DE102005044822A1

DE102005044822A1 - Führungsschiene mit Schwalbenschwanzbefestigung

Info

Publication number: DE102005044822A1
Application number: DE102005044822A
Authority: DE
Inventors: Roland Greubel; Ernst Albert; Stefan Dorn; Michael Klein; Mario Ziegler; Carsten Pfeuffer; Werner Keller
Original assignee: Bosch Rexroth Mechatronics GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2007-03-29
Also published as: US20070065056A1

Abstract

Bei einer Führungsschienenanordnung (10), bestehend aus einer Führungsschiene (30) mit Hinterschneidungen (40) und einer Klemmleiste (70), beträgt das Verhältnis k¶h¶ = h·1,5·/b zwischen 0,2 und 0,5, wobei b die Breite der Grundfläche (38) und h den kleinsten Abstand zwischen Haltefläche (42) und Grundfläche (38) der Führungsschiene (30) bezeichnet. DOLLAR A Durch diese Auswahl sollen Führungsungenauigkeiten vermindert werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Führungsschiene zur Lagerung eines Laufwagens gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, eine Klemmleiste zur Befestigung der Führungsschiene gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 6 und eine Führungsschienenanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 8 umfassend die Führungsschiene und die Klemmleiste.

Derartige Führungsschienenanordnungen, wie sie beispielsweise aus der DE 103 28 336 A1 bekannt sind, bestehen aus einer übergeordneten Baugruppe mit einer Ausnehmung, der Führungsschiene und einer Klemmleiste zum Befestigen der Führungsschiene in der Ausnehmung. Wie in 1 dargestellt umfasst die Führungsschiene 30 einen Führungsabschnitt 32 mit Lagerflächen 36 zur Lagerung des nicht dargestellten Laufwagens und einen Befestigungsabschnitt 34. An dem Befestigungsabschnitt 34 ist eine Grundfläche 38 und eine Hinterschneidung 40 mit einer Haltefläche 42 angeordnet. Die Grundfläche 38 wird von einer Freimachung 44 unterbrochen, um Ungenauigkeiten insbesondere Unebenheiten der Ausnehmung 14 der übergeordneten Baugruppe 12 auszugleichen. Die Breite b der Grundfläche wird als die gesamte Breite der Grundflächenabschnitte 38a und 38b über die Freimachung 44 hinweg definiert. Üblicherweise ist die Führungsschiene 30 symmetrisch ausgebildet, weshalb der Befestigungsabschnitt 34 die Form eines Schwalbenschwanzes aufweist. Die Haltefläche 42 und die Grundfläche 38 sind vorzugsweise eben.

Die Klemmleiste 70 stützt sich mit einer Klemmfläche 72 auf der Haltefläche 42 der Führungsschiene ab. An dem von der Klemmfläche 72 abgewandten Lagerabschnitt 74 ist die Klemmleiste an der übergeordneten Baugruppe 12 so abgestützt, dass zwischen Klemmfläche 72 und Lagerabschnitt 74 ein frei tragender Bereich 76 vorhanden ist. In diesem Bereich sind Durchgangsbohrungen 78 vorgesehen, an denen sich eine Vielzahl von Schraubbolzen 16 abstützen, die in Bewegungsrichtung X der Führungsschiene einen Abstand t (siehe 2) aufweisen. Die Schraubbolzen 16 greifen in die übergeordnete Baugruppe 12 ein und erzeugen die notwendige Klemmkraft zum Befestigen der Führungsschiene an derselben.

Eine derartige Führungsschienenanordnung kommt bevorzugt dann zur Anwendung, wenn eine hohe Ablaufgenauigkeit des Laufwagens gefordert wird. Insbesondere führt der Laufwagen bei einer Bewegung entlang der Führungsschiene besonders geringe Nickbewegungen, das sind Drehbewegungen um eine Achse Y senkrecht zur Bewegungsrichtung X und parallel zur Grundfläche, aus. Diese Nickbewegungen werden bei der sonst üblichen Schraubbefestigung der Führungsschiene durch geringe Führungsschienenverformungen aufgrund der lokal angreifenden Schraubkräfte verursacht. Die Bohrungen für die üblicherweise vorhandenen Befestigungsschrauben sind in 1 strichzweipunktiert angedeutet.

