-
Die
Erfindung betrifft eine Lineareinheit, mit einem Basiselement, an
dem ein Schlitten in Achsrichtung einer Hauptachse linear bewegbar
gelagert ist, wobei das Basiselement mehrere sich längs
der Hauptachse erstreckende ebene Führungsbahnen aufweist,
an denen jeweils mindestens eine mit dem Schlittenkörper
des Schlittens bewegungsgekoppelte Stützrolle derart mit
einer umfangsseitigen kreiszylindrischen Lauffläche anliegt,
dass sie bei der Linearbewegung des Schlittens auf der zugeordneten
Führungsbahn abrollt und dabei um eine zu der Hauptachse
rechtwinkelige Drehachse rotiert.
-
Bei
einer aus der
DE 19514846
A1 bekannten Lineareinheit dieser Art ist ein Schlitten über
von seinem Schlittenkörper getragene Stützrollen
in Richtung einer Hauptachse verfahrbar an einem länglichen
Basiselement gelagert. Bei der Linearbewegung des Schlittens wälzen
sich die Stützrollen mit kreiszylindrischen Laufflächen
an ebenen Führungsbahnen des Basiselementes ab, wobei sie
um jeweils eine zu der Hauptachse rechtwinkelige Drehachse rotieren.
Die Stützrollen sind jeweils in einer drehbaren Aufnahme
exzentrisch gelagert und können somit durch Verdrehen der
Aufnahme rechtwinkelig zur Ebene der jeweils zugeordneten Führungsbahn
justiert werden, um die Anlage an den Führungsbahnen zu
gewährleisten. Ungeachtet dieser Einstellmöglichkeit
lässt es sich aufgrund von Herstellungs- und Montagetoleranzen
kaum gewährleisten, dass die kreiszylindrischen Laufflächen
sämtlicher Stützrollen exakt plan an der zugeordneten
Führungsbahn anliegen. Geringfügige Schrägstellungen
sind die Regel, so dass die Laufflächen nur mit einem Bruchteil
ihrer Breite an den Führungsbahnen anliegen, was eine hohe
Flächenpressung und somit einen frühzeitigen Verschleiß zur
Folge hat. Nur durch eine enge Toleranzauswahl lässt sich
diesem Problem einigermaßen begegnen, was allerdings zu
Lasten der Herstellungskosten geht. Zur Vermeidung von Verkantungen wäre
es auch denkbar, Stützrollen mit balliger Lauffläche
zu verwenden. Dies hat allerdings wiederum eine verringert Auflagefläche
mit entsprechend hoher Flächenpressung zur Folge.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lineareinheit zu
schaffen, bei der die Lagermittel für den Schlitten auch
bei größeren Fertigungs- und Montagetoleranzen
hohe Tragkräfte aufnehmen können und dennoch eine
hohe Lebensdauer aufweisen.
-
Zur
Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass mehrere Stützrollen
derart am Schlitten gelagert sind, dass sie unabhängig
voneinander um jeweils eine mit der Hauptachse gleichgerichtete
Ausrichtachse bezüglich des Schlittenkörpers verschwenkbar
sind und sich die Laufflächen somit durch selbsttätiges
Ausrichten plan an die jeweils zugeordnete Führungsbahn
anlegen können.
-
Mehrere
und vorzugsweise sämtliche Stützrollen sind somit
derart am Schlittenkörper angeordnet, dass sie bezüglich
diesem um eine als Ausrichtachse bezeichnete Achse verschwenkbar
sind, die mit der Achsrichtung der Hauptachse und folglich der Bewegungsrichtung
des Schlittens gleichgerichtet ist. Diese Schwenkbarkeit ermöglicht
es den Stützrollen, durch den Kontakt zwischen Lauffläche und
Führungsbahn ihre Neigung bezüglich des Schlittenkörpers
selbsttätig so einzustellen, dass ein planer Kontakt zwischen
der Lauffläche und der zugeordneten Führungsbahn
vorhanden ist. Die Folge ist eine gleichmäßige
Kraftübertragung zwischen den Stützrollen und
den Führungsbahnen, mit weitestgehend ausgeschlossener
Kantenpressung und über eine möglichst breite
Auflagezone hinweg. Somit ergibt sich ein geringer Verschleiß und
eine hohe Lebensdauer selbst in Fällen, in denen die Stützrollen aufgrund
entsprechender Belastung des Schlittens mit hoher Kraft an die Führungsbahnen
angedrückt werden.
-
Prinzipiell
könnte der Schlitten so ausgelegt sein, dass die Schwenkbarkeit
der Stützrollen nur während des Zusammenbaus der
Lineareinheit gegeben ist und anschließend, nachdem sich
die Stützrollen an den Führungsbahnen ausgerichtet
haben, die bezüglich des Schlittenkörpers eingenommene Schwenkposition
fixiert wird oder ist. Als vorteilhafter wird allerdings eine Bauform
angesehen, bei der die relative Schwenkbeweglichkeit bezüglich
des Schlittenkörpers auch nach dem Zusammenbau der Lineareinheit
gegeben ist, so dass sich die Stützrollen während
jeder Linearbewegung des Schlittens kontinuierlich an den Verlauf
und die Lage der Führungsbahnen anpassen können.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
-
Die
Stützrollen sind zweckmäßigerweise derart
am Schlittenkörper gelagert, dass die Drehachse der Stützrolle
die dieser Stützrolle zugeordnete Ausrichtachse schneidet.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Ausrichtachse so gelegt ist,
dass sie mit der zur Drehachse rechtwinkeligen Mittelebene der Stützrolle
zusammenfällt.
-
An
einer oder mehreren Führungsbahnen können je nach
Ausgestaltung der Lineareinheit jeweils nur eine Stützrolle
oder mehrere in Achsrichtung der Hauptachse aufeinanderfolgend angeordnete
Stützrollen anliegen. Je größer die Anzahl
der Stützrollen ist, desto höhere Kräfte
können aufgenommen werden, ohne ein Verkanten des Schlittens bezüglich
des Basiselements hervorzurufen.
