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Die
Erfindung betrifft eine Befestigungsanordnung zur Befestigung einer
Kolben-/Zylindereinheit zur pneumatischen und/oder hydraulischen Kompensation
einer Gewichtskraft eines in vertikaler Richtung beweglichen Maschinenteils.
Bei der Maschine handelt es sich insbesondere um ein Koordinatenmessgerät
oder um eine Werkzeugmaschine. Das Maschinenteil kann insbesondere
eine Pinole sein, in deren Innenraum der Zylinder der Kolben-/Zylindereinheit
angeordnet ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Maschine, insbesondere ein Koordinatenmessgerät
oder eine Werkzeugmaschine mit einer derartigen Befestigungsanordnung.
Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zur Herstellung einer Befestigung einer Kolben-/Zylindereinheit
der vorgenannten Art.
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Bei
einer weit verbreiteten Art von Koordinatenmessgeräten
ist der Sensor oder Taststift, mit dem die Koordinaten eines Werkstücks
(insbesondere durch berührendes Antasten oder berührungsfreies Abtasten)
festgestellt werden, an einem in vertikaler Richtung beweglichen
Teil angeordnet. Bei dem Teil kann es sich um eine Pinole, also
um einen Hohlkörper handeln. Bei hochgenauen Koordinatenmessungen
ist es wichtig, den vertikal beweglichen Teil möglichst
exakt und frei von auftretenden Querkräften in der vertikalen
Richtung bewegen zu können. Auch die Gewichtskräfte
des beweglichen Teils können die Genauigkeit der Messung
verschlechtern und werden daher üblicherweise kompensiert.
Wenn der Antrieb für die vertikale Bewegung des Teils die
Gewichtskraft nicht überwinden muss bzw. nicht mit der Gewichtskraft
belastet ist, kann die Bewegung präziser gesteuert werden.
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Bei
einer bekannten Art der Kompensation der Gewichtskraft ist der in
vertikaler Richtung bewegliche Teil an einer Kolbenstange einer
Kolben-/Zylindereinheit aufgehängt. Durch Zuführen oder
Ableiten von Fluid in den Zylinder bzw. aus dem Zylinder der Kolben-/Zylindereinheit
wird die Gewichtskraft kompensiert. Dabei ist der Zylinder der Einheit
fest mit dem beweglichen Teil der Maschine verbunden, oder zumindest
sind der Zylinder und der bewegliche Teil in vertikaler Richtung
relativ zueinander unbeweglich.
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Die
Erfindung betrifft insbesondere ein Koordinatenmessgerät
mit einer derartigen Gewichtskraftkompensation.
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WO 2008/075170 A1 beschreibt
ein Koordinatenmessgerät mit einer solchen Kolben-/Zylindereinheit
zur Gewichtskraftkompensation. Die Kolbenstange stützt
sich über eine elastische Aufhängung an einer
tragenden Struktur ab, die das Gewicht der Kolbenstange trägt.
Dadurch sollen Phänomene wie unerwünschtes Anhaften
des Kolbens an der Zylinderinnenwand verhindert werden. In dem Dokument wird
als elastische Aufhängung eine helixförmige Feder
erwähnt, die koaxial zu der Kolbenstange angeordnet ist.
Nachteilig an einer helixförmigen Feder ist jedoch, dass
Schwingungen in unterschiedlichen Richtungen auftreten können.
Insbesondere können Torsionsschwingungen, Schwingungen
quer zur Längsachse der Feder und Schwingungen in Richtung
der Längsachse der Feder auftreten. Schwingungen sind jedoch
beim Betrieb von Koordinatenmessgeräten unerwünscht.
Auch nicht schwingende Bewegungen, die aufgrund der Torsionsfeder
möglich sind, können die Messgenauigkeit des Koordinatenmessgeräts
verschlechtern.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Befestigungsanordnung,
eine Maschine und ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben,
mit denen eine präzise, schwingungsfreie und bei gleich
bleibenden Reibungskräften ausführbare vertikale
Bewegung möglich ist.
