DE10059692B4

DE10059692B4 - Lagerblock mit Maßausgleich

Info

Publication number: DE10059692B4
Application number: DE10059692A
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl.-Ing. Albert (FH)
Original assignee: Bosch Rexroth Mechatronics GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2000-12-01
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2020-12-02
Also published as: DE10059692A1

Abstract

Lagerblock für die Lagerung eines zu führenden Bauelements (160) an einem auf einer Führungsbahnanordnung längs einer Führungsrichtung (F) beweglich geführten Führungselement (170) in einer Führungseinrichtung, mit mindestens einem sich in Richtung vom Führungselement zum Bauelement zwischen diesen beiden Elementen erstreckenden, mit beiden Elementen verbundenen Steg (12) sowie mindestens einem von dem Steg (12) ausgehenden Biege-Trägerarm (14, 16, 18, 20), welcher im Bereich seines freien Armendes (28) eine Befestigungsfläche (30, 38) zur Befestigung eines ersten der beiden Elemente: Führungselement (170) und Bauelement (160) aufweist, wobei eine diesem ersten Element zugewandte Endfläche (34, 36) des Stegs (12) im ungebogenen Zustand des Trägerarms (14, 16, 18, 20) Freiraum zu dem am Lagerblock befestigten ersten Element aufweist und das erste Element zur Kompensation von Maßzustandsänderungen innerhalb der Führungseinrichtung durch Biegen des Trägerarms (14, 16, 18, 20) realtiv zum Steg (12) an diese Endfläche (34, 36) des Stegs (12) annäherbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lagerblock gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 zur Lagerung eines zu führenden Bauelements auf einem Führungselement, welches auf einer Führungsbahnanordnung längs einer Führungsrichtung geführt ist.

Es ist beispielsweise aus der EP 0 481 470 A1 ein elastischer Lagerblock mit drei zueinander parallelen Platten bekannt, von denen jeweils zwei benachbarte Platten durch einen Steg miteinander verbunden sind. Dabei verläuft der Steg zwischen der ersten und zweiten Platte in etwa orthogonal zu dem Steg zwischen der zweiten und der dritten Platte. Eine der beiden äußeren Platten, d.h. die erste oder die dritte Platte, ist dabei mit einem der Elemente: Bauelement und Führungselement, verbunden, die andere außenliegende Platte ist dementsprechend mit dem jeweils anderen Element verbunden. Die beiden Stege dienen dabei als Biegeelemente und gestatten so eine Verdrehung benachbarter Platten zueinander um die Längsachsen der die jeweiligen Platten verbindenden Stege, wodurch eine Kompensation von Fehleinstellungen mehrerer Führungsbahnen einer Linearführung erreicht wird. Nachteilig an dem bekannten Lagerblock ist, dass er Maßfehler, die das Abstandsmaß zwischen Bauelement und Führungsbahnanordnung betreffen, wie sie etwa durch eine thermisch bedingte Ausdehnung eines der Elemente oder des Lagerblocks selbst hervorgerufen werden, nicht auszugleichen vermag. Derartige Maßfehler können jedoch auch mechanischen Ursprungs sein und beispielsweise beim Einfahren des Systems, bestehend aus Bauelement, Führungselement und Lagerblock, entstehen. Ein Maßfehler im Abstandsmaß zwischen Bauelement und Führungsbahnanordnung ist besonders ungünstig, da dieser besonders zu Verspannungen in der Führung und somit zu einer Funktionsuntüchtigkeit des gesamten Systems führen kann.

In der GB 1,076,227 ist ein gattungsgemäßer elastischer Lagerblock offenbart, der zwischen einem Tisch und einem an einer Führungsbahnanordnung beweglich geführten Läufer eingebaut ist. Der Lagerblock besitzt einen Querschnitt annähernd in der Form eines auf der Seite liegenden H, so dass sich der Mittelsteg des H in Richtung vom Läufer zum Tisch erstreckt. Die dem Tisch benachbarten H-Schenkel weisen an ihren freien Schenkelenden zum Tisch hin ragende Vorsprünge auf, auf denen der Tisch aufliegt und an denen er befestigt ist. Durch die Vorsprünge entsteht ein Freiraum zwischen dem Tisch und dem H-Mittelsteg, der durch Biegung der dem Tisch benachbarten H-Schenkel einen Ausgleich von Abstandsschwankungen zwischen Tisch und Läufer gestattet.

Dieser bekannte Lagerblock weist den Nachteil auf, dass er im Betrieb der Führungseinrichtung keine hohe Gesamtsteifigkeit des Systems aus Führungselement, Lagerblock und Bauelement bereitstellen kann.

Die Druckschrift US 3 063 670 zeigt einen Lagerblock mit zwei über Biegestege miteinander verbundenen, durch Biegung der Biegestege relativ zueinander verlagerbaren Blockhälften, deren Relativverlagerung durch Zusammenwirken von Anschlagflächen an den beiden Blockhälften begrenzt ist. Die Druckschrift DE 44 37 195 A1 zeigt einen elastischen Lagerblock zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern in einer Linearführungseinrichtung, und die Druckschrift US 2 974 944 beschreibt eine Vorrichtung zur Kompensation der Temperaturabhängigkeit einer Schraubenfeder.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Lagerblock der eingangs genannten Art anzugeben, welcher in der Lage ist, einen Maßfehler im Abstandsmaß zwischen Bauelement und Führungsbahn so weit wie möglich auszugleichen und so Spannungen oder Verklemmungen an der Führungsbahn zumindest weitgehend zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Lagerblock gemäß Anspruch 1.