-
Zweckmäßigerweise
sind wenigstens zwei Führungsbahnen im Querschnitt gesehen
geneigt zueinander angeordnet. Auf diese Weise lässt sich ein
gewisser Zentriereffekt erzielen und eine Stabilisierung des Schlittens
bezüglich des Basiselements quer zur Achsrichtung der Hauptachse.
Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn wenigstens
zwei Führungsbahnen spiegelbildlich beidseits einer Mittelebene
angeordnet sind und hierbei entweder von der Mittelebene wegweisen
oder der Mittelebene zugewandt sind.
-
Die
Lineareinheit kann mindestens eine Gruppe von axial aufeinanderfolgenden
Stützrollen aufweisen, deren Drehachsen derart quer zueinander
angeordnet sind, dass sie sich in Achsrichtung der Hauptachse betrachtet überkreuzen,
wobei die Stützrollen dieser überkreuz angeordneten
Stützrollen an jeweils einer eigenen Führungsbahn
anliegen und diese Führungsbahnen winkelig zueinander angeordnet
sind. Auf diese Weise lässt sich mit einfachen Mitteln
insbesondere erreichen, dass der Schlitten sich nicht nur von oben
her auf dem Basiselement abstützen kann, sondern auch in
Gegenrichtung, und er somit von dem Basiselement nicht abheben kann.
-
Vorzugsweise
sind die Stützrollen derart stabilisiert am Schlittenkörper
abgestützt, dass ihre zur Drehachse rechtwinkelige Mittelebene
stets parallel zu Hauptachse verläuft und nicht um eine
zur Ebene der zugeordneten Führungsbahn rechtwinkelige
Achse pendeln kann. Die Stützrollen bleiben dadurch bei der
Linearbewegung des Schlittens immer exakt in der linearen Spur.
-
Die
unabhängig voneinander verschwenkbaren Stützrollen
sind zweckmäßigerweise Bestandteile individueller
Stürzrolleneinheiten, wobei sie jeweils an einem Stützrollenträger
drehbar und unverschwenkbar gelagert sind und zur Gewährleistung der
gewünschten Ausrichtung der Stützrollenträger am
Schlittenkörper verschwenkbar gelagert ist. Auf diese Weise
bieten sich vielfältige Möglichkeiten zur Realisierung
der Schwenklagerung.
-
Besonders
vorteilhaft ist eine Realisierung der Schwenklagerung der Stützrolleneinheiten
in einer Weise, bei der der Stützrollenträger
mit einer von der Führungsbahn abgewandten Führungskontur gleitverschieblich
an einer am Schlittenkörper angeordneten Gegenführungskontur
anliegt, wobei diese vorgenannten Konturen so aneinander angepasst sind,
dass der Stützrollenträger sich um eine virtuelle Ausrichtachse
verschwenkt, wenn er mit seiner Führungskontur an der Gegenführungskontur
abgleitet. Die virtuelle Ausrichtachse ist dabei zweckmäßigerweise
der Gegenführungskontur in Richtung zur zugeordneten Führungsbahn
vorgelagert und liegt insbesondere zwischen der Gegenführungskontur
und der Führungsbahn.
-
Zweckmäßigerweise
ist die Führungskontur in Gestalt mindestens eines rückseitigen
Führungsvorsprunges des Stützrollenträgers
verwirklicht und die Gegenführungskontur von einer als
Gegenführungsvertiefung bezeichneten Vertiefung des Schlittenkörpers,
in die der mindestens eine Führungsvorsprung eingreift.
Sowohl der mindestens eine Führungsvorsprung als auch die
zugeordnete gegenführungsvertiefung haben hier zweckmäßigerweise
eine zur Hauptachse parallele Längserstreckung.
-
Für
den Stützrollenträger empfiehlt sich eine haubenförmige
Gestaltung mit insbesondere einer kastenförmigen Profilierung.
Die Stützrolle ist insbesondere größtenteils
zwischen den Seitenwänden des Stützrollenträgers
aufgenommen und ragt lediglich an der Seite der Führungsbahn
ein Stückweit aus dem Stützrollenträger
heraus.
-
Die
Stützrolleneinheiten bieten die Möglichkeit, eine
dahingehende Schwenklagerung zu verwirklichen, dass der Stützrollenträger
nur lose am Schlittenkörper anliegt und nur durch das Zusammenwirken
zwischen der Stützrolle und der Führungsbahn an
den Schlittenkörper angedrückt wird. Auf diese
Weise sind die Stützrolleneinheiten jeweils zwischen dem
Schlittenkörper und der zugeordneten Führungsbahn
schwenkbeweglich und hinsichtlich des Verlaufes der Führungsbahn
anpassungsfähig eingespannt.
-
Wird
die Lineareinheit mit hoher Dynamik betrieben, besteht die Gefahr,
dass durch die Verformung einzelner Komponenten ein zeitweiliges
Abheben einer oder mehrerer Stützrollen von der zugeordneten
Führungsbahn auftritt. Da die betroffene Stützrolle
dann ihre Rotationsgeschwindigkeit verringert, tritt beim neuerlichen
in Kontakt Treten mit der Führungsbahn aufgrund des herrschenden
Trägheitsmomentes eine vorübergehend sehr hohe
Reibung auf, die den Verschleiß begünstigt und
unter Umständen zu störenden Abplattungen der
Lauffläche der Stützrolle führen kann.
Um dieser Problematik zu begegnen, ist es von Vorteil, wenn zwischen
dem Stützrollenträger und dem Schlittenkörper
wirkende federelastische Vorspannmittel vorhanden sind, die den Schlittenkörper
und folglich die zugeordnete Stützrolle ständig
in Richtung der Führungsbahn vorspannen, so dass die Stützrolle
nie von der Führungsbahn abheben kann. Tritt aufgrund der
geschilderten Verformungen eine Vergrößerung des
Abstandes zwischen dem Schlittenkörper und der Führungsbahn auf,
führt dies somit nur zu einer Veränderung des Abstandes
zwischen dem Stützrollenträger und dem Schlittenkörper,
nicht aber zu einem Abheben der Stützrolle von der Führungsbahn.
