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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lager und Führen eines Maschinenteils.
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Hintergrund
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Derartige Vorrichtungen werden eingesetzt, um in verschiedenen Anwendungen Teile oder Komponenten von Maschinen zu lagern, derart, dass eine geführte Verlagerung ermöglicht ist. Die Vorrichtung verfugt üblicherweise über einen Träger, an dem ein regelmäßig als Führungsschiene ausgeführtes Führungselement aufgenommen ist, das seinerseits geeignet ist, das Maschinenteil führend aufzunehmen. Das Führungselement ist mit Hilfe einer Klemmeinrichtung an dem Träger montiert, beispielsweise lösbar. Der Träger seinerseits kann Teil einer mechanischen Struktur sein, beispielsweise einer Verfahreinrichtung oder einer Portalkonstruktion, beispielsweise einer Werkzeugmaschine.
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Im Betrieb ist die Vorrichtung zum Lager und Führen des Maschinenteils Einsatzbedingungen ausgesetzt, beispielsweise Temperatureinflüssen. Solche Temperatureinwirkungen können zu unterschiedlichen Materialausdehnungen der beteiligten Komponenten führen, was zu Spannungen zwischen den Bauteilen führen kann, beispielsweise zwischen Träger und Führungsschiene, die zu einer Verformung der gesamten Vorrichtung führen können. Solche Verformungen treten insbesondere auf, wenn die beteiligten Komponenten aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind. Ist die Vorrichtung beispielsweise Bestandteil einer Werkzeugmaschine, so kann die Verformung der Struktur, die hinsichtlich einer möglichen Ausprägung mit dem bekannten Bimetalleffekt verglichen werden kann, zum Verlust der Genauigkeit der Maschine führen.
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Aus dem Dokument
US 5,501,528 A ist eine Führungsschienenanordnung für linear bewegbare Einheiten bekannt. In seitlich verlaufende Vertiefungen greifen bei einer Ausführungsform mittels Feder vorgespannte Führungselemente ein.
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Im Dokument
DE 43 01 435 A1 ist ein Verfahren zum Anbringen einer Linearführungsschiene auf einer Basiseinheit offenbart. Bei dem Verfahren wird in der Weise vorgegangen, dass die Linearführungsschiene auf der Basiseinheit in einer Mehrzahl von in Richtung ihrer Längsachse beanstandeten Justierstellen durch Justiermittel an einen Soll-Verlauf angenähert und vorfixiert wird und dass die Linearführungsschiene sodann unter Ausgießen mindestens eines durch die Basiseinheit und ein Fußteil der Linearführungsschiene begrenzten Freiraum mit einem härtbaren Füllmittel und anschließendem Härten dieses Füllmittels endgültig an der Basiseinheit fixiert wird.
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Im Dokument
DE 25 55 313 A1 ist ein Verfahren zum Befestigen von Präzessions-Führungsschienen an einem Maschinenständer beschrieben. Am Maschinenständer wird für jede Führungsschiene eine Nut ausgenommen, deren Breite gegenüber der Breite der Führungsschiene etwas größer bemessen ist, so dass zwischen der Führungsschiene und wenigstens der einen Flanke der Nut ein Spalt verbleibt, in welchen ein wellenförmiges Federstahlband mit der Ebene der Führungsschienen schneidenden Wellen- bzw. Wölbungsachsen unter Spannung eingesetzt wird.
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Zusammenfassung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Lager und Führen eines Maschinenteils anzugeben, mit der auch bei unterschiedlichen und zeitlich variierenden Einsatz- und Umgebungsbedingungen eine zuverlässige und sichere Lagerung und Führung des Maschinenteils gewährleistet ist. Insbesondere sollen nachteilige Temperatureinflüsse und/oder Feuchtigkeitseinflüsse (Quellung) vermieden werden.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Lagern und Führen eines Maschinenteils nach dem unabhängigen Anspruch 1. Ausgestaltungen der Vorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.