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Die
vorliegende Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Längsachse
der Kolben-/Zylindereinheit möglichst exakt mit der Bewegungsachse
des beweglichen Maschinenteils übereinstimmen sollte. Da
die Bewegungsachse in vertikaler Richtung verläuft, sollte
die Kolbenstange exakt in vertikaler Richtung verlaufen. Andernfalls
kommt es bei der Bewegung des Maschinenteils zu quer zur Bewegungsrichtung
wirkenden Kräften zwischen Kolben und Zylinder. Dadurch
können die in
WO
2008/0975170 A1 beschriebenen ”Stick-Slip”-Phänomene
auftreten. Anders ausgedrückt verläuft die Vertikalbewegung des
Maschinenteils in diesem Fall nicht druckfrei. Außer den
Messergebnissen beim Betrieb eines Koordinatenmessgeräts
wird dadurch auch die Lebensdauer der Kolben-/Zylindereinheit negativ
beeinflusst.
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Die
Erfindung geht ferner von der weiteren Erkenntnis aus, dass auch
bei exakt übereinstimmender Längsachse der Kolbenstange
und Bewegungsachse unerwünschte Querkräfte auftreten
können, wenn der Maschinenteil in vertikaler Richtung bewegt
wird. Ein Grund hierfür ist die Verbindung des Zylinders
mit dem Maschinenteil. Ist zwar die Kolbenstange exakt vertikal
ausgerichtet, nicht aber die Kombination aus Zylinder und beweglichem
Maschinenteil, treten dennoch die genannten Querkräfte auf.
Ein weiterer möglicher Grund liegt in dem Antrieb der vertikalen
Bewegung des Maschinenteils und/oder in der Ausgestaltung der Führung,
mit der die vertikale Bewegung geführt wird. Es ist daher wünschenswert,
eine Bewegung der Kolbenstange im Bereich ihrer Aufhängung
quer zur vertikalen Richtung zu ermöglichen. Eine solche
Querbeweglichkeit gestattet zwar auch die helixförmige
Feder gemäß der
WO 2008/075170 A1 . Mit einer solchen Querbewegung
ist jedoch bei einer helixförmigen Feder immer auch eine
andere Bewegungskomponente verbunden, so dass die Längsachse
der Kolbenstange aus der Vertikalen herausbewegt wird. Eine weitere
Art der Aufhängung, die ebenfalls wie die vorliegende Erfindung
eine Querbewegung der Kolbenstange bei senkrechter Ausrichtung der
Längsachse erlaubt, wird noch anhand von
2 beschrieben. Obwohl
diese Aufhängung bereits eine sehr gleichförmige
und ungestörte Bewegung des Maschinenteils in vertikaler
Richtung ermöglicht, weist die Querbewegung eine kleine
Bewegungskomponente auf, die die Position der Kolbenstange in vertikaler
Richtung verändert. Anders ausgedrückt sind Querbewegung
und Vertikalbewegung nicht vollständig unabhängig
voneinander, so dass Querkräfte zu einer leichten Neigung
der an sich exakt vertikal ausgerichteten Längsachse der
Kolbenstange aus der Vertikalen heraus führen. Erst wenn
die Störung oder Last, die zu der Querbewegung bzw. Querverschiebung führt,
beendet ist, nimmt die Längsachse der Kolbenstange wieder
ihre exakte vertikale Ausrichtung ein.
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Es
wird daher vorgeschlagen, auf einer tragenden Struktur, die das
Gewicht der Kolbenstange tragen soll, zunächst eine Ausgleichseinrichtung
zum Ausgleichen einer etwaig bestehenden Neigung der tragenden Struktur,
die zu einer Neigung der Längsachse der Kolbenstange gegen
die Vertikale führen würde, abzustützen
und/oder eine derartige Ausgleichseinrichtung mit der tragenden
Struktur zu verbinden. Auf der Ausgleichseinrichtung kann daher ein
Lager abgestützt werden, das eine exakt in der horizontalen
Ebene oder horizontalen Richtung ausgerichtete Bewegung ermöglicht.
Wiederum auf dem Lager stützt sich die Kolbenstange ab.