-
Die
federelastischen Vorspannmittel sind insbesondere so ausgelegt,
dass sie ständig unter Vorspannung stehen und dennoch im
normalen Betrieb der Lineareinheit sowohl die Stützrolle
an der Führungsbahn als auch der Stützrollenträger
am Schlittenkörper anliegt.
-
Die
Vorspannmittel können insbesondere mindestens ein aus Material
mit gummielastischen Eigenschaften bestehendes Vorspannelement enthalten,
das zweckmäßigerweise in einer Ausnehmung des
Stützrollenträgers aufgenommen ist.
-
Die
Stützrollenträger sind insbesondere so in ihrer
Gestaltung auf diejenige des Schlittenkörpers abgestimmt,
dass sie lediglich an ihrer Rückseite mit dem Schlittenkörper
in Kontakt steht, also insbesondere nur mit der gegebenenfalls vorhandenen
Führungskontur. Ansonsten liegt der Stützrollenträger ringsum
völlig frei und hat somit optimale Bewegungsmöglichkeiten
zum Verschwenken bei der Ausrichtung an die Lage der Führungsbahn.
-
Zweckmäßigerweise
ist die Lineareinheit mit Einstellmitteln ausgestattet, mit denen
sich der zwischen mehreren, an unterschiedlichen Führungsbahnen
anliegenden Stützrollen quer zur Hauptachse vorhandene
Abstand einstellen lässt, um die Vorspannung zwischen den
Stützrollen und den Führungsbahnen nach Bedarf
vorgeben zu können. Die Einstellmittel enthalten insbesondere
Exzentermittel zur leichten Justierung.
-
Bei
dem Basiselement handelt es sich vorzugsweise um ein Verbundelement
bestehend aus einem Basiskörper in Form eines stranggepressten Hohlprofilteiles
und mehreren streifenförmigen Führungselementen,
die als eigenständige Komponenten an dem Basiskörper
fixiert sind. Man hat somit die Möglichkeit, für
den Basiskörper ein kostengünstiges Material zu
verwenden und lediglich für die Führungsbahnen
ein hochwertigeres und besonders verschleißfestes und mithin
auch teureres Material einzusetzen.
-
Die
Lineareinheit kann als passive Einheit genutzt werden, die keine
eigenen Antriebsmittel aufweist. Besonders vorteilhaft ist allerdings
eine Ausführung als Linearantrieb, wobei sie mit zwischen dem
Schlitten und dem Basiselement wirkenden Antriebsmitteln zum aktiven
Hervorrufen der Linearbewegung des Schlittens ausgestattet ist.
Die Antriebsmittel können elektrischer, fluidischer oder
kombiniert elektro-fluidischer Art sein.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
-
1 eine
bevorzugte erste Ausführungsform der erfindungsgemäß Lineareinheit
in einer perspektivischen Darstellung,
-
2 eine
Stirnansicht der Lineareinheit aus 1 mit Blickrichtung
gemäß Pfeil II bei abgenommenem Abschlussdeckel
des Schlittens,
-
3 eine
perspektivische Einzeldarstellung des Schlittens,
-
4 einen
vergrößerten Ausschnitt des Schlittens im Bereich
einer Stützrolle und mit Abbildung der dieser Stützrolle
zugeordneten Führungsbahn unter Verdeutlichung der das
Ausrichten ermöglichenden Verschwenkbarkeit, wobei die
Mittel zur verschwenkbaren Lagerung nochmals separat vergrößert
abgebildet sind,
-
5 zwei
aus mehreren Stützrolleneinheiten zusammengesetzte Führungseinheiten
in explosionsartiger Darstellung,
-
6 eine
teilweise aufgebrochene perspektivische Abbildung des Schlittenkörpers
zur Verdeutlichung der die Einstellung der Vorspannung der Stützrollen
ermöglichenden Einstellmittel,
-
7 einen
vergrößerten Ausschnitt der 6 gemäß Schnittlinie
VII-VII im Bereich der Einstellmittel,
-
8 eine
Einzeldarstellung einer Stützrolleneinheit einschließlich
an ihr vorgesehener Vorspannmittel und
-
9 eine
Explosionsdarstellung der in 8 abgebildeten
Stützrolleneinheit.
-
Die
in ihrer Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Lineareinheit
verfügt über ein Längserstreckung aufweisendes
Basiselement 2, dessen strichpunktiert angedeutete Längsachse
als Hauptachse 3 bezeichnet sei, und an dem ein Schlitten 4 derart
gelagert ist, dass er in Achsrichtung der Hauptachse 3 eine
durch einen Doppelpfeil angedeutete, hin und her gehende Linearbewegung 5 relativ
zu dem Basiselement 2 ausführen kann.
-
Zweckmäßigerweise
ist die Lineareinheit 1 als Linearantrieb ausgebildet,
der mit in der Zeichnung nur strichpunktiert angedeuteten Antriebsmitteln 6 ausgestattet
ist, die zwischen dem Basiselement 2 und dem Schlitten 4 wirken,
um eine die Linearbewegung 5 hervorrufende Antriebskraft
zu erzeugen. Exemplarisch handelt es sich um elektrische Antriebsmittel 6,
insbesondere der Art, die ein elektrodynamisches Lineardirektantriebssystem
bilden. Eine strichpunktiert angedeutete erste Antriebseinheit 6a ist
ortsfest am Basiselement 2 angeordnet, eine damit berührungslos
kooperierende zweite Antriebseinheit 6b befindet sich am
Schlitten 4. Abweichend von dem gezeigten Antriebskonzept
könnten die Antriebsmittel 6 auch ausgebildet
sein, um zum Hervorrufen der Linearbewegung 5 fluidische
Antriebskräfte oder kombiniert elektrische und fluidische
Antriebskräfte zu generieren.
-
Das
Basiselement 2 beinhaltet vorzugsweise einen sich längs
der Hauptachse 3 erstreckenden Basiskörper 7,
der zweckmäßigerweise aus einem durch Strangpressen
hergestellten Hohlprofilteil besteht, das bei geringem Gewicht über
eine hohe Steifigkeit verfügt und das sich kostengünstig
mit beliebiger Länge herstellen lässt. An dem
Basiskörper 7 sind mehrere sich in Achsrichtung
der Hauptachse 3 erstreckende streifenförmige
Führungselemente 8 befestigt, die jeweils eine
ebene Führungsbahn 12 definieren, an denen sich
der Schlitten 4 gleichzeitig jeweils rechtwinkelig zu der
Hauptachse 3 abstützt und die dem Schlitten 4 seine
Bewegungsrichtung vorgeben. Jede Führungsbahn 12 erstreckt
sich in einer als Führungsebene 13 bezeichenbaren
Ebene, die durch die Hauptachse 3 und eine dazu rechtwinkelige
Querachse aufgespannt ist. Zweckmäßigerweise entspricht
die Länge der Führungsbahnen 12 derjenigen
des Basiskörpers 7.
-
Der
Schlitten 4 umfasst einen beim Ausführungsbeispiel
mehrteiligen Schlittenkörper 14, der einen im
Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist und mit seiner
U-Öffnung voraus derart an einen eine Führungsschiene 15 bildenden
Abschnitt des Basiselementes 12 angesetzt ist, dass er
diese Führungsschiene 15 reiterähnlich übergreift.
Die Führungsschiene 15 ist von zwei seitlichen
Schenkelabschnitten 16a, 16b des Schlittenkörpers 14 seitlich
beidseits flankiert und von einem die beiden Schenkelabschnitte 16a, 16b verbindenden
plattenförmigen Stegabschnitt 17 des Schlittenkörpers 14 übergriffen.
Insbesondere an dem Stegabschnitt 17, bei Bedarf aber auch
an anderer Stelle des Schlittenkörpers 14, sind
Befestigungsmittel 18 angeordnet, die die Verbindung mit
einem externen Bauteil ermöglichen, das durch den Schlitten 4 in
seiner Bewegung geführt und eventuell auch zu einer Linearbewegung
angetrieben werden soll.
-
Die
Führungselemente 8 sind vorzugsweise ein Bestandteil
der Führungsschiene 15 und sind insbesondere an
deren beiden seitlichen Flanken angeordnet. Sie können
in vorbereitete profilierte Halteabschnitte des Basiskörpers 7 eingeschoben
sein. Bevorzugt bestehen sie aus einem hochwerten und verschleißfesten
Stahlmaterial. Im Gegensatz dazu kann der Basiskörper 7 insbesondere
aus einem kostengünstigen Aluminiummaterial hergestellt
sein.
-
Eine
Mehrzahl von mit dem Schlitten 4 bewegungsgekoppelten Stützrollen 22 ist
an dem Schlittenkörper 14 in Achsrichtung der
Hauptachse 3 ortsfest fixiert. Alle Stützrollen 22 machen
folglich die Linearbewegung 5 des Schlittens 4 mit.
Jede Stützrolle 22 verfügt an ihrem radial
nach außen weisenden Außenumfang über
eine kreiszylindrische Lauffläche 23, mit der
sie an einer der Führungsbahnen 12 anliegt und
möglichst plan anliegen sollte.
-
Bei
der Linearbewegung des Schlittens 4 wälzen sich
die Stützrollen 22 mit ihrer Lauffläche 23 auf
der jeweils zugeordneten Führungsbahn 12 ab und
rotieren dabei um ihre im Folgenden als Drehachse 24 bezeichnete
Längsachse, die rechtwinkelig zur Hauptachse 3 ausgerichtet
ist.
-
Das
Basiselement 2 verfügt über eine zu seiner
Hauptachse 3 rechtwinkelige Querachse 25 und eine
zu der Querachse 25 und der Hauptachse 3 rechtwinkelige
Hochachse 26. Die U-Öffnung des Schlittenkörpers 14 ist
in Achsrichtung der Hochachse 26 orientiert. Die beiden
seitlichen Flanken der Führungsschiene 15 weisen
voneinander weg, in Achsrichtung der Querachse 25.
-
Die
Führungsschiene 15 ist seitlich, also an ihren
in Achsrichtung der Querachse 25 weisenden Seiten, von
jeweils mehreren der Stützrollen 22 flankiert,
wobei diese Stützrollen 22 zwischen jeweils der Führungsschiene 15 und
einem der beiden seitlichen Schenkelabschnitte 16a, 16b des
Schlittenkörpers 14 angeordnet sind, wo sich ein
ausreichend großer Freiraum befindet.
-
Auf
später noch zu erläuternde Weise sind die Stützrollen 22 in
der Lage, sich bezüglich des Schlittenkörpers 14 rechtwinkelig
zu ihrer Drehachse 24 abzustützen. Auf diese Weise
ergibt sich eine Abstützung des Schlittenkörpers 14 bezüglich
des Basiselements 2 unter Zwischenschaltung der Stützrollen 22.
Bevorzugt ist die Anordnung so getroffen, dass der Schlittenkörper 14 gegenüber
dem Basiselement 2 in jeder radialen Richtung bezüglich
der Hauptachse 3 abgestützt ist.
-
Dafür
verantwortlich ist vor allem die Anzahl, Anordnung und Ausrichtung
der Führungsbahnen 12 und der Stützrollen 22.
-
Insgesamt
verfügt das Basiselement 2 beim Ausführungsbeispiel über
vier Führungsbahnen 12. Zwei erste Führungsbahnen 12a davon
befinden sich in spiegelbildlicher Anordnung beidseits einer ersten Mittelebene 27a,
die gemeinsam von der Hauptachse 3 und der Hochachse 26 aufgespannt
ist. Dabei sind die ersten Führungsbahnen 12a,
in Achsrichtung der Hauptachse 3 betrachtet, derart geneigt
zueinander angeordnet, dass sie schräg von der ersten Mittelebene 27a wegweisen
und ihre Führungsebenen 13 mit der ersten Mittelebene 27a einen
gleichen spitzen Winkel einschließen, wobei beide Führungsebenen 13 die
erste Mittelebene 27a an der gleichen Stelle schneiden.
In Achsrichtung der Hauptachse 3 gesehen bilden die beiden
Führungsebenen 13 ein V mit nach oben weisender
Spitze, wobei die ersten Führungsbahnen 12a an
den Außenseiten der V-Schenkel angeordnet sind.
-
Zwei
zweite Führungsbahnen 12b sind in gleicher Weise
wie die ersten Führungsbahnen 12a spiegelsymmetrisch
zu der ersten Mittelebene 27a angeordnet, weisen jedoch
anders als die ersten Führungsbahnen 12a nicht
schräg nach oben in Richtung zum Schlittenkörper 14,
sondern entgegengesetzt, schräg nach unten. Die Schnittlinie
ihrer Führungsebenen 13 mit der ersten Mittelebene 27a ist
daher von dem Stegabschnitt 17 nach unten hin weiter entfernt
als bei den ersten Führungsbahnen 12a. Auch hier
bilden also in Achsrichtung der Hauptachse 3 gesehen die
beiden Führungsebenen 13 ein V, bei dem die zweiten
Führungsbahnen 12b an den Außenseiten
der V-Schenkel angeordnet sind, dessen Spitze allerdings nach unten
weist.
-
Die
Führungsbahnen 12a, 12b der beiden Führungsbahnpaare
sind zweckmäßigerweise mit gleichem Abstand beidseits
der ersten Mittelebene 27a angeordnet. Zweckmäßigerweise
ist auch die Neigung der Führungsebenen 13 sämtlicher
Führungsbahnen 12a, 12b bezüglich
der ersten Mittelebene 27a gleich groß und beträgt
insbesondere 45°.
-
Die
beiden Paare erster und zweiter Führungsbahnen 12a, 12b sind
so angeordnet, dass sich jeweils eine erste Führungsbahn 12a und
eine zweite Führungsbahn 12b bezüglich
einer von der Hauptachse 3 und der Querachse 25 aufgespannten
zweiten Mittelebene 27b spiegelbildlich in Achsrichtung der
Hochachse 26 gegenüberliegen. Auf diese Weise ergibt
sich im Bereich beider Flanken der Führungsschiene 15 jeweils
ein Führungsbahnpaar bestehend aus einer ersten Führungsbahn 12a und
einer dieser in Höhenrichtung gegenüberliegenden
zweiten Führungsbahn 12b, wobei die Führungsbahnen 12a, 12b dem
jeweils zugeordneten seitlichen Schenkelabschnitt 16a, 16b zugewandt
sind. Die Führungsebenen 13 jedes solchen Führungsbahnpaares 12a, 12b bilden
gemeinsam eine V-förmige Konfiguration, wobei die V-Öffnung
seitwärts orientiert und dem zugeordneten Schenkelabschnitt 16a, 16b zugewandt
ist.
-
An
jeder Führungsbahn 12a, 12b liegt mindestens
eine Stützrolle 22 mit ihrer Lauffläche 23 an. Bevorzugt
ist die Anordnung so getroffen, dass an jeder Führungsbahn 12a, 12b zwei
axial zueinander beabstandete Stützrollen 22 abrollen.
Dadurch lässt sich eine exakte Ausrichtung des Schlittens 4 bezüglich
des Basiselements 2 gewährleisten.
-
Auf
beiden Längsseiten der Führungsschiene 15 ist
je eine Führungseinheit 28 angeordnet, die mehrere – beim
Ausführungsbeispiel zwei Stück – Stützrollengruppen 29 beinhaltet,
die jeweils zwei in Achsrichtung der Hauptachse 3 aufeinan derfolgende Stützrollen 22 umfassen,
die derart verdreht zueinander angeordnet sind, dass sich ihre Drehachsen 24 – in
Achsrichtung der Hauptachse 3 betrachtet – überkreuzen.
Der Kreuzungswinkel beträgt beim Ausführungsbeispiel
90°, so dass jede Stützrollengruppe 29 zwei
aufeinanderfolgende Stützrollen 22 beinhaltet, von
denen die eine an der ersten Führungsbahn 12a und
die andere an der zweiten Führungsbahn 12b anliegt.
Mit dieser Kreuzrollenanordnung ergibt sich die oben erwähnte
allseitige Querabstützung des Schlittenkörpers 14 mit
Bezug zum Basiselement 2.
-
Wie
insbesondere aus 5 ersichtlich ist, kann zwischen
den auf der gleichen Seite der Führungsschiene 15 angeordneten
Stützrollengruppen 29 bei Bedarf ein Distanzelement 32 angeordnet sein,
das die Stützrollengruppen 29 auf einem vorbestimmten
Abstand zueinander hält. An einem axialen Herausfallen
aus dem Schlittenkörper 14 werden die Stützrollen 22 durch
stirnseitige Halteelemente 33 gehindert, die stirnseitig
vor die Führungseinheiten 28 ragen und am Schlittenkörper 14 befestigt
sind. In 1 sind die Halteelemente 33 nicht
zu sehen, weil sie von stirnseitigen Abschlussdeckeln 34 des
Schlittenkörpers 14 verdeckt werden.
-
Ein
besonderer Vorteil der Lineareinheit 1 besteht darin, dass
bevorzugt sämtliche Stützrollen 22 derart
am Schlitten 4 gelagert sind, dass sie unabhängig
voneinander um jeweils eine als Ausrichtachse 35 bezeichnete
Achse relativ zum Schlittenkörper 14 verschwenkbar
sind. Jede Ausrichtachse 35 erstreckt sich parallel zu
der Hauptachse 3. Zweckmäßigerweise fallen
die zur gleichen Führungseinheit 28 gehörenden
Ausrichtachsen 35 zusammen.
-
Die
Schwenkbeweglichkeit ermöglicht den Stützrollen 22 ein
aus 4 näher ersichtliches dahingehendes Ausrichten, dass
sich ihre Lauffläche 23 jeweils plan an die zugeordnete
Führungsbahn 12 anlegen kann.
-
In 4 ist
strichpunktiert bei 36 die zur Drehachse 24 rechtwinkelig
verlaufende Mittelebene einer Stützrolle 22 angedeutet,
wobei diese Mittelebene 36 die kreiszylindrische Lauffläche 23 breitenmittig
schneidet. Gezeigt ist ein Momentanzustand, wie er möglicherweise
während des Zusammenbaus der Lineareinheit 1 auftritt,
im zusammengebauten Zustand jedoch aufgrund der Schwenkbeweglichkeit vermieden
wird. Man erkennt eine Schrägstellung der Stützrolle 22 mit
Bezug zur zugeordneten Führungsbahn 12, so dass
die Stützrolle 22 nur im Bereich einer Kante der
Lauffläche 23 an der Führungsbahn 12 anliegt
und zur gegenüberliegenden Rollenkante hin ein sich keilförmig
erweiternder Zwischenraum 37 vorhanden ist. Würde
die Lineareinheit 1 in diesem Zustand betrieben, träte
aufgrund der kleinen Auflagezone und der dort auftretenden starken
Flächenpressung ein verstärkter Verschleiß auf.
Die Schwenkbeweglichkeit bezüglich der Ausrichtachse 35 ermöglicht
es nun aber der Stützrolle 22, sich so um die
Ausrichtachse 35 zu verdrehen, dass die Mittelebene 36 eine
zur Führungsebene 13 rechtwinkelige Ausrichtung
einnimmt und folglich die Lauffläche 23 exakt
plan an der Führungsbahn 12 anliegt.
-
Die
das Ausrichten ermöglichende Verschwenkbarkeit um die Ausrichtachse 35 ist
in der Zeichnung bei 37 durch einen Doppelpfeil angedeutet.
-
Das
Ausrichten der Stützrollen 22 geschieht selbsttätig
beim Zusammenbau der Lineareinheit 1, wenn die Lauffläche 23 an
die zugeordnete Führungsbahn 12 angedrückt
wird.
-
Vorzugsweise
bleibt die Schwenkbeweglichkeit der Stützrollen 22 auch
nach dem Zusammenbau der Lineareinheit 1 gewährleistet,
so dass selbst noch während des andauernden Betriebes der
Lineareinheit 1 eine ständige Ausrichtung der
Stützrollen 22 unabhängig voneinander
möglich ist, um möglichen toleranzbedingten Lageabweichungen
Rechnung zu tragen.
-
Es
ist zweckmäßig, die Stützrollen 22 als
individuelle Stützrollen auszuführen, die nicht
in Wechselwirkung miteinander stehen. Hierzu sind die Stützrollen 22 beim
Ausführungsbeispiel unabhängig voneinander an
dem Schlittenkörper 14 gelagert. Dies geschieht
zweckmäßigerweise unter Zwischenschaltung je eines
Stützrollenträgers 38, mit dem die Stützrolle 22 zu
einer individuellen Stützrolleneinheit 42 zusammengefasst
ist.
-
Der
Stützrollenträger 38 verfügt über
ein U-förmiges Querschnittsprofil mit zwei zueinander beabstandeten
Lagerschenkeln 43, die einenends durch eine Tragplatte 44 miteinander
verbunden sind. Die Stützrolle 22 taucht zwischen
die beiden Lagerschenkel 43 ein und ist von einer in den
beiden Lagerschenkeln 43 verankerten Lagerwelle 45 durchsetzt,
um die sie rotieren kann, wobei die Längsachse der Lagerwelle 45 die
Drehachse 24 definiert.
-
Als
besonders zweckmäßig hat sich die aus 8 und 9 gut
ersichtliche Gestaltung des Stützrollenträgers 38 erwiesen,
wonach er haubenförmig ausgebildet ist, insbesondere mit
einer kastenförmigen Struktur. Die Seitenwände 46 des
haubenförmigen Stützrollenträgers 38 bilden
die Lagerschenkel 43, während sein Bodenabschnitt
die Tragplatte 44 bildet. An der offenen Vorderseite des
Stützrollenträgers 38 ragt die Stützrolle 22 mit
ihrem an der Führungsbahn 12 anliegenden Umfangsabschnitt
heraus.
-
Die
Stützrolleneinheiten 42 sind derart zwischen die
seitlichen Schenkelabschnitte 16a, 16b des Schlittenkörpers 14 und
die Führungsbahnen 12 eingegliedert, dass die
offene Vorderseite jeder Stützrolleneinheit 42 einer
Führungsbahn 12 zugewandt ist und die den rückseitigen
Bodenabschnitt des Stützrollenträgers 38 bildende
Tragplatte 44 mit ihrer Außenfläche am
Schlittenkörper 14 anliegt.
-
Die
Schwenklagerung der Stützrolleneinheit 42, also
ihre Verschwenkbarkeit 37 um die Ausrichtachse 35,
wird zweckmäßigerweise allein durch einen gleitverschieblichen
Kontakt zwischen der Tragplatte 44 und dem Schlittenkörper 14 definiert. Die
Tragplatte 44 verfügt an ihrer der Stützrolle 22 entgegengesetzten
rückwärtigen Außenseite über eine
Führungskontur 47, mit der sie gleitverschieblich an
einer daran angepassten Gegenführungskontur 48 anliegt,
die an einer Innenfläche des Schlittenkörpers 14,
insbesondere an der Innenfläche eines seitlichen Schenkelabschnittes 16a, 16b,
ausgebildet ist.
-
Die
Führungskontur 47 beinhaltet insbesondere einen
rippenartigen Führungsvorsprung 52 mit einer Längserstreckung
parallel zur gewünschten Ausrichtachse 35. Er
ist mittig insbesondere abgeflacht und seitlich durch abgerundete
Führungsabschnitte 54 begrenzt. Die Gegenführungskontur 48 besteht
zweckmäßigerweise aus einer Gegenführungsvertiefung 53 in
der Innenoberfläche des Schlittenkörpers 14.
Auch sie hat eine zur gewünschten Ausrichtachse 35 parallele
Längserstreckung. Sie ist vorzugsweise kreisbogenförmig
gekrümmt, wobei ihre Krümmungsachse mit der Ausrichtachse 35 zusammenfällt
oder wenigstens parallel dazu verläuft.