Bei der vorliegenden Schwalbenschwanzbefestigung hingegen wird an der übergeordneten Baugruppe 10 eine zum Befestigungsabschnitt 34 komplementäre Ausnehmung 14 angebracht, in der die Führungsschiene 30 mittels Klemmleisten 70 formschlüssig festgeklemmt wird. Die Ausnehmung 14 weist in Ihrer Ecke üblicherweise eine kleine Verrundung 18 auf, um die dort auftretenden Kerbspannungen zu reduzieren. Daher ist es nicht möglich, dass die Haltefläche 42 der Führungsschiene 30 bis an die Grundfläche 38 heran reicht. Gemäß 2 ist vielmehr ein kleinster Abstand h zwischen Haltefläche 42 und Grundfläche 38 vorgesehen, so dass die Freifläche 46 zwischen Haltefläche 42 und Grundfläche 38 der Führungsschiene die Ausnehmung 14 nicht berührt.

Da die Klemmkräfte über die gesamte Längserstreckung der Führungsschiene nahezu gleichmäßig wirken, wird eine ungleichmäßige Verformung der Führungsschiene und in der Folge unerwünschte Nickbewegungen des Laufwagens vermieden. Es hat sich aber gezeigt, dass auch die unvermeidbaren Ungleichförmigkeiten der Ausnehmung entlang ihrer Längserstreckung zu Nickbewegungen des Laufwagens führen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Führungsschiene gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit einer verbesserten Ablaufgenauigkeit zu schaffen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verhältnis k_h = h^1,5/b zwischen 0,2 und 0,5, vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,4, beträgt.

Üblicherweise ist das Verhältnis k_h deutlich kleiner, da man bestrebt ist, den Abstand h möglichst klein auszuführen, um die Gesamthöhe der Führungsschiene und damit den Materialverbrauch zu minimieren. Versuche der Anmelderin haben aber gezeigt, dass die Erhöhung des Abstandes h eine höhere Ablaufgenauigkeit der Führung zur Folge hat. Als nachteilig hat sich aber erwiesen, dass die Elastizität E_Z der Führung bei abhebender Last, d.h. mit einer Lastrichtung Z senkrecht zur Grundfläche der Führungsschiene von der übergeordneten Baugruppe weg gerichtet, abnimmt.

Der entsprechende Zusammenhang ist in 4 dargestellt. Dort ist an der horizontalen Achse das Verhältnis k_h = h^1,5/b gegenüber der Amplitude W_Y der Nickbewegung und der Elastizität E_Z in Abheberichtung an der vertikalen Achse aufgetragen. Die Werte von W_Y und E_Z sind dimensionslos aufgetragen, wobei W_Ymin und E_Zmin zu eins gesetzt wurden. Es hat sich gezeigt, dass man durch die Wahl des Exponenten 1,5 für alle gängigen Führungsschienenbaugrößen, d.h. für alle Werte von b, etwa gleiche Verhältnisse erhält. Die Kurve W_Y nähert sich bei sehr großen Werten von k_h an einen Mindestwert W_Ymin an, der unter anderem durch die Fertigungsungenauigkeit der Führungsflächen verursacht wird. Mit abnehmenden k_h steigt die Kurve mit progressiver Steigung bis auf W_Ymax an, das bei k_hmin, dem kleinsten technisch möglichen Wert, erreicht wird. Die Kurve E_Z beginnt bei k_hmin mit einer kleinsten Steifigkeit E_Zmin, die unter anderem bei einer Wälzführung durch die Steifigkeit der Wälzkörper verursacht wird. Mit zunehmenden k_h steigt diese Kurve zuerst progressiv dann linear immer weiter an. Wie man 4 unschwer entnehmen kann, erhält man im erfindungsgemäßen Bereich einen besonders guten Kompromiss zwischen möglichst geringer Elastizität E_Z und möglichst hoher Ablaufgenauigkeit der Führung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Führungsschiene kann das Verhältnis k_c = c/h² zwischen 0,15 und 0,4, vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,35 betragen. Durch diese Wahl soll die Breite der Haltefläche c der Führungsschiene so klein wie möglich ausgeführt werden, um die Gesamthöhe der Führungsschiene und damit den Materialverbrauch zu minimieren. Die Zahlenwerte ergeben sich aus Festigkeitsüberlegungen hinsichtlich der an der Klemmfläche auftretenden Flächenpressung und der Belastbarkeit der Führungsschiene. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass der Abstand h wesentlichen Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der Flächenpressung hat. Die Gleichmäßigkeit nimmt nämlich mit zunehmendem Abstand h zu.

Wie sich ebenfalls gezeigt hat, hat auch die Klemmleiste zur Befestigung der Führungsschiene einen Einfluss auf die Ablaufgenauigkeit der Führungsschienenanordnung. Erwartungsgemäß ist hierfür der Abstand t der Schraubbolzen, mit denen die Klemmleiste an der übergeordneten Baugruppe befestigt ist, ausschlaggebend. Wie zu erwarten, nimmt die Ablaufgenauigkeit mit geringer werdendem Abstand zu. Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, dass eine untere Grenze existiert, ab der eine weitere Verringerung des Schraubenabstandes t und damit ein höherer Herstellungsaufwand nichts mehr bringt. Diese Grenze liegt in dem Bereich, in dem das Verhältnis k_e = e/t zwischen 0,05 und 0,25, vorzugsweise zwischen 0,1 und 0,2, beträgt, wobei e die Breite der zur Haltefläche der Führungsschiene komplementären Klemmfläche bezeichnet. Das Maß e ist in diesem Fall als Bezugsmaß besonders geeignet, weil es in Verbindung mit der zulässigen Flächenpressung ein Maß für die vorhandenen Klemmkräfte ist, die durch die Schraubbolzen erzeugt werden.

Bei der gesamten Führungsanordnung bestehend aus Führungsschiene, Klemmleiste und übergeordneter Baugruppe beeinflusst das Verhältnis k_a = a/t^1,3, wobei a die maximale Breite der Ausnehmung der übergeordneten Baugruppe bezeichnet, ebenfalls die Ablaufgenauigkeit. Es hat sich gezeigt, dass Amplitude W_Y der Nickbewegung ein Minimum annimmt, wenn k_a zwischen 0,4 und 0,7, vorzugsweise zwischen 0,5 und 0,6 beträgt.

In der folgenden Tabelle sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben:
Zu den beigefügten Figuren wird auf die eingangs gemachten Ausführungen verwiesen. Es stellt dar:
1 eine Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Führungsschienenanordnung;
2 eine Draufsicht der Führungsschienenanordnung gemäß 1;
3 eine Detailansicht der Führungsschienenanordnung gemäß 1, die dort mit "Detail X" gekennzeichnet ist; und
4 den Zusammenhang zwischen dem Verhältnis k_h, der Elastizität in Abheberichtung W_Z und der Amplitude der Nickbewegung W_y in Form eines Diagramms.

Claims

Führungsschiene zur Lagerung eines Laufwagens mit einem Befestigungsabschnitt (34), der eine Grundfläche (38) mit einer Breite b und wenigstens eine Hinterschneidung (40) mit einer Haltefläche (42), die einen kleinsten Abstand zur Grundfläche h und eine Breite c aufweist, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis k_h = h^1,5/b zwischen 0,2 und 0,5 beträgt.
Führungsschiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis k_h = h^1,5/b zwischen 0,3 und 0,4 beträgt.
Führungsschiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis k_c = c/h² zwischen 0,15 und 0,4 beträgt.
Führungsschiene nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis k_c = c/h² zwischen 0,2 und 0,35 beträgt.
Führungsschiene nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundfläche (38) und die Haltefläche (42) eben sind.
Klemmleiste zur Befestigung einer Führungsschiene nach Anspruch 1, mit einer zur Haltefläche (42) der Führungsschiene (30) komplementären Klemmfläche (72), die eine Breite e aufweist, wobei die Klemmleiste (70) an der von der Klemmfläche (72) abgewandten Seite einen Lagerabschnitt (74) aufweist, mit dem sie an einer übergeordneten Baugruppe (12) abstützbar ist, und wobei zwischen Klemmfläche (72) und Lagerabschnitt (74) Durchgangsbohrungen (76) für Schraubbolzen (16) vorgesehen sind, die einen Abstand t aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis k_e = e/t zwischen 0,05 und 0,25 beträgt.
Klemmleiste nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis k_e = e/t zwischen 0,1 und 0,2 beträgt.
Führungsschienenanordnung umfassend eine Führungsschiene nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und eine Klemmleiste nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbund aus Führungsschiene (30) und Klemmleiste (70) in einer Ausnehmung (14) einer übergeordneten Baugruppe (12), die eine maximale Breite b aufweist, in Seitenrichtung (Y) an der Ausnehmung (14) abgestützt sind, wobei das Verhältnis k_a = a/t zwischen 0,4 und 0,7 beträgt.
Führungsschienenanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis k_a = a/t zwischen 0,5 und 0,6 beträgt.