Insbesondere kann ein oben liegendes Ende der Kolbenstange über
eine passgenaue Hülse auf dem Lager abgestützt
sein. Insbesondere können die Innenabmessungen einer Aussparung
der Hülse derart passgenau auf Außenabmessungen
der Kolbenstange abgestimmt werden bzw. sein, dass ein Verkippen
der Hülse relativ zur Längsrichtung der Kolbenstange verhindert
ist. Eine derartige Hülse kann fest mit einem Abschnitt
der Kolbenstange verbunden werden. Bevorzugt wird es jedoch, dass
die Hülse lose, d. h. in Längsrichtung der Kolbenstange
beweglich an dem Abschnitt der Kolbenstange angeordnet ist. Die Kolbenstange
kann sich in diesem Fall mit ihrem freien, in vertikaler Richtung
oben gelegenen Ende auf der Hülse abstützen.
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Unter
der Abstützung eines ersten Gegenstandes (z. B. des Lagers)
auf einem zweiten Gegenstand (z. B. der Ausgleichseinrichtung) wird
verstanden, dass die Gewichtskraft des ersten Gegenstandes und aller
von ihm getragenen Gegenstände von oben auf den zweiten
Gegenstand wirkt, so dass dieser die Gewichtskraft erfährt.
Dies schließt nicht aus, dass z. B. im Fall der Kolbenstange
nicht die volle Gewichtskraft auf den zweiten Gegenstand einwirkt, da
z. B. während einer Vertikalbewegung Reibungskräfte
auftreten, die die Gewichtskraft mindern, oder ein mechanisch antastender
Sensor oder Taststift eines Koordinatenmessgeräts, der
an dem vertikalen Maschinenteil befestigt ist, an einem Werkstück
anstößt. Bezüglich der Hülse,
des Lagers und der Ausgleichseinrichtung bedeutet ”Abstützung” vorzugsweise,
dass die volle Gewichtskraft auf den jeweiligen zweiten Gegenstand
einwirkt.
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Statt
einer Hülse, die auf die Kolbenstange im Bereich des oberen
Endes der Kolbenstange aufgesteckt ist, kann die Kolbenstange einen
horizontalen Vorsprung aufweisen, der sich vorzugsweise rundherum
um die Längsachse der Kolbenstange erstreckt und sich zumindest
auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Längsachse
erstreckt. Die Ausführungsform mit der Hülse hat
jedoch den Vorteil, dass die Befestigungsanordnung auf einfache Weise
wieder lösbar ist, z. B. indem eine Sicherung (z. B. eine
an dem oberen freien Ende der Kolbenstange aufgeschraubte Mutter
oder Anordnung von Muttern) gelöst wird und die Kolbenstange
von unten aus der Befestigungsanordnung herausgezogen wird.
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Die
Hülse weist vorzugsweise an ihrem unteren Ende eine sich
um die Kolbenstange herum erstreckende ebene Oberfläche
auf, die sich senkrecht zur Längsrichtung der Kolbenstange
erstreckt. Auf diese Weise kann die ebene Oberfläche auf
einer ebenfalls ebenen, sich in horizontaler Richtung erstreckenden
Oberfläche des Lagers aufgelegt werden. Es ist jedoch auch
möglich, die Formen der unteren Oberfläche der
Hülse und der oberen Oberfläche des Lagers anders
auszugestalten (z. B. jeweils konisch) und aufeinander abzustimmen,
wobei dennoch eine exakt in der horizontalen Ebene ausgerichtete
Beweglichkeit des Lagers besteht, so dass eine Querbewegung der
Kolbenstange von einer Längsbewegung der Kolbenstange vollständig
entkoppelt ist und zu keinem Verkippen der Längsachse der
Kolbenstange aus der Vertikalen führt.
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Als
Ausgleichseinrichtung kommen beliebige geeignete Einrichtungen infrage.
Z. B. kann die Ausgleichseinrichtung Stellschrauben aufweisen, die
ein erstes Element relativ zu einem zweiten Element der Ausgleichseinrichtung
abhängig von der eingestellten Vertikalposition positionieren.
Bevorzugt wird jedoch, dass die Ausgleichseinrichtung ein erstes
Element mit einer gekrümmten Oberfläche aufweist,
wobei das erste Element mit der gekrümmten Oberfläche
an der Oberfläche eines zweiten Elements der Ausgleichseinrichtung
anliegt, wobei das erste Element und das zweite Element relativ
zueinander beweglich sind und wobei der Ausgleich der Neigung durch
relative Bewegung des ersten Elements und des zweiten Elements erzielbar
ist, so dass die Oberfläche des zweiten Elements an einer
anderen Stelle der gekrümmten Oberfläche des ersten
Elements anliegt. Die gekrümmte Oberfläche ist
vorzugsweise ein Segment einer Kugeloberfläche. Die entsprechende Oberfläche
des zweiten Elements, an der die gekrümmte Oberfläche
anliegt, kann z. B. eine kegelförmige Oberfläche
sein.