-
Der
Führungsvorsprung 52 liegt mit seinen beiden quer
beabstandeten Führungsabschnitten 54 an der konkaven
Fläche der Gegenführungsvertiefung 53 an
und kann mit diesen Führungsabschnitten 54 an
der Gegenführungsvertiefung 53 abgleiten, was
ein Verschwenken des Stützrollenträgers 38 um das
Krümmungszentrum der Gegenführungsvertiefung 53 zur
Folge hat, wobei dieses Krümmungszentrum wie erwähnt
die – hier virtuelle – Ausrichtachse 35 definiert.
-
Die
Lage der Ausrichtachse 35 hängt unter anderem
vom Krümmungsradius der Gegenführungsvertiefung 53 und
vom gegenseitigen Abstand der beiden Führungsabschnitte 54 ab.
Zweckmäßigerweise erfolgt eine dahingehende Auslegung,
dass die Ausrichtachse 35 die Drehachse 24 der
zugeordneten Stützrolle 22 schneidet. Außerdem
ist es von Vorteil, wenn die Ausrichtachse 35 mit der zur
Drehachse 24 rechtwinkeligen Mittelebene 36 der
Stützrolle 22 zusammenfällt.
-
Als
zweckmäßig hat es sich erwiesen, wenn die Ausrichtachse 35 so
platziert wird, dass sie mit Abstand zwischen der mit der Stützrolleneinheit 42 kooperierenden
Führungsbahn 12 und der zugeordneten Gegenführungsvertiefung 53 zu
liegen kommt. Tendenziell ist die Lagerung umso besser, je näher die
Ausrichtachse 35 bei der Führungsbahn 12 zu
liegen kommt.
-
Die
Stützrolleneinheit 42 ist zwischen der Führungsbahn 12 und
der Gegenführungskontur 48 eingespannt, wobei
sie insbesondere auch an der Gegenführungskontur 48 nur
lose anliegt. Es bedarf keiner zusätzlichen Fixierung quer
zur Ausrichtachse 35. Insofern erspart man sich aufwendige
Befestigungsmittel.
-
Wenn
eine Stützrolleneinheit 42 ihre Schwenkbewegung 47 ausführt,
gleitet die Führungskontur 47 gemäß Doppelpfeil 55 an
der Gegenführungskontur 48 ab.
-
Bedingt
dadurch, dass Führungskontur 47 und Gegenführungskontur 48 jeweils
eine Längsausrichtung parallel zur Hauptachse 3 aufweisen,
kann sich die Stützrolleneinheit 42 nicht um eine
zur Hauptachse 3 und zur Drehachse 24 rechtwinkelige Achse
drehen. Die Mittelebene 36 behält somit ihre Parallelausrichtung
zur Hauptachse 3 ungeachtet der Schwenkposition der Stützrolleneinheit 42 ständig bei.
Dies gewährleistet ein exaktes Abwälzen der Stützrollen 22 an
der Führungsbahn 12 ohne Pendelbewegungen. Die
Ausrichtachse 35 behält ihre Position stets unverändert
bei.
-
An
jedem seitlichen Schenkelabschnitt 16a, 16b sind
zweckmäßigerweise zwei bezüglich der Ausrichtachse 35 um
90° zueinander verdreht positionierte Gegenführungskonturen 48 angeordnet,
die jeweils einer der Führungsbahnen 12a beziehungsweise 12b gegenüberliegen.
Die Stützrollenträger 38 solcher Stützrollen 22,
deren Drehachsen 24 überkreuz angeordnet sind,
stützen sich folglich an unterschiedlichen Gegenführungskonturen 48 ab.
-
Vorzugsweise
sind die einander paarweise zugeordneten Gegenführungskonturen 48 von
der Innenfläche einer rinnenförmigen Vertiefung 56 gebildet,
mit der der Schlittenkörper 14 an den einander zugewandten
Innenflächen seiner beiden seitlichen Schenkelabschnitte 16a, 16b jeweils
versehen ist. Je eine solche rinnenartige Vertiefung 56 liegt
der V-Öffnung eines Führungsbahnpaares 12a, 12b in
Achsrichtung der Querachse 25 gegenüber und begrenzt gemeinsam
mit dem Führungsbahnpaar 12a, 12b einen
kanalförmigen Zwischenraum, der eine der Führungseinheiten 28 aufnimmt.
-
Die
Vorspannung, mit der die Stützrolleneinheiten 42 zwischen
dem Schlittenkörper 14 und den Führungsbahnen 12 eingespannt
sind, lässt sich zweckmäßigerweise durch
Einstellmittel 57 variabel vorgeben. Die Einstellmittel 57 gestatten
ein Variieren und Festsetzen des in Achsrichtung der Querachse 25 vorhandenen
Abstandes zwischen den beidseits der Führungsschiene 15 angeordneten
Gegenführungskonturen 48 und somit des entsprechend gemessenen
gegenseitigen Abstandes der sich in Achsrichtung der Querachse 25 gegenüberliegenden Stützrollen 22.
-
Zur
Realisierung der Einstellmittel 57 sind die dem einen Führungsbahnpaar 12a, 12b zugeordneten
Gegenführungskonturen 48 an einer sich parallel zur
Hauptachse 3 erstreckenden Einstellleiste 58 ausgebildet,
die den in der Zeichnung rechts liegenden ersten seitlichen Schenkelabschnitt 16a des Schlittenkörpers 14 bildet,
der mittels mehrerer Klemmschrauben 62 – in 6 strichpunktiert
angedeutet – lösbar fest mit dem Stegabschnitt 17 verspannt
ist. Bei leicht gelösten Klemmschrauben 62 kann
die Einstellleiste 58 relativ zu dem Stegabschnitt 17 in
Achsrichtung der Querachse 25 bewegt werden, um den genannten
Abstand zu variieren. Ist der gewünschte Abstand gefunden,
werden die Klemmschrauben 62 wieder festgezogen.
-
Eine
vergleichbare Art der Befestigung ist auch dann möglich,
wenn die Einstellleiste 58 nur einen Endabschnitt des ersten
Schenkelabschnittes 16a bildet.