Der erfindungsgemäße Lagerblock ist dementsprechend so gestaltet, dass im ersten Maßzustand, beispielsweise einem "kalten" Zustand nach einer längeren Betriebsunterbrechung oder/und einem Zustand, in welchem das System aus Bauelement, Führungselement und Lagerblock zwar montiert, aber noch nicht eingefahren ist, der Abstand zwischen den beiden jeweils einem Element zugewandten Enden des Steges kleiner ist als der Abstand zwischen Bereichen des Bauelements und des Führungselements, welche diesen Enden jeweils zugeordnet sind.

Dadurch dass der mit einem der Elemente: Bauelement und Führungselement, verbundene wenigstens eine Träger von dem wenigstens einen Steg absteht, kann der wenigstens eine Träger bezüglich des wenigstens einen Steges eine Biegebewegung um seine Verbindungsstelle mit dem Steg ausführen. Der wenigstens eine Träger kann abstrahiert näherungsweise als einseitig fest am wenigstens einen Steg eingespannter Balken aufgefasst werden. Dehnt sich nun beispielsweise aufgrund thermischer Erwärmung das Bauelement, Führungselement oder/und der Lagerblock aus oder verlagert sich das Bauelement aus irgendwelchen Gründen in Richtung der Führungsbahnanordnung, so wird der wenigstens eine Träger von dem sich ausdehnenden bzw. sich verlagernden Teil um seine Verbindungsstelle mit dem wenigstens einen Steg gebogen. Die dabei auf die Führungsbahn übertragene Kraft ist proportional zum Biegeweg, zur Elastizität sowie zum Flächenträgheitsmoment des wenigstens einen Trägers. Somit kann durch konstruktive Maßnahmen, wie Bemessung der Länge des wenigstens einen Trägers zwischen dem wenigstens einen Steg und der Anlagefläche, Wahl des Trägerwerkstoffs sowie Gestaltung des Trägerquerschnitts sichergestellt werden, dass bei gegebener Teileausdehnung bzw. Teileverlagerung eine vorgegebene kritische Kraft auf die Führungsbahnanordnung nicht überschritten wird.

Im zweiten Maßzustand, beispielsweise einem betriebswarmen Zustand oder/und einem eingefahrenen Zustand, wobei "betriebswarmer Zustand" einen stationären oder quasi-stationären Betriebszustand des Systems aus Bauelement, Führungselement und Lagerblock bezeichnet, haben sich die in ihrer Temperatur erhöhten Teile so weit ausgedehnt bzw. hat sich das Bauelement so weit in Richtung der Führungsbahnanordnung verlagert, dass das mit dem wenigstens einen Träger verbundene eine Element an der Anschlagfläche des wenigstens einen Stegs anliegt. Der wenigstens eine Träger ist im zweiten Maßzustand also maximal ausgedenkt und verbleibt bis zu einem Rückgang der Verlagerung bzw. bis zu einer Abnahme der Temperatur des gegenüber dem ersten Maßzustands erwärmten Teils in diesem Zustand. Im zweiten Maßzustand bildet dementsprechend der wenigstens eine Steg eine Abstützung zwischen den beiden Elementen.

Der wenigstens eine Steg kann dabei als eine zu den beiden Elementen im Wesentlichen orthogonal verlaufende Platte ausgebildet sein, wodurch eine Federwirkung des wenigstens einen Stegs lediglich durch dessen materialimmanentes Elastizitätsmodul bereitgestellt wird. Auf diese Art und Weise können im zweiten Maßzustand hochsteife Verbindungen zwischen Bauelement und Führungselement erreicht werden. Aus diesem Grunde sollte der Abstand zwischen dem einen Element und der Anschlagfläche des wenigstens einen Stegs nicht größer sein als die Wärmedehnung des Systems oder die zu erwartende Verlagerung des Bauelements in diesem Bereich. Idealerweise ist der Abstand geringfügig kleiner gewählt als die Wärmedehnung des Systems oder die zu erwartende Verlagerung des Bauelements in diesem Bereich, um in jedem Fall, d.h. auch bei geringfügigen weiteren Verlagerungen oder Temperaturänderungen, einen Kontakt zwischen dem einen Element und der Anschlagfläche und damit eine steife Lagerung gewährleisten zu können.

Der erfindungsgemäße Lagerblock stellt somit ein Federelement mit zwei unterschiedlichen, lastabhängigen Federsteifigkeitsbereichen dar, wobei ein erster Bereich mit niedriger Federsteifigkeit vom lastfreien Zustand ausgehend bis kurz vor den mechanischen Verlagerungszustand oder den thermischen Ausdehnungszustand des Systems im zweiten Maßzustand reicht, und wobei ein zweiter Federsteifigkeitsbereich mit erhöhter Federsteifigkeit dem ersten Federsteifigkeitsbereich in Richtung zunehmender Belastung folgt (s. 4).

Der erste Maßzustand des Systems kann wie bereits angedeutet, einem ersten Temperaturzustand zugeordnet sein und weiterhin kann der zweite Maßzustand einem zweiten Temperaturzustand zugeordnet sein, bei dem die Temperatur wenigstens eines der Teile: Lagerblock, Bauelement und Führungselement, gegenüber dem ersten Temperaturzustand erhöht ist.

Der erste Temperaturzustand kann ein beliebiger Referenzzustand sein. Wie vorstehend bereits angedeutet, bietet sich jedoch vorteilhafterweise an, als ersten Temperaturzustand den Temperaturzustand zu wählen, in welchem die Teile montiert werden. Dies ist in der Regel bei Raumtemperatur, d.h. der betriebskalte Zustand. Der zweite Temperaturzustand ist wie bereits erwähnt ein stationärer oder quasi-stationärer Betriebszustand, in welchem sich die Systemtemperatur nicht oder nur innerhalb vorbestimmter Grenzen ändert. Temperaturzustand bedeutet dabei nicht notwendigerweise, dass jedes der Teile: Lagerblock, Bauelement und Führungselement, die gleiche Temperatur aufweist. Und auch Temperaturunterschiede in den einzelnen Teilen sind denkbar. Vielmehr ist ein stationärer oder quasi-stationärer Temperaturzustand im Sinne der Erfindung ein Zustand, in welchem die Summe aller am Gesamtsystem auftretenden Temperaturänderungen zu keiner oder nahezu keiner Längen- oder Volumenänderung des Gesamtsystems führt. Dies bedeutet, dass ein erster und ein zweiter Bereich beispielsweise des Bauelementes jeweils alternierend kälter bzw. wärmer werden können, wodurch die Längen- bzw. Volumenzunahme des einen Bereichs durch die Längen- bzw. Volumenabnahme des jeweils anderen Bereichs ausgeglichen wird und umgekehrt. Zur Ermittlung des korrekten Abstandes zwischen Anschlagfläche und dem einen Element kann der Ausdehnungszustand des Systems im zweiten Temperaturzustand empirisch, durch Rechnung oder Simulation bestimmt werden.

Der erste Maßzustand des Systems kann darüber hinaus einem montierten, jedoch nicht eingefahrenen Zustand des Systems zugeordnet sein und der zweite Maßzustand kann einem eingefahrenen Zustand des Systems zugeordnet sein.

Mit "nicht eingefahren" wird dabei ein Zustand bezeichnet, bei dem das System in einem betriebsbereiten Zustand montiert ist, so dass eine Inbetriebnahme des Systems noch nicht erfolgt ist, aber jederzeit erfolgen kann. Demgegenüber ist ein "eingefahrener" Zustand ein Zustand, bei welchem durch den Betrieb des Systems bedingte Teileverlagerungen bereits erfolgt sind und keine weiteren Teileverlagerungen zu erwarten sind. Der eingefahrene Zustand stellt daher bezüglich einer Verlagerung von Bauelement, oder/und Führungselement oder/und Lagerblock einen stationären oder quasi-stationären Zustand dar.

Es ist darüber hinaus denkbar, dass der erfindungsgemäße Lagerblock Maßfehler ausgleicht, die zu einem Teil mechanischen und zu einem anderen Teil thermischen Ursprungs sind. Dann kann beispielsweise das System ausgehend von einem ursprünglichen Zustand eingefahren werden, in dem es montiert, aber noch nicht in Betrieb genommenen ist, so dass alle mechanisch bedingten Verlagerungen erfolgen können. Im zukünftigen Betrieb sind dann keine weiteren Teileverlagerungen aus der mechanischen oder dynamischen Belastung des Systems zu erwarten. Ausgehend von einem eingefahrenen betriebskalten Zustand kann dann während des Betriebs eine thermische Ausdehnung wenigstens eines der Teile des Systems ausgeglichen werden. In diesem Falle entspricht der erste Maßzustand dem eingefahrenen betriebskalten Zustand und der zweite Maßzustand dem eingefahrenen betriebswarmen Zustand. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der erfindungsgemäße Lagerblock in dem ursprünglichen Montagezustand derart montiert wird, dass der Lagerzustand des eingefahrenen betriebskalten Zustands im ersten Federsteifigkeitsbereich des Lagerblocks liegt.

Der Lagerblock kann, um die Sicherheit der Verbindung von Bauelement und Lagerblock sowie von Führungselement und Lagerblock zu erhöhen, wenigstens zwei mit dem wenigstens einen Steg verbundene, von diesem abstehende Träger aufweisen, die jeweils eine Anlagefläche zur dauerhaften, unmittelbaren Verbindung mit einem der Elemente: Bauelement und Führungselement, besitzen. Dabei kann wenigstens ein Träger mit einem der Bauelemente: Bauelement und Führungselement, und wenigstens ein weiterer Träger mit dem jeweils anderen Element über seine Anlagefläche verbindbar sein. Somit kann eine konstruktiv vorteilhafte Funktionstrennung erreicht werden, da die Träger die Verbindung der Elemente mit dem Lagerblock sicherstellen, und der Steg lediglich seine Funktion des Abstützens des Bauelements auf dem Führungselement im zweiten Maßzustand übernimmt. Auf diese Art und Weise ist es möglich, die einzelnen Komponenten des Lagerblocks: Träger und Steg, gezielt für ihre Funktionen auszulegen und zu dimensionieren.

Der wenigstens eine Steg kann weiterhin an seinen beiden dem Bauelement und dem Führungselement zugewandten Enden jeweils eine Anschlagfläche aufweisen, welche im ersten Maßzustand mit Abstand von dem jeweils zugeordneten Element angeordnet ist und im zweiten Maßzustand an dem jeweils zugeordneten Element anliegt. Dadurch kann eine thermische Entkopplung des wenigstens einen Steges von den beiden Elementen bis annähernd zum Erreichen des zweiten Maßzustandes erzielt werden. Somit bleibt der wenigstens eine Steg von den sich während des Betriebs verändernden Temperaturzuständen des Bauelements und des Führungselements so weit wie möglich unbeeinflusst, wodurch eine thermische Verformung des wenigstens einen Stegs bestmöglich verhindert wird.

In einer weiteren Ausgestaltung kann der Lagerblock vier mit dem wenigstens einen Steg verbundene und von diesem abstehende Träger aufweisen, die jeweils eine Anlagefläche zur dauerhaften, unmittelbaren Verbindung mit entweder dem Bauelement oder dem Führungselement besitzen, wobei vorzugsweise zwei Träger zur Verbindung mit dem einen der Elemente: Bauelement oder Führungselement, und die zwei übrigen Träger zur Verbindung mit dem jeweils anderen Element an dem wenigstens einen Steg angeordnet sind. Mit dieser Ausgestaltung des Lagerblocks ist es beispielsweise möglich, auf jeder Seite des Stegs zwei Träger anzuordnen, von denen einer mit einem der Elemente: Bauelement oder Führungselement, und der andere mit dem jeweils anderen Element verbindbar ist. Damit kann die Lage des wenigstens einen Steges weiter stabilisiert und gegen unerwünschte Bewegungen, wie z. B. ein Verkippen um seine Läng sachse gesichert werden. Weiterhin können so Lagerkräfte auf mehrere Träger verteilt und eventuell lokal auftretende Kraftspitzen vermieden werden.

Eine besonders gute Federwirkung des wenigstens einen Trägers kann erreicht werden, wenn dieser, vorzugsweise wenn alle Träger, im Wesentlichen orthogonal von dem wenigstens einen Steg absteht. Bei einem im Wesentlichen orthogonal von dem wenigstens einen Steg abstehenden Träger ist die Wirklinie der auf den Träger wirkenden Lagerkraft in den meisten Fällen im Wesentlichen orthogonal zur Erstreckungsrichtung des Trägers. Dies gilt insbesondere für die durch Temperaturausdehnung oder durch Verlagerung des Bauteils in Richtung der Führungsbahnanordnung auf den Träger wirkenden Kräfte. In diesem Falle kann die gesamte an der Anlagefläche auftretende Lagerkraft zur Biegung des Trägers genutzt werden, da keine oder nahezu keine Kraftkomponente in der Erstreckungsrichtung des Trägers besteht. Dadurch kann letztendlich erreicht werden, dass durch eine Verlagerung des Bauelements oder durch eine Temperaturausdehnung des Systems eine möglichst geringe Kraft auf die Führungsbahnanordnung übertragen wird. Dabei sei angemerkt, dass es grundsätzlich günstig ist, den wenigstens einen Träger so anzuordnen, dass die betriebsbedingt auftretenden Kräfte (durch Temperaturausdehnung oder Elementverlagerung) im Wesentlichen orthogonal zu seiner Erstreikungsrichtung wirken.

Die Herstellung des Lagerblocks kann wesentlich vereinfacht werden, wenn wenigstens ein Träger, vorzugsweise wenn alle Träger, integral mit dem wenigstens einen Steg ausgebildet sind. Somit kann der Lagerblock mit einem einzigen Werkstoff in einer durchgehenden Prozesskette, wie z. B. durch Schmieden, oder sogar durch einen einzigen Fertigungsschritt, wie z.B. durch Strangpressen oder Stranggießen, erzeugt werden.

Die Lagestabilität des wenigstens einen Steges kann weiter erhöht werden, wenn wenigstens ein Träger, vorzugsweise wenn alle Träger, von den dem Bauelement bzw. dem Führungselement zugewandten Enden des wenigstens einen Stegs ausgeht. Geht wenigstens ein oder vorzugsweise alle Träger von den Enden des wenigstens einen Stegs aus, liegt die Verbindungsstelle des Trägers mit dem Steg nahe an der Anschlagfläche bzw. an den Anschlagflächen. Somit kann sichergestellt werden, dass eine Anschlagfläche auch unter der Andrucklast des Bauelements oder/und des Führungselements im zweiten Maßzustand nicht ausweicht und ihre Lage bezüglich des jeweiligen Elementes nicht ändert.