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Bei
dem Lager kann es sich z. B. um ein modifiziertes Axiallager (d.
h. ein Lager zum Lagern einer axialen Bewegung einer Stange) handeln.
Die Modifikation besteht z. B. darin, dass Kugeln des Axiallagers
nicht in Ausnehmungen von anderen Lagerteilen gelagert sind, die
bei einem Axiallager eine Bewegung quer zur Längsachse
verhindern würden. Im Ergebnis befinden sich die Kugeln
des Lagers beim modifizierten Axiallager zwischen zwei ringförmigen Lagerböcken,
so dass die Lagerböcke in horizontaler Richtung gegeneinander
beweglich sind und bei einer solchen Bewegung an den Berührungspunkten der
Kugeln abrollen oder daran entlanggleiten.
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Die
Erfindung betrifft außerdem eine Maschine, insbesondere
ein Koordinatenmessgerät oder eine Werkzeugmaschine, mit
der Befestigungsanordnung in einer der in dieser Beschreibung beschriebenen
Ausgestaltungen, wobei der Zylinder der Kolben-/Zylindereinheit
Teil des in vertikaler Richtung beweglichen Maschinenteils ist.
Das Maschinenteil kann insbesondere die Pinole eines Koordinatenmessgeräts
sein, z. B. eines Koordinatenmessgeräts in Portalbauweise,
bei der ein Portal mit zwei Portalsäulen in einer ersten
(x) Richtung verfahrbar ist, die Pinole an dem Querträger
des Portals in einer zweiten, zu der ersten Richtung senkrechten
Richtung (y) verfahrbar ist und das untere Ende der Pinole mit dem
daran befestigten Messsensor in der dritten, zu der ersten und zweiten
Richtung senkrechten Richtung (z) verfahrbar ist. Der Zylinder der
Kolben-/Zylindereinheit kann innerhalb der Pinole der Maschine angeordnet
sein und mit der Pinole verbunden sein.
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Ferner
gehört zur Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer
Befestigung einer Kolben-/Zylindereinheit zur pneumatischen und/oder
hydraulischen Kompensation einer Gewichtskraft eines in vertikaler
Richtung beweglichen Maschinenteils (10), insbesondere
der Pinole eines Koordinatenmessgeräts, wobei:
- – eine Kolbenstange der Kolben-/Zylindereinheit über
einen Vorsprung oder eine Hülse auf einem Lager abgestützt
wird, wobei das Lager eine Relativbewegung der Kolbenstange und
der tragenden Struktur quer zur Längsrichtung der Kolbenstange
erlaubt,
- – das Lager auf einer Ausgleichseinrichtung zum Ausgleichen
einer etwaig bestehenden Neigung der tragenden Struktur, die zu
einer Neigung der Längsachse der Kolbenstange gegen die
Vertikale führen würde, abgestützt wird,
- – die Ausgleichseinrichtung mit einer tragenden Struktur
verbunden wird und/oder auf der tragenden Struktur abgestützt
wird, wobei die tragende Struktur das Gewicht der Ausgleichseinrichtung, das
Gewicht des Lagers, das Gewicht des Vorsprungs oder der Hülse
und das Gewicht der Kolbenstange trägt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beigefügte
Zeichnung beschrieben. Die einzelnen Figuren der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch
die Pinole eines Koordinatenmessgeräts, insbesondere eines
Koordinatenmessgeräts in Portalbauweise,
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2 eine
Befestigungsanordnung, die nicht eine Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ist,
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3 eine
erfindungsgemäße Befestigungsanordnung, wobei
die Anordnung und die darunter angeordnete Pinole mit innen liegendem
Zylinder in einem vertikalen Längsschnitt dargestellt sind,
und
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4 einen
Teil des in 3 dargestellten Längsschnittes,
der die Befestigungsanordnung zeigt.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht auf eine Pinole 10 eines Koordinatenmessgerätes,
an derem unteren Ende ein Messkopf 11 mit einem tastenden
Sensor 12 angeordnet ist. Der Sensor 12 weist
einen Taststift 13 mit einer Tastkugel 14 an seinem
freien Ende auf.
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Die
Vertikalbewegung der Pinole 10 ist, wie schematisch durch
die mit 15 bis 17 bezeichneten Blöcke
angedeutet ist, Luft gelagert. Über ein Antriebsrad 18,
das an der Außenoberfläche der Pinole 10 abrollt,
wird die Vertikalbewegung angetrieben. Tragende Teile des Koordinatenmessgeräts,
die bei der Vertikalbewegung der Pinole 10 nicht bewegt werden
und die die Luftlager 15–17 sowie das
Antriebsrad 18 tragen, sind mit den Bezugszeichen 19, 20 und 21 bezeichnet.
Diese tragenden Teile können aber z. B. bei dem erwähnten
Koordinatenmessgerät in Portalbauweise in horizontaler
Richtung beweglich sein, so dass die Pinole 10 auch in
horizontaler Richtung bewegt werden kann.
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Ebenfalls
mit den tragenden Teilen verbunden ist eine Struktur 22,
die eine Kolbenstange 5 trägt. Diese tragende
Struktur 22, die in dem Ausführungsbeispiel als
sich in horizontaler Richtung erstreckende Platte oder Bügel
ausgestaltet ist, befindet sich oberhalb des oberen Endes der Pinole 10 in
einem Abstand zu der Pinole 10, so dass die Pinole 10 in
vertikaler Richtung auf die tragende Struktur 22 zubewegt
werden kann. Bei einer solchen Vertikalbewegung der Pinole 10 wird
jedoch die Kolbenstange 5 nicht mitbewegt. Sie ist Teil
einer Kolben-/Zylindereinheit (nicht näher in 1 dargestellt).
Oberhalb der tragenden Struktur 22 befindet sich das obere, freie
Ende der Kolbenstange 5. Dort sind auch weitere Teile einer
Befestigungsanordnung erkennbar, mit der die Kolbenstange zur Festlegung
in vertikaler Richtung befestigt ist. Die weiteren Teile der Befestigungsanordnung
sind in 1 pauschal mit dem Bezugszeichen 25 bezeichnet.
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Eine
nicht gemäß der Erfindung ausgestaltete Befestigungsanordnung
ist in 2 gezeigt. Die tragende Struktur 22 weist
eine Durchgangsöffnung auf, durch die sich von oben nach
unten die Kolbenstange 5 erstreckt. Es ist jedoch nur der
obere Teil der Kolbenstange 5 in 2 dargestellt.
Am oberen Ende der Kolbenstange 5 ist eine Schraubenmutter 32 auf
ein am Außenumfang der Kolbenstange 5 ausgebildetes
entsprechendes Gewinde aufgeschraubt. Um das unbeabsichtigte Lösen
der Schraubenmutter 32 zu verhindern, ist oberhalb eine
Kontermutter 31 ebenfalls auf das freie Ende der Kolbenstange 5 aufgeschraubt.
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An
der Unterseite der Schraubenmutter 32 stützt sich
diese auf einer Ausgleichseinrichtung zum Ausgleichen einer etwaig
bestehenden Neigung der tragenden Struktur 22 ab. Ein erstes
Element der Ausgleichseinrichtung ist mit dem Bezugszeichen 33 bezeichnet.
Ein zweites Element der Ausgleichseinrichtung ist mit dem Bezugszeichen 34 bezeichnet. Beide
Elemente 33, 34 sind ringförmig ausgestaltet und
erstrecken sich um den Außenumfang der Kolbenstange 5 herum,
wobei sie rundherum in Abstand zu der Oberfläche der Kolbenstange 5 angeordnet sind,
so dass kein direkter Kontakt zur Kolbenstange 5 besteht.
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In
dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die tragende Struktur 22 nicht in der horizontalen Ebene
ausgerichtet. Die Darstellung ist übertrieben, um die daraus
resultierenden Effekte zu veranschaulichen.
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Unmittelbar
oberhalb der tragenden Struktur 22 befindet sich ein Lager 36,
das auf der tragenden Struktur 22 abgestützt ist,
jedoch, wie durch einen Doppelpfeil angedeutet ist, eine Bewegung
der auf ihm aufliegenden Teile quer zur in vertikaler Richtung verlaufenden
Längsachse der Kolbenstange 5 ermöglicht.