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Es ist eine Vorrichtung zum Lager und Führen eines Maschinenteils geschaffen, welche einen Träger und ein auf dem Träger angeordnetes ein- oder mehrteilig ausgeführtes Führungselement aufweist, das zum Beispiel als Führungsschiene ausgeführt ist. Der Träger kann in unterschiedlichen Bauformen ausgeführt sein. Zum Beispiel kann es sich bei dem Träger um ein Rohr, eine Platte oder eine Schiene handeln. Auf dem Träger ist das Führungselement lösbar oder nichtlösbar montiert. Das Führungselement ist geeignet, ein zu lagerndes Maschinenteil führend aufzunehmen, derart, dass das gelagerte Maschinenteil bei einer Verlagerung durch das Führungselement geführt wird. Zum Fixieren des Führungselementes an dem Träger ist eine Klemmeinrichtung vorgesehen, die ein ein- oder mehrstückig ausgeführtes Klemmelement sowie eine zugeordnete Befestigungseinrichtung aufweist. Das Klemmelement kann sich längs der Führungsschiene erstrecken, sei es zum Beispiel durchgehend oder unterbrochen, und dient zum Klemmen des Führungselements am Träger. Die Befestigungseinrichtung kann mittels unterschiedlicher Bauformen ausgeführt sein, beispielsweise mit einer Schraubeinrichtung.
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Die Vorrichtung weist eine schwimmende Lagerung auf, mit der im geklemmten Zustand des Führungselementes auf dem Träger sowohl das Führungselement an dem Träger als auch das Klemmelement an dem Führungselement schwimmend gelagert sind. Im geklemmten Zustand ist das Führungselement mit Hilfe der Klemmeinrichtung an dem Träger fixiert, sei es lösbar oder nichtlösbar. Mit Hilfe der schwimmenden Lagerung ist ein Spiel zwischen Führungselement und Träger sowie zwischen Führungselement und Träger bereitgestellt. Das Spiel kann bedeuten, dass im Einsatz eine Relativbewegung zwischen Führungselement und Träger und/oder zwischen Klemmelement und Führungselement stattfindet, beispielsweise aufgrund von unterschiedlicher thermischer Ausdehnung. Die schwimmende Lagerung kann alternativ oder ergänzend zum Ausgleich von eventuellen Fertigungstoleranzen dienen bei der Montage des Führungselementes auf dem Träger mit Hilfe der Klemmeinrichtung.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Träger und das Führungselement aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sind. Zum Beispiel können Träger und Führungselement aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen bestehen. Aber auch die Verwendung eines metallischen Werkstoffes und eines kunststoffbasierten Werkstoffes kann vorgesehen sein. Insbesondere dann weisen die Bauteile sehr verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten auf. Die vorgeschlagene Vorrichtung kann hierbei ein Verbiegen der Anordnung mit Träger und hierauf montiertem Führungselement aufgrund von Temperaturänderungen mindern oder ganz verhindern.
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Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zumindest der Träger aus einem faserverstärkten Werkstoff besteht. Als faserverstärkter Werkstoff kann ein kohlefaserverstärkter Kunststoff zum Einsatz kommen. Alternativ kann der Träger aus Aluminium bestehen.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die schwimmende Lagerung für das Führungselement an dem Träger und/oder für das Klemmelement an dem Führungselement in einem sich horizontal erstreckenden Lagerungsbereich und/oder in einem sich vertikal erstreckenden Lagerungsbereich ausgebildet ist. Der Träger und das Führungselement können sich ihrerseits in horizontaler oder vertikaler Raumlage erstrecken, was einer Erstreckung in x- und y-Richtung entsprechen kann. Die Lagerungsbereiche können als jeweilige Lagerungsfläche ausgebildet sein. In einer Ausführung sind ein Boden des Führungselementes sowie ein oder mehrere Seitenflächen des Führungselementes schwimmend gelagert. Alternativ oder ergänzend können ein Boden des Klemmelementes sowie ein oder mehrere Seitenflächen des Klemmelementes schwimmend gelagert sein. Erstreckt sich der Boden des jeweiligen Bauteils in horizontaler Richtung, kann in vertikaler Richtung eine schwimmende Lagerung um das jeweilige Bauteil herum gebildet sein, so dass eine Art schwimmende Lagerwanne bereitgestellt werden kann, die der Führung des Führungselementes in beiden Raumrichtungen senkrecht zu seiner Längsachse dienen kann.
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Bevorzugt sieht eine Fortbildung vor, dass die schwimmende Lagerung mit einem oder mehreren flächigen Lagerbauteilen gebildet ist. Flächige oder nicht flächige Lagerbauteile können mit Hilfe von Lagerelementen gebildet sein, die in einer Trägermatrix oder einem Trägerkäfig aufgenommen sind, beispielsweise einer Trägermatrix aus einem Schmierstoff (Fett) oder einem Trägerkäfig, der zum Beispiel aus einem Kