearkugelführung und die Linearführung mit Rollen wird als Linearrollenführung bezeichnet. Der Schieber sowohl für die Linearkugelführung als auch für die Linearrollenführung hat einen komplizierten Aufbau und somit höhere Bearbeitungskosten.

In 1 ist eine herkömmliche Linearkugelführung 30 (amerikanisches Patent 6042269 oder 6085420) gezeigt, bei der der Schieber 31 eine Aufnahmeausnehmung 315 für eine Schiene 34 aufweist. Um die Rollkörper (Kugeln 351) aufzunehmen, ist der Schieber 34 mit Laufbahnen 311 versehen, deren Oberfläche eine sehr hohe Härte aufweist (üblicherweise über HRC 58), um die Anforderung an die Reibfestigkeit zu erfüllen. Das Material des angrenzenden Bereiches muss auch eine geeignete Formänderungsfestigkeit aufweisen, um eine Zerstörung durch Ermüdung zu vermeiden. Um einen Umlauf der Rollkörper (Kugeln 351) zu ermöglichen, sind durchgehende Rücklaufbohrungen 312 vorgesehen, die sich von einem Ende des Schiebers bis zum anderen Ende erstrecken und einen Durchmesser haben, der größer ist als der der Rollkörper (Kugeln 351), damit sie durch die Rücklaufbohrungen 312 laufen können. Da sich die aus 1 ersichtlichen Rücklaufbohrungen 312 schwer bearbeiten lassen, werden in dem Schieber 31 Rundbohrungen 317 herausgearbeitet, in die jeweils ein Einsatz 316 mit einer Rücklaufbohrung 312 und zwei gegenüberliegenden Schlitzen 313 aus Kunststoff geschoben werden. Die Schlitze 313 dienen zur Aufnahme des oberen und unteren Randes 352, 353 der Kette 35 der Rollkörper, damit die Rollkörper (Kugeln 351) mit der Kette 35 durch die Rücklaufbohrung 312 laufen können. Diese Bearbeitungsweise ist kompliziert. Zudem ist die Festigkeit des Kunststoffs viel niedriger als die des Metallmaterials. Dies führt zu einer Reduzierung der Festigkeit des Schiebers 31. Ferner sind die beiden Endflächen des Schiebers 31 jeweils mit Schraubenlöchern 314 versehen, um jeweils eine Abdeckung (nicht dargestellt) zu befestigen. Diese Schraubenlöcher 314 müssen von den Rücklaufbohrungen 312 einen geeigneten Abstand haben und erschweren somit die Bearbeitung des Schiebers 31, so dass die Ausschussquote des Schiebers 31 erhöht wird.

In 2 ist eine herkömmliche Linearrollenführung 20 (amerikanisches Patent 6109789 oder 6390678) gezeigt, bei der der Schieber 21 eine Aufnahmeausnehmung 215 für eine Schiene 24 aufweist. Um die Rollkörper (Rollen 251) aufzunehmen, ist der Schieber 24 mit Laufbahnen 211 versehen. Um einen Umlauf der Rollkörper (Rollen 251) zu ermöglichen, sind durchgehende Rücklaufbohrungen 212 vorgesehen, die entsprechend den Rollen 251 einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und im Vergleich mit den runden Rücklaufbohrungen noch schwieriger zu bearbeiten sind. Wie in 2 dargestellt, werden in dem Schieber 21 Rundbohrungen 217 herausgearbeitet, in die jeweils ein Einsatz 216 mit einer rechteckigen Rücklaufbohrung 212 und einem Schlitz 213 aus Kunststoff geschoben werden. Der Schlitz 213 dient zur Aufnahme des Randes 252 der Kette 25 der Rollkörper, damit die Rollkörper (Rollen 251) mit der Kette 25 durch die Rücklaufbohrung 212 laufen können. Die Laufbahnen 211 besitzen auch jeweils eine Nut 218 für den Rand 252 der Kette 25. Diese Bearbeitungsweise ist kompliziert. Zudem ist die Festigkeit des Kunststoffs viel niedriger als die des Metallmaterials. Dies führt zu einer Reduzierung der Festigkeit des Schiebers 21. Ferner sind die beiden Endflächen des Schiebers 31 jeweils mit Schraubenlöchern 214 versehen, um jeweils eine Abdeckung (nicht dargestellt) zu befestigen. Diese Schraubenlöcher 214 müssen von den Rücklaufbohrungen 212 einen geeigneten Abstand haben und erschweren somit die Bearbeitung des Schiebers 21.

Der Schieber für eine Linearführung wird herkömmlicherweise wie folgt geformt:

  • 1. Gießen: Da die Präzision des Formwerkzeugs und die Erstarrung des Metalls schwer zu kontrollieren sind, ist die Abmessungsgenauigkeit des Produktes gering, so dass eine aufwendige Bearbeitung erforderlich ist.
  • 2. Pulvermetallurgie: Die Abmessungsgenauigkeit ist zwar höher, aber das Produkt weist eine höhere Sprödigkeit auf, so dass das Lochstanzen erschwert ist.

Daher zielt die Erfindung darauf ab, das obengenannte Herstellungs- und Bearbeitungsverfahren des Schiebers zu verbessern.

Aus diesem Grund hat der Erfinder nach langem Studium, zahlreichen Versuchen und unentwegten Verbesserungen die vorliegende Erfindung entwickelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Schiebers für eine Linearführung zu schaffen, das leicht durchzuführen ist, wobei darüber hinaus auch die Herstellungskosten reduziert werden können.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Schiebers für eine Linearführung zu schaffen, durch das die an die Rollbahnen, die Rücklaufbohrungen, die Schlitze und die Nuten angrenzenden Bereiche des Schiebers eine gute Härte, Präzision und Formänderungsfestigkeit aufweisen.

Diese Aufgaben werden durch das erfindungsgemäße Verfahren gelöst, indem der Schieber aus einem Metallpulver durch Spritzgießen hergestellt ist und nach dem Formen bereits Rollbahnen und Rücklaufbohrungen aufweist, wobei die an diese angrenzenden Bereiche eine gute Härte, Präzision und Formänderungsfestigkeit haben. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Metallpulver, das zwei Korngrößen aufweist, mit einem Bindungsmittel gemischt. Das Gemisch wird spritzgegossen, wodurch ein Schieber-Rohling erzeugt wird, der dann erhitzt wird, um das Bindungsmittel zu entfernen. Danach wird der Schieber-Rohling gesintert, damit zwischen den Metallpartikeln eine Wiederkristallisation erfolgt, um die Dichtigkeit zu erhöhen. Die beiden Korngrößen des Metallpulvers haben vorzugsweise ein Verhältnis von 1:0.225 und das Gewicht des Metallpulvers kleinerer Korngröße hat einen Anteil von 1 % an dem Gesamtgewicht. Das Metallpulver kleinerer Korngröße ist durch Luftzerstäubung hergestellt und besitzt eine Kugelform.

1 zeigt eine Explosionsdarstellung des herkömmlichen Schiebers für eine Linearkugelführung,

2 zeigt eine Explosionsdarstellung des herkömmlichen Schiebers für eine Linearrollenführung,

3 zeigt eine hexagonal dichteste Kugelpackung der Kristallstruktur.

4 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A gemäß 3,

5 zeigt eine Kristallstruktur der Erfindung,

6 zeigt eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Schiebers für eine Linearkugelführung,

7 zeigt eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Schiebers für eine Linearrollenführung.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese Zeichnungen dienen nur zur Darstellung der Erfindung und haben keine beschränkende Bedeutung für die Erfindung. Der erfindungsgemäße Schieber, der für eine Linearkugelführung verwendet wird, weist Rollbahnen, Rücklaufbohrungen, Schlitze und Schraubenlöcher auf. Die Herstellung dieses Schiebers enthält folgende Schritte:

  • 1. Zunächst wird ein Metallpulver und ein Bindungsmittel miteinander gemischt, wodurch ein Gemisch erhalten wird. Das Metallpulver weist mindestens zwei Korngrößen und mindestens eine Kugelform auf. Das kugelförmige Metallpulver wird in den Zwischenräumen des anderen Metallpulvers gefüllt. Das Metallpulver größerer Korngröße ist um drei- bis sechsfach größer als das Metallpulver kleinerer Korngröße. Das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der beiden Metallpulver ist vorzugsweise 1:0.225. Das Gewicht des Metallpulvers kleinerer Korngröße hat idealerweise einen Anteil von ca. 1% an dem Gesamtgewicht (0.2253 = 0.011). Das Metallpulver kleinerer Korngröße wird durch Luftzerstäubung hergestellt und hat im wesentlichen eine Kugelform. Je kleiner die Korngröße ist, desto höher ist der Preis. Der Gehalt an feinem, kugelförmigem Metallpulver soll vorzugsweise 3% nicht überschreiten. Das Metallpulver größerer Korngröße wird durch Wasserzerstäubung hergestellt und hat eine unregelmäßige Form. Durch die Verwendung des Metallpulvers größerer Korngröße werden die Materialkosten reduziert.
  • 2. Das dadurch erhaltene Gemisch wird durch Verwendung eines Formwerkzeugs spritzgegossen, wodurch ein Schieber-Rohling erzeugt wird, der bereits die Rollbahnen, die Rücklaufbohrungen, die Schraubenlöcher, die Schlitze und die Nuten enthalten kann, wobei die Rücklaufbohrungen einen runden oder rechteckigen Querschnitt besitzen.
  • 3. Der Schieber-Rohling wird bis über die Vergasung- oder Verflüssigungstemperatur des Bindungsmittels erhitzt, um das Bindungsmittel von dem Schieber-Rohling zu entfernen.
  • 4. Der Schieber-Rohling wird gesintert, damit zwischen den Metallpartikeln eine Wiederkristallisation erfolgt, um die Dichtigkeit zu erhöhen.

Die dadurch erhaltenen Schieber 51 und 61, die aus den 6 und 7 ersichtlich sind, weisen Rollbahnen (511, 611), Rücklaufbohrungen (512, 612), Schraubenlöcher (514, 614), Schlitze (513, 613) und Nuten (618) auf. Da das Metallpulver in dem Prozess nicht vollständig verflüssigt und dann erstarrt wird, kann der Schieber eine hohe Abmessungsgenauigkeit und eine hohe Dichte erreichen. 5 zeigt die Kristallstruktur der Erfindung, die dichter ist als die herkömmliche Kristallstruktur in den 3 und 4, die eine hexagonal dichteste Kugelpackung zeigen und in der die Kugeln (41, 42, 43) ein Dreieck bilden, auf dem eine Kugel (44) in der Mitte liegt. Durch Kalkulation der Geometrie wird ermittelt, dass die Kristallstruktur der herkömmlichen Lösung nur eine Dichte von 74% der Kugeldichte hat, obwohl die Metallpartikeln beim Spritzgießen erweicht, verformt und kristallisiert und kleinere Partikeln zwischen den größeren Partikeln gefüllt werden können. Die Verwendung von kleineren Metallpartikeln dient zur Erhöhung der Materialdichte. In der Praxis wird festgestellt, dass die Dichte nur 74% beträgt. Eine Dichte von 98% lässt sich nicht erreichen, egal wie klein die Korngröße ist. Für die meisten Maschinenteile ist eine Dichte unter 98% ausreichend. Dies gilt aber nicht für eine Linearführung, da ihre Rollbahnen punktartige Belastung übernehmen müssen. Eine niedrige Dichte führt zu einer geringeren Ermüdungsfestigkeit. Daher ist die Festigkeit der herkömmlichen Kristallstruktur nicht ausreichend, diese punktartige Belastung auszuhalten.

4 zeigt eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A durch die Kugeln 42, 44 und den Schnittpunkt der Kugeln 41, 43 gemäß 3. Bei der Erfindung wird zwischen den vier Kugeln 41, 42, 43, 44 eine kleinere Kugel 45 eingeschoben, die sich mit diesen vier Kugeln schneidet (5). Durch Kalkulation der Geometrie wird ermittelt, dass der Durchmesser der kleineren Kugel 45 einem Faktor 0.225 des Durchmessers der vier Kugeln hat. Im Vergleich mit der Kristallstruktur in 3 steigt die Dichte in 5 um 2.5%. Dadurch kann das erfindungsgemäße Produkt eine Materialdichte von über 98% haben.

Nachfolgend werden die Vorteile der Erfindung zusammengestellt:

  • 1. Die Abmessungsgenauigkeit ist höher, weil beim Spritzgießen das Metallpulver nicht vollständig verflüssigt und dann erstarrt wird.
  • 2. Die Präzision der Rollbahnen, der Rücklaufbohrungen, der Schraubenlöcher, der Schlitze und der Nuten ist höher, wodurch eine Bearbeitung nicht erforderlich ist, so dass die Herstellungskosten reduziert werden.
  • 3. Die Kristallstruktur hat eine hohe Dichte, weil das Metallpulver, das zwei Körngrößen aufweist, die ein Verhältnis von 1:0.225 haben, nach Spritzgießen gesintert werden, wodurch die an die Rollbahnen, die Rücklaufbohrungen, die Schlitze und die Nuten angrenzenden Bereiche eine hohe Formänderungsfestigkeit aufweisen.
  • 4. Die Einsätze mit Rücklaufbohrung aus Kunststoff sind nicht erforderlich, wodurch eine Schwächung der Festigkeit vermieden wird.

Aufgrund der obengenannten Tatsachen entspricht die Erfindung in ihrer Verfügbarkeit, Fortschrittlichkeit und Neuheit vollauf den Anforderungen für ein Patent.

20Linearrollenführung 21Schieber 211Rollbahn 212Rücklaufbohrung 213Schlitz 214Schraubenloch 215Aufnahmeausnehmung 216Einsatz 217Rundbohrung 218Nut 24Schiene 25Kette 251Rolle 252Rand 30Linearkugelführung 31Schieber 311Rollbahn 312Rücklaufbohrung 313Schlitz 314Schraubenloch 315Aufnahmeausnehmung 34Schiene 35Kette 351Kugel 352oberes Rand 353unteres Rand 41, 42, 43, 44, 45Kristallkugel 51, 61Schieber 511, 611Rollbahn 512, 612Rücklaufbohrung 513, 613Schlitz 514, 614Schraubenloch 618Nut

Anspruch[de]
  1. Schieber für eine Linearführung, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (51, 61) mindestens Rollbahnen (511, 611) und Rücklaufbohrungen (512, 612) aufweist und durch Spritzgießen hergestellt ist.
  2. Schieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufbohrungen (612) einen rechteckigen Querschnitt besitzen.
  3. Schieber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücklaufbohrungen (512, 612) mit Schlitzen (513, 613) versehen sind, die sich über die gesamte Länge der Rücklaufbohrungen (512, 612) erstrecken.
  4. Schieber nach Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollbahnen (611) jeweils mit einer Nut (618) versehen sind.
  5. Schieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver zum Spritzgießen zwei Korngrößen aufweist.
  6. Schieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das größere Metallpulver einen Nominaldurchmesser hat, der um drei- bis sechsfach größer ist als der des kleineren Metallpulvers.
  7. Schieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des Metallpulvers kleinerer Korngröße einen Anteil von unter 3% an dem Gesamtgewicht hat.
  8. Schieber nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver kleinerer Korngröße eine Kugelform aufweist.
  9. Schieber nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver größerer Korngröße eine unregelmäßige Form aufweist und durch Wasserzerstäubung hergestellt ist.
  10. Schieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Endflächen des Schiebers (51, 61) jeweils mit Schraubenlöchern (514, 614) versehen sind.
  11. Schieber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Schiebers (51, 61) größer ist als 98% der Dichte des Rohmaterials.
  12. Verfahren zum Herstellen eines Schiebers für Linearführung, das folgende Schritte enthält:

    ein Metallpulver und ein Bindungsmittel werden gemischt;

    das Gemisch von dem Metallpulver und dem Bindungsmittel wird spritzgegossen, wodurch ein Schieber-Rohling erzeugt wird, der bereits die Rücklaufbohrungen enthält;

    der Schieber-Rohling wird bis über die Vergasung- oder Verflüssigungstemperatur des Bindungsmittels erhitzt, um das Bindungsmittel von dem Schieber-Rohling zu entfernen;

    der Schieber-Rohling wird gesintert, damit zwischen den Metallpartikeln eine Wiederkristallisation erfolgt, um die Dichtigkeit zu erhöhen.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver zwei Korngrößen aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das größere Metallpulver einen Nominaldurchmesser hat, der um drei- bis sechsfach größer ist als der des kleineren Metallpulvers.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des Metallpulvers kleinerer Korngröße einen Anteil von unter 3% an dem Gesamtgewicht hat.
  16. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver kleinerer Korngröße eine Kugelform aufweist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallpulver größerer Korngröße eine unregelmäßige Form aufweist und durch Wasserzerstäubung hergestellt ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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