Die unterschiedlichen Abstände zwischen den Enden des Steges und den diesen beiden Enden zugeordneten Bereichen der jeweiligen Elemente kann auf einfache Art und Weise dadurch verwirklicht werden, dass die Anlagefläche wenigstens eines Trägers gegenüber der restlichen auf das zugeordnete Element hin weisenden Trägerfläche vorsteht. Die restliche auf das zugeordnete Bauteil hin weisende Trägerfläche ist dabei der Teil der Oberfläche des wenigstens einen Trägers, abzüglich der Anlagefläche, welcher auf das mit der Anlagefläche verbundene Bauteil hin gerichtet ist. Je nach Gestaltung der Montagefläche des Bauelements bzw. des Führungselements, mit welcher das jeweilige Element mit dem Lagerblock verbunden wird, beispielsweise im Falle von sich vom wenigstens einen Steg schräg zum jeweiligen Element hin erstreckenden Trägern, können diese unterschiedlichen Abstände auch dadurch erreicht werden, dass die Anlagefläche wenigstens eines Trägers gegenüber der Trägererstreckungsrichtung abgewinkelt angeordnet ist.

Es ist möglich, beispielsweise bei an den Enden des wenigstens einen Steges angebrachten Trägern die gesamte von Träger und Stegende gebildete Fläche als Anschlagfläche vorzusehen. Gerade zur Erzielung des gewünschten Abstandes zwischen den Enden des Steges kann es jedoch vorteilhaft sein, dass die Anschlagfläche gegenüber der auf das zugeord nete Bauteil hin weisenden Trägerfläche vorsteht. Dabei wird das Maß des Überstands der Anschlagfläche durch den gewünschten Abstand zwischen den Enden des Steges bestimmt. Weiterhin wird durch eine vorstehende Anschlagfläche eine definierte Anschlagfläche gebildet, für die die zu erwartende mechanische oder thermische Belastung leichter zu ermitteln ist als für eine sich undefiniert im jeweiligen Anwendungsfall durch Berührung von Bauelement oder Führungselement und Steg ergebende Anschlagfläche.

Vorteilhaft ist im Hinblick auf eine gleichmäßige Verteilung der auf den Lagerblock wirkenden Belastung, dass der Lagerblock Symmetrien aufweist. Beispielsweise kann der Lagerblock zu einer zur Führungsrichtung orthogonalen ersten Ebene symmetrisch ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Lagerblock zu einer sich in Führungsrichtung erstreckenden und die Anschlagfläche durchdringenden zweiten Ebene symmetrisch ausgebildet sein. Weiterhin kann er, alternativ oder zusätzlich zu einer der oder den beiden erstgenannten Alternativen, zu einer sich in Führungsrichtung sowie sich zwischen den den beiden Elementen: Bauelement und Führungselement, zugewandten Enden des Steges erstreckenden dritten Ebene symmetrisch ausgebildet sein. Bevorzugt kann der Lagerblock alle drei genannten Symmetrien aufweisen. Darüber hinaus verringert ein möglichst symmetrisch ausgebildeter Lagerblock Orientierungsfehler bei seiner Montage.

Eine besonders kostengünstige Möglichkeit der Herstellung des Lagerblocks ergibt sich, wenn der Lagerblock einen Doppel-T-Querschnitt aufweist. Ein derartiger Lagerblock kann beispielsweise durch Strangpressen endlos hergestellt werden. Von dem so gebildeten Halbzeug müssen dann lediglich Lagerblockrohlinge in der jeweils passenden Länge abgetrennt und mit Verbindungsdurchgängen, wie z. B. Bohrungen, versehen werden. Gewünschtenfalls können Aufnahme- oder/und Anschlagflächen spanend nachbearbeitet werden. Das Halbzeug mit dem Doppel-T-Querschnitt kann bereits mit einer geeigneten Matrize derart erzeugt werden, dass bereits beim Strangpressen vorstehende Anlage- oder/und Anschlagflächen an den gewünschten Stellen erzeugt werden. Mit der Ausbildung des Lagerblocks als Doppel-T-Profilkörper können neben dem Ausgleich einer Verlagerung des Bauelements und einer Temperaturausdehnung des Systems auch die aus der EP 0 481 470 A1 bekannte Kompensation einer Fehleinstellung von Führungsbahnen einer Linearführung erreicht werden. Dies gilt insbesondere für eine Lagerblockanordnung, welche wenigstens zwei erfindungsgemäße Lagerblöcke, gewünschtenfalls mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen wie oben erwähnt, umfasst, wobei die Lagerblöcke gegeneinander um eine sich vom Führungselement zum Bauelement erstreckende Achse verdreht sind, vorzugsweise um einen rechten Winkel verdreht sind. Mit einer derartigen Lagerblockanordnung, für die unabhängiger Schutz angestrebt wird, kann neben einem Temperaturausgleich eine Verkippung des mit dem Bauelement verbindbaren wenigstens einen Trägers bezüglich des mit dem Führungselement verbindbaren wenigstens einen Trägers um zwei zueinander nicht parallele, vorzugsweise im Wesentlichen orthogonale Achsen erreicht werden. Damit ist zusätzlich eine vollständige Kompensation von Fehleinstellungen mehrerer Führungsbahnen einer Linearführung möglich, wie in der EP 0 481 470 A1 beschrieben ist. Eine derartige Lagerblockanordnung kann auch einstückig ausgeführt sein.

Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es stellt dar:
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Lagerblocks in perspektivischer Ansicht,
2 eine Vorderansicht des Lagerblocks der 1 in Richtung des Pfeils II,
3 eine Vordersansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerblocks und
4 eine Federkennlinie des Lagerblocks.
Wie bereits vorstehend erläutert, dient der erfindungsgemäße Lagerblock zum Ausgleich von Maßfehlern im Abstandsmaß zwischen Bauelement und Führungsbahnanordnung. Im Folgenden wird die Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Lagerblocks anhand eines durch Temperaturerhöhung am System aus Bauelement, Führungselement und Lagerblock hervorgerufenen Maßfehlers erläutert.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Lagerblock allgemein mit 10 bezeichnet. Der Lagerblock 10 weist einen Doppel-T-Querschnitt auf und ist im Wesentlichen aus einer Doppel-T-Profilstange als stranggepresstes Halbzeug durch Ablängen hervorgegangen. Der Lagerblock 10 besteht im Wesentlichen aus den folgenden Komponenten: Steg 12, erster Träger 14, zweiter Träger 16, dritter Träger 18 sowie vierter Träger 20. Alle Träger 14, 16, 18 und 20 sind integral mit dem Steg 12 ausgebildet und stehen orthogonal von diesem ab. Der erste Träger 14 und der zweite Träger 16 gehen dabei von dem dem Bauteil zugewandten Ende 22 des Stegs 12 aus, während der dritte Träger 18 und der vierte Träger 20 von dem dem Führungselement zugewandten Ende 24 des Stegs 12 ausgehen.
Der vorliegende Lagerblock 10 ist bezüglich drei zueinander orthogonalen Ebenen, welche weiter unten beschrieben werden, symmetrisch ausgebildet. Aufgrund dieser Symmetrie wird im Folgenden lediglich der erste Träger 14 näher erläutert werden. Die übrigen Träger 16, 18 und 20 werden nur insoweit beschrieben, als sie sich vom ersten Träger 14 unterscheiden.
An der zum Bauteil hin weisenden Seite 26 des ersten Trägers 14 ist an dessen vom Steg 12 entfernt liegenden Endbereich 28 eine Anlagefläche 30 zur dauerhaften, unmittelbaren Anlage am Bauelement ausgebildet. Die Anlagefläche 30 ist gegenüber der restlichen zum Bauelement hin weisenden Trägerfläche 32 um einen Betrag H vorstehend angeordnet (s. hierzu 2). An den beiden dem Bauelement und dem Führungselement zugewandten Enden 22 und 24 des Stegs 12 ist jeweils eine Anschlagfläche 34 bzw. 36 angeordnet. Die Anschlagfläche 34 steht dabei gegenüber der restlichen zum Bauelement hin weisenden Trägerfläche 32 um den Betrag h vor, wie in 2 zu sehen ist. Dabei gilt H > h, was bei einer ebenen Montagefläche des Bauelements, welche im ersten Temperaturzustand von der Anlagefläche 30 des ersten Trägers 14, die Anschlagfläche 34 überspannend, bis zur Anlagefläche 38 reicht, dazu führt, dass die Anschlagfläche 34 mit einem Abstand (H – h) von dieser Montagefläche angeordnet ist. Ebenso ist die Anschlagfläche 36 im ersten Temperaturzustand mit dem gleichen Abstand (H – h) von einer ebenen Montagefläche des Führungselementes angeordnet. Der Abstand (H – h) entspricht dabei im Idealfall etwas weniger als der Hälfte der linearen Temperaturausdehnung in der vom Bauelement zum Führungselement weisenden Richtung T des aus Bauelement, Führungselement und Lagerblock 10 bestehenden Gesamtsystems am Anbringungsbereich des Lagerblocks 10 bei Übergang vom ersten Temperaturzustand zum zweiten Temperaturzustand.
Wie in 1 zu sehen ist, sind am ersten Träger 14 und am zweiten Träger 16 Ausnehmungen 40 zur Befestigung der beiden Träger am Bauelement vorgesehen. Der dritte Träger 18 und der vierte Träger 20 weisen dagegen im Bereich ihrer Anlageflächen Durchgangsbohrungen 42 auf, welche zur Anbringung des Lagerblocks 10 am Führungselement von Schrauben oder Bolzen durchsetzt werden.
Abgesehen von den Befestigungsausnehmungen 40 und den Befestigungsbohrungen 42 ist der Lagerblock 10 zu drei orthogonal aufeinander stehen den Ebenen symmetrisch ausgebildet. Die erste Symmetrieebene 44 steht senkrecht zur Führungsrichtung F, die zweite Symmetrieebene 46 erstreckt sich in Führungsrichtung F und durchdringt die Anschlagflächen 34 und 36 an den Enden 22 und 24 des Stegs 12. Die dritte Symmetrieebene 48 erstreckt sich ebenfalls in Führungsrichtung F zwischen den Enden 22 und 24 des Stegs 12, parallel zu den Anschlagflächen 34 und 36. Zur Verdeutlichung der Lage der Symmetrieebenen 44, 46 und 48 sind die Schnittgeraden der Ebenen mit dem Lagerblock 10 in 1 gestrichelt dargestellt. Mit 50 ist die Schnittgerade zwischen erster Symmetrieebene 44 und zweiter Symmetrieebene 46 bezeichnet.
In 3 ist eine der 2 entsprechende Ansicht einer alternativen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Lagerblocks in Führungsrichtung F dargestellt. Gleiche Komponenten wie in den 1 und 2 sind in 3 mit gleichen Bezugszahlen versehen, jedoch erhöht um die Zahl 100. Aus Symmetriegründen wird wiederum lediglich der ersten Träger 114 beschrieben; die übrigen Träger 116, 118 und 120 werden nur insoweit beschrieben, als sie sich vom ersten Träger 114 unterscheiden. Der Lagerblock 110 ist mit durchgezogener Linie in seinem ersten Temperaturzustand gezeichnet.
Der erste Träger 114 ist im Bereich der Höhenmitte des Stegs 112 mit diesem integral verbunden und steht unter einem Winkel α vom Steg 112 ab, wobei α deutlich kleiner als 90° ist. An seinem stegfernen Ende 128 ist die Anlagefläche 130 zur restlichen zum Bauelement 160 hin weisenden Trägerfläche 132 abgewinkelt ausgebildet. Die ebene Anlagefläche 130 liegt plan an der ebenen Montagefläche 162 des Bauelements 160 an. Der erste Träger 114 und damit mittelbar der Steg 112 ist über zwei Schrauben 164 (in 3 liegt die zweite Schraube hinter der dargestellten Schraube 164) am Bauelement 160 befestigt. Im ersten Temperaturzustand ist der Abstand der ebenen Montagefläche 162 des Bauelements 160 von der ebenen Montagefläche 172 des Führungselements 170 um den Betrag 2a größer als der Abstand der Anschlagflächen 134 und 136 des Stegs 112 voneinander. Geht das aus Lagerblock 110, Bauelement 160 und Führungselement 170 bestehende Gesamtsystem vom ersten in den zweiten Temperaturzustand über, kommt es zu einer Volumenänderung eines oder mehrerer Teile, wodurch der Abstand der Montageflächen 162 und 172 voneinander verkürzt wird, bis die Montageflächen 162 und 172 an den Anschlagflächen 134 bzw. 136 des Stegs 112 aufliegen. Dieser Zustand ist in der rechten Hälfte der 3 mit gestrichelten Linien angedeutet. Durch die Wärmeausdehnung werden die Träger, welche durch die Verschraubung mit ihren stegfernen Enden an den Elementen festliegen, durchgebogen, wie in 3 am zweiten Träger 116 und am dritten Träger 118 beispielhaft gezeigt ist. Der zweite Träger 116 und der dritte Träger 118 werden dabei um ihre Verbindungslinie 174 mit dem Steg 112 gebogen. Die Verbindungslinie 174 verläuft orthogonal zur Zeichenebene der 3 und aus diesem Grunde durch einen Punkt dargestellt. Die Verbindungslinie 174 ist dabei der geometrische Ort der dem Steg am nächsten liegenden Punkte eines Trägers, die durch die auf den jeweiligen Träger wirkende Biegekraft keine Ortsveränderung erfahren.
Der Abstand a der Anschlagflächen 134 und 136 von den jeweiligen Montageflächen 162 bzw. 172 ist ebenso wie der Unterschied der Vorsprungsbeträge H und h in 2 überhöht dargestellt. Die Biegung der Träger, dies gilt für beide gezeigte Ausführungsformen, findet im Hookschen Bereich des jeweiligen Trägerwerkstoffs statt, so dass es bei einem Übergang vom zweiten Temperaturzustand zum ersten Temperaturzustand zu einer völligen Rückbildung der Verformung des Lagerblockes 110 ohne Residualverformung kommt. Dies wirkt sich standzeitverlängernd aus.
4 zeigt eine qualitative Federkennlinie eines Lagerblocks gemäß der in den 1–3 gezeigten Ausführungsformen. Dabei ist die Kraft aufgetragen, welche benötigt wird, um am Lagerblock eine gewisse Gestalt- oder Längenänderung (Weg) zu verursachen. Das Diagramm weist dabei einen Bereich 1 mit geringer Steigung der Kennlinie 290 sowie einen daran anschließenden Bereich 2 mit deutlich höherer Steigung der Kennlinie 290 auf. Die Steigung der Kennlinie 290 ist dabei der Federsteifigkeit des Lagerblocks proportional. Der Bereich 1 beginnt beim Ausgangszustand, in welchem der Lagerblock keine Gestalt- oder Längenänderung aufgrund von Wärmedehung eines der Systemteile erfährt. Dieser Ausgangszustand entspricht dem Lagerblock im ersten Temperaturzustand. Im Bereich 1 wird der oder werden die Träger am Steg durch Wärmedehnung eines oder mehrerer der Systemteile von ihrem Ausgangszustand durch Biegung ausgelenkt. Die geringe Steigung der Federkennlinie 290 im Bereich 1 entspricht daher der Biegesteifigkeit des Trägers bzw. der Träger. Der Bereich 1 endet im Punkt X, in welchem Bauelement und Führungselement den Steg an je einem seiner Enden berühren. Ab diesem Verformungszustand erfolgt bei weiterer Wärmedehnung keine oder lediglich eine vernachlässigbare Biegung der Träger aufgrund von Wärmedehnung eines oder mehrerer Systemteile. Von diesem Verformungszustand an kann eine weitere Ausdehnung eines oder mehrerer der Systemteile nur gegen die Elastizität des Stegs erfolgen, was dazu führt, dass im Bereich 2 für dieselbe Längenänderung eine deutlich höhere Kraft aufgewendet werden muss als im Bereich 1. Der Betriebspunkt 292, welcher dem Temperaturzustand 2 des Systems entspricht, ist dabei so gewählt, dass er kurz hinter dem Übergang vom Bereich 1 zum Bereich 2 im Bereich 2 liegt. Dies dient zur Sicherstellung konstanter Lagerverhältnisse im Betriebszustand, so dass geringfügige Temperaturänderungen an einem oder mehreren Systemteilen nicht zu einem Abheben eines der Elemente: Bauelement und Führungselement, von den Enden des Steges führt.
Die durch die Wärmedehnung eines oder mehrerer der Systemteile sowie durch die Biegung des Trägers bzw. der Träger auf das Führungselement und die Führungsbahnanordnung übertragene Kraft V wird als Vorspannung des Führungselements an der Führungsbahnanordnung genutzt.