Auf dem Lager 36 stützt sich eine ringförmige
Hülse 35 ab, die sich wie auch die Elemente 33, 34 der
Ausgleichseinrichtung in Abstand um den Außenumfang der
Kolbenstange 5 herum erstreckt. Auf der Hülse 35 stützt
sich das zweite Element 34 der Ausgleichseinrichtung ab.
Alle beschriebenen Teile (mit Ausnahme der tragenden Struktur 22)
stützen sich auf dem jeweils darunter liegenden Teil in
einer Weise ab, die keine Relativbewegung der unmittelbar aneinandergrenzenden
Teile erlaubt. Eine Ausnahme bildet auch ein nicht näher
in 2 dargestelltes Element des Lagers 36.
Die horizontale Relativbewegung von Elementen des Lagers, d. h.
in der Richtung quer zur Längsachse der Kolbenstange 5,
kann durch entsprechende Formgestaltung der Oberflächen
gewährleistet werden. Eine weitere Gestaltungsmöglichkeit
des Lagers wird noch beschrieben.
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Das
Element 33 der Ausgleichseinrichtung weist an seiner Unterseite
eine gekrümmte Oberfläche 7 auf, die
einen gleichmäßigen Krümmungsradius hat,
d. h. ein Segment einer Kugeloberfläche bildet. Die obere
Oberfläche des zweiten Elements 34 kann auch eine
entsprechend, mit gleichem oder größerem Krümmungsradius
ausgestaltete Kugeloberfläche sein. Vorzugsweise handelt
es sich bei der oberen Oberfläche des zweiten Elements 34 jedoch um
eine kegelförmige Oberfläche. Das zweite Element 34 kann
daher als Kegelpfanne bezeichnet werden, so dass sich die Oberflächen
entlang einer ringförmigen Linie berühren. Beide
Elemente 33, 34 sind vorzugsweise rotationssymmetrisch
geformt.
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Bei
der gekippten Ausrichtung der tragenden Struktur 22, die
in 2 dargestellt ist, erkennt man gut, wie die Ausgleichseinrichtung
wirkt. Um die obere Oberfläche des ersten Elements 33,
die z. B. eine ebene Oberfläche ist, in horizontaler Richtung
auszurichten, sind das erste Element 33 und das zweite Element 34 entsprechend
relativ zueinander positioniert. Das zweite Element 34 ist
im Gegensatz zu dem ersten Element 33 so positioniert,
dass es nicht symmetrisch zur Längsachse der Kolbenstange 5 angeordnet
ist. Vielmehr befindet sich die Kontaktzone zwischen den Oberflächen
des ersten Elements 33 und des zweiten Elements 34 im
linken Figurenteil weiter entfernt von der Längsachse und
weiter oben als im rechten Figurenteil. Dadurch ist die Neigung der
tragenden Struktur 22 ausgeglichen. Die Schraubenmutter 32 liegt
mit ihrer unteren Oberfläche auf der oberen Oberfläche
des ersten Elements 33 auf. Die untere Oberfläche
der Schraubenmutter 32 ist in dem Ausführungsbeispiel
eben und verläuft aufgrund der horizontalen Ausrichtung
des ersten Elements 33 ebenfalls in horizontaler Richtung.
Daher ist die Längsachse der Kolbenstange 5, die
senkrecht zu der unteren Oberfläche der Schraubenmutter 32 verläuft,
exakt in vertikaler Richtung ausgerichtet.
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Aus
den oben bereits genannten Gründen können dennoch
beim Betrieb, insbesondere bei einer Vertikalbewegung, der Pinole 10 oder
eines anderen vertikal beweglichen Maschinenteils Querkräfte
auf die Kolbenstange 5 wirken, die zu einer Querbewegung
nahezu sämtlicher Teile der in 2 dargestellten
Befestigungsanordnung führen, mit Ausnahme des unteren
Teils des Lagers 36 und der tragenden Struktur 22.
Da sich die Bewegungsrichtung des Lagers 36 aufgrund der
Neigung der tragenden Struktur 22 aber nicht in der horizontalen
Ebene erstreckt, führt die Querbewegung auch zu einer Bewegungskomponente
in Richtung der Längsachse der Kolbenstange 5,
also zu einer unerwünschten Vertikalbewegung.
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Auch
führt bereits die Gewichtskraft der Kolbenstange und der
oberhalb des Lagers 36 angeordneten Teile der Befestigungsanordnung,
die mit Fs bezeichnet ist, zu einer Kraftkomponente Fq in Richtung
der Beweglichkeit des Lagers 36, wie durch die unten in 2 dargestellte
Kraftvektorzerlegung angedeutet ist. Die zweite Kraftkomponente
der Zerlegung des Gewichtskraftvektors Fs ist mit Fn bezeichnet.
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Daher
wirkt bereits aufgrund der Gewichtskraft Fs in Beweglichkeitsrichtung
des Lagers 36 eine Kraft, die als Hangabtriebskraft bezeichnet
werden kann. Sämtliche auf dem Lager 36 abgestützten
Teile bewegen sich daher in 2 nach rechts
oder, falls dies nicht möglich ist, wird zumindest eine
Querkraft Fq auf die Kolbenstange 5 ausgeübt.
Bereits diese Querkraft Fq kann bei einer Vertikalbewegung der Pinole 10 oder
des anderen Maschinenteils stören und z. B. zu den genannten
Stick-Slip-Effekten führen.
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Eine
erfindungsgemäße Befestigungsanordnung, auf die
noch näher anhand von 4 eingegangen
wird, ist oben in der Schnittdarstellung der 3 erkennbar.
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Die
Kolbenstange 5 erstreckt sich ausgehend von der Befestigungsanordnung
durch eine Durchgangsöffnung der tragenden Struktur 22 hindurch
nach unten, bis sie den Zylinder 41 der aus der Kolbenstange 5 und
dem Zylinder 41 gebildeten Kolben-/Zylindereinheit erreicht
und in dessen Innenraum eintritt. Der Zylinder 41 ist wiederum über
nicht näher dargestellte Mittel mit der ebenfalls als Zylinder ausgestalteten
Pinole 10, bei der es sich um die Pinole 10 gemäß 1 handeln
kann, verbunden. Z. B. befindet sich ein entsprechendes Verbindungselement
am oberen Ende der Pinole 10, welches mit dem Bezugszeichen 43 bezeichnet
ist.
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Im
Folgenden wird nun anhand von 4 ein besonders
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
In dem Beispiel kommen Teile vor, die bereits in der Anordnung gemäß 2 vorkamen.
Gleiche Teile der Anordnungen gemäß 2 und 4 sind
mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Wiederum
weist die tragende Struktur 22 eine Durchgangsöffnung 2 auf,
durch die sich von oben nach unten die Kolbenstange 5 erstreckt.
Die Durchgangsöffnung 2 ermöglicht eine
Bewegung der Kolbenstange 5 in horizontaler Richtung. Ein
wesentlicher Unterschied der Anordnung gemäß 4 zur Anordnung
gemäß 2 besteht darin, dass bei der Anordnung
gemäß 4 das Lager 36 oberhalb
der Ausgleichseinrichtung angeordnet ist. Die Ausgleichseinrichtung
kann wiederum ein erstes, oberes Element 33 und ein zweites,
unteres Element 34 aufweisen, wie anhand von 2 beschrieben
wurde. Die Ausgleichseinrichtung kann jedoch auch anders ausgestaltet
sein.
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Das
Lager 36, welches anhand von 2 nicht
näher beschrieben wurde, weist einen oberen ringförmigen
Lagerbock 52 und einen unteren ringförmigen Lagerbock 53 auf.
Zwischen den Lagerböcken 52, 53 befindet
sich eine Anordnung von Lagerkugeln 54. Oben an dem Lagerbock 52 und
unten an dem Lagerbock 53 befinden sich runde Aussparungen 59.
Daraus ist erkennbar, dass es sich bei dem Lager 36 um
ein modifiziertes Axiallager handelt. Bei einem unmodifizierten
Axiallager wären die Lagerböcke 52, 53 vertauscht
oder beide Lagerböcke 52, 53 um 180° gegen
die Horizontale umgedreht angeordnet, so dass die Kugeln 54 in
den Ausnehmungen 59 der Lagerböcke 52, 53 angeordnet
sind. Bei dem in 4 dargestellten modifizierten
Axiallager können sich dagegen die Lagerböcke 52, 53 in
horizontaler Richtung relativ zu den Kugeln und damit relativ zueinander
bewegen.