-
Zur
Veränderung des Querabstandes sind die Einstellmittel 57 zweckmäßigerweise
mit Exzentermitteln 63 ausgestattet, die zweckmäßigerweise zweifach
vorhanden sind, mit einem gewissen Abstand in Achsrichtung der Hauptachse 3.
-
Die
Exzentermittel 63 enthalten vorzugsweise jeweils einen
Exzenterstift 64, der den Stegabschnitt 17 in
Höhenrichtung durchsetzt und darin mittels eines kreiszylindrischen
Lager abschnittes 67 um dessen Längsachse 66 gemäß Doppelpfeil 65 verdrehbar
gelagert ist. An den Lagerabschnitt 67 schließt
sich in exzentrischer Anordnung ein wiederum kreiszylindrischer
Beaufschlagungsabschnitt 68 an, der in eine Aufnahmebohrung 69 der
Einstellleiste 58 eintaucht. Durch Verdrehen des Lagerabschnittes 67 mittels
eines stirnseitig daran ansetzbaren Betätigungswerkzeuges
verändert der Beaufschlagungsabschnitt 68 seinen
Abstand zur Hauptachse 3 und verschiebt somit die Einstellleiste 58 einschließlich
den daran angeordneten Gegenführungskonturen 48 gemäß Doppelpfeil 73 quer
zur Hauptachse 3.
-
Es
versteht sich, dass die Einstellmittel 57 auch anderweitig
ausgebildet sein können, um eine Variation der Vorspannung
der Stützrolleneinheiten 42 zu ermöglichen.
-
Zweckmäßigerweise
enthält die Lineareinheit auch noch federelastische Vorspannmittel 74, die
jeweils zwischen einem Stützrollenträger 38 und dem
Schlittenkörper 14 platziert sind und die den Stützrollenträger 38 und
folglich die diesem zugeordnete Stützrolle 22 ständig
mit einer Federkraft F (4) gegen die zugeordnete Führungsbahn 12 vorspannen.
-
Bevorzugt
handelt es sich bei den federelastischen Vorspannmitteln 74 um
ein oder mehrere Vorspannelemente aus gummielastischem Material,
die in einer zur Rückseite des Stützrollenträgers 38 offenen
Ausnehmung 75 der Tragplatte 44 aufgenommen sind
und über diese um ein gewünschtes Ausgangsmaß vorstehen,
solange die Stützrolleneinheit 42 noch nicht montiert
ist.
-
Bei
der Montage drücken die federelastischen Vorspannmittel 74 gegen
den Schlittenkörper 14 und werden axial zusammengedrückt,
wobei sich die Federkraft F aufbaut. Die Ausnehmungen 75 befinden
sich insbesondere in der Führungskontur 47 und
ihre Öffnungen weisen zur Gegenführungskontur 48.
-
Die
Federkraft F der Vorspannmittel 74 ist geringer als die
durch die anderen Maßnahmen, insbesondere durch die Einstellmittel 57 realisierte
Vorspannung. Dies bedeutet, dass bei fertigmontierter Lineareinheit 1 die
Vorspannmittel 74 so stark zusammengedrückt sind,
dass der gewünschte abstützende Kontakt zwischen
der Führungskontur 47 und der Gegenführungskontur 48 vorhanden
ist, der Stützrollenträger 38 also am
Schlittenkörper 14 anliegt.
-
Wenn
nun aber im Betrieb der Lineareinheit 1 aufgrund von beispielsweise
Schwingungen oder sonstigen Unregelmäßigkeiten
kurzzeitig ein Zustand auftritt, der eine Vergrößerung
des Abstandes zwischen einer Gegenführungskontur 48 und
der dieser gegenüberliegenden Führungsbahn 12 zur
Folge hat, so bewirken die federelastischen Vorspannmittel 74 ein
ständiges, kontinuierliches Nachführen der Stützrolleneinheit 42 in
Bezug auf die zugeordnete Führungsbahn 12. Die
federelastischen Vorspannmittel 74 sorgen also dafür,
dass die Abstandsvergrößerung nicht zu einem Abheben
der Stützrolle 22 von der Führungsbahn 12 führt,
sondern lediglich zu einem kontrollierten Abheben des Stützrollenträgers 38 von
der Gegenführungskontur 48.
-
Somit
bleibt der Kontakt zwischen den Stützrollen 22 und
den Führungsbahnen 12 stets erhalten, was zu einem
gleichmäßigen Abrollen führt und keine unerwünschte
Reibung zur Folge hat. Eine solche könnte auftreten, wenn
die Stützrollen 22 vorübergehend von
einer Führungsbahn 12 abheben würden und
beim anschließenden neuerlichen Kontakt mit der Führungsbahn 12 eine
reduzierte Rotationsgeschwindigkeit aufweisen würden, so dass
es wegen der Geschwindigkeitsdifferenz zu einer unerwünschten
Reibung kommen könnte.
-
Wenn
es aufgrund der Konzeption der Lineareinheit 1 ausgeschlossen
werden kann, dass gewisse Stützrollen 22 von der
Führungsbahn 12 abheben, erübrigt sich
selbstverständlich bei den zugeordneten Stützrolleneinheiten 42 eine
Ausstattung mit den federelastischen Vorspannmitteln 74.
Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn im Betrieb auftretende
Anziehungskräfte dafür sorgen, dass der Schlitten 4 mit
hoher Kraft an das Basiselement 2 herangezogen wird.
-
In 4 sind
strichpunktiert bei 76 weitere Vorspannmittel 76 angedeutet,
die alternativ oder zusätzlich zu den eben erläuterten
federelastischen Vorspannmitteln 74 zum Einsatz kommen
können. Diese weiteren Vorspannmittel 76 können
ein beispielsweise aus Tellerfedern oder aus sonstigen Federn aufgebautes
Federpaket beinhalten, dessen Vorspannung sich durch Betätigung
einer Stellschraube 77 variieren lässt. Selbstverständlich
besteht aber auch bei den erläuterten federelastischen Vorspannmitteln 74 die
Möglichkeit, Einstellmittel vorzusehen, die eine variable
Einstellung der Vorspannung beziehungsweise Federkraft F ermöglichen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-