Claims

Lagerblock für die Lagerung eines zu führenden Bauelements (160) an einem auf einer Führungsbahnanordnung längs einer Führungsrichtung (F) beweglich geführten Führungselement (170) in einer Führungseinrichtung, mit mindestens einem sich in Richtung vom Führungselement zum Bauelement zwischen diesen beiden Elementen erstreckenden, mit beiden Elementen verbundenen Steg (12) sowie mindestens einem von dem Steg (12) ausgehenden Biege-Trägerarm (14, 16, 18, 20), welcher im Bereich seines freien Armendes (28) eine Befestigungsfläche (30, 38) zur Befestigung eines ersten der beiden Elemente: Führungselement (170) und Bauelement (160) aufweist, wobei eine diesem ersten Element zugewandte Endfläche (34, 36) des Stegs (12) im ungebogenen Zustand des Trägerarms (14, 16, 18, 20) Freiraum zu dem am Lagerblock befestigten ersten Element aufweist und das erste Element zur Kompensation von Maßzustandsänderungen innerhalb der Führungseinrichtung durch Biegen des Trägerarms (14, 16, 18, 20) realtiv zum Steg (12) an diese Endfläche (34, 36) des Stegs (12) annäherbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerblock derart ausgelegt ist, dass unter Berücksichtigung bis zum Erreichen eines angestrebten Betriebspunkts der Führungseinrichtung zu erwartender Maßzustandsänderungen innerhalb der Führungseinrichtung das erste Element in dem angestrebten Betriebspunkt an der zugewandten Endfläche (34, 36) des Stegs (12) anschlägt.
Lagerblock nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerblock mindestens zwei Trägerarme (14, 16, 18, 20) aufweist, von denen mindestens ein erster zur Befestigung des ersten Elements und mindestens ein zweiter zur Befestigung des zweiten der Elemente: Führungselement und Bauelement dient, dass auch die dem zweiten Element zugewandte Endfläche (36, 34) des Stegs (12) im ungebogenen Zustand der Trägerarme (14, 16, 18, 20) Freiraum zu dem am Lagerblock befestigten zweiten Element aufweist und dass in dem angestrebten Betriebspunkt der Führungseinrichtung beide Elemente an der jeweils zugewandten Stegendfläche (34, 36) anschlagen.
Lagerblock nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerblock je ein Paar erster und zweiter Trägerarme (14, 16, 18, 20) aufweist, die jeweils beidseits des Stegs (12) von diesem wegragen.
Lagerblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Trägerarm (14, 16, 18, 20) im Bereich eines Stegendes orthogonal von dem Steg (12) wegragt.
Lagerblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Trägerarm (14, 16, 18, 20) im Bereich eines Stegendes orthogonal von dem Steg (12) wegragt.
Lagerblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Trägerarm (114, 116, 118, 120) im Abstand von den Stegenden schräg von dem Steg (112) wegragt.
Lagerblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Trägerarm (114, 116, 118, 120) im Abstand von den Stegenden schräg von dem Steg (112) wegragt.
Lagerblock nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerarm oder jeder Trägerarm (114, 116, 118, 120) im Abstand von den Stegenden mittig schräg von dem Steg (112) wegragt.
Lagerblock nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Trägerarm (14, 16, 18, 20) integral mit dem Steg (12) ausgebildet ist.
Lagerblock nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen jeder der Stegendflächen (34, 36) und dem jeweils benachbarten der beiden Elemente: Führungselement und Bauelement im ungebogenen Zustand der Trägerarme (14, 16, 18, 20) der Hälfte der bis zum Erreichen des Betriebspunkts der Führungseinrichtung erwarteten, durch Wärmedehnung oder/und Verlagerung bewirkten Maßzustandsänderungen in Richtung vom Führungselement zum Bauelement entspricht.
Lagerblock nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand weniger als der Hälfte der bis zum Erreichen des Betriebspunkts der Führungseinrichtung erwarteten Maßzustandsänderungen entspricht.
Lagerblockanordnung mit wenistens zwei übereinander zwischen einem Führungselement (170) und einem Bauelement (160) angeordneten, um eine vom Führungselement (170) zum Bauelement (160) verlaufende Achse (T) gegeneinander verdrehten Lagerblöcken nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Lagerblockanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerblöcke gegeneinander um einen rechten Winkel verdreht sind.
Lagerblockanordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerblöcke einstückig miteinander hergestellt sind.