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In
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt
die untere Oberfläche des Lagers 36 unmittelbar
auf der Ausgleichseinrichtung auf. Dies ist jedoch nicht zwingend
erforderlich. Es kann auch ein z. B. ringförmiges Zwischenelement
dazwischen angeordnet sein. In diesem Fall stützt sich
das Lager 36 indirekt auf der Ausgleichseinrichtung 33, 34 ab.
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Auf
dem Lager 36 wiederum stützt sich eine ringförmige,
vorzugsweise rotationssymmetrisch geformte Hülse 1 ab,
die im Ausführungsbeispiel eine ebene Oberfläche
an ihrer Unterseite aufweist. Bevorzugtermaßen verläuft
die ebene Oberfläche rechtwinklig zur in vertikaler Richtung
verlaufenden Längsachse (Symmetrieachse) der Hülse 1,
sodass die ebenfalls (mit Ausnahme der Aussparung 59) rechtwinklig
verlaufende obere Oberfläche des Lagers 36 in
der gewünschten Weise in horizontaler Richtung ausgerichtet
ist. Die Hülse 1 weist eine Durchgangsbohrung
auf, durch die sich die Kolbenstange 5 erstreckt. Dabei
sind die Innenabmessungen der Durchgangsbohrung und die Außenabmessungen
der Kolbenstange 5 so passgenau aufeinander abgestimmt,
dass die Kolbenstange 5 und die Hülse 1 relativ
zueinander nicht verkippt werden können. Anders ausgedrückt
kann bei ruhender Hülse 1 keine Kippbewegung der
Kolbenstange 5 aus der Vertikalen stattfinden.
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Wie
in 2 ist die Ausgleichseinrichtung so eingestellt
oder stellt sich selbsttätig derart ein, dass eine etwaig
vorhandene Neigung der tragenden Struktur 22 ausgeglichen
wird und die obere Oberfläche der Ausgleichseinrichtung,
hier des ersten Elements 33, eine Ebene Oberfläche
ist, die exakt in horizontaler Richtung verläuft. Daher
ist eine Relativbewegung der Lagerböcke 52, 53 und
damit eine Bewegung der Hülse 1 und der Kolbenstange 5 relativ
zu der tragenden Struktur 22 exakt in horizontaler Richtung
möglich. Folglich führt eine von dem vertikalbeweglichen
Maschinenteil (z. B. der Pinole 10 gemäß 1)
auf die Kolbenstange 5 ausgeübte horizontale Querkraft
nicht zu einer Bewegungskomponente oder Kraftkomponente in vertikaler
Richtung. Auch tritt aus demselben Grund keine Hangabtriebskraft aufgrund
der Gewichtskraft der Kolbenstange 5 auf, die zu einer
Verschiebung der Position der Kolbenstange 5 führen
könnte oder Stick-Slip-Effekte bewirkt.
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In
dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Aufhängung der Kolbenstange 5 wiederum durch
eine Schraubenmutter 32 und eine Kontermutter 31 gesichert.
Die Sicherung kann jedoch auch auf andere Weise, z. B. mit einem
sich durch die Kolbenstange 5 in alle Richtung verlaufenden
Sicherungsstift oder einem am Außenumfang in einer Nut der
Kolbenstange 5 angeordneten Sicherungsring gesichert werden.
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Zwischen
der Schraubenmutter 32 und der Hülse 1 befindet
sich ein ringförmiges Zwischenelement 61 (z. B.
eine so genannte Beilagscheibe), wie es bei Verschraubungen üblich
ist.
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Wiederum
alternativ zu der in 4 dargestellten Ausführungsform
kann statt der Hülse 1 am Außenumfang
der Kolbenstange 5 ein umlaufender Vorsprung ausgebildet
sein, der oben auf dem Lager 36 aufliegt. In diesem Fall
kann auf eine zusätzliche Sicherung, insbesondere die beiden
Muttern 31, 32, verzichtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/075170
A1 [0006, 0009]
- - WO 2008/0975170 A1 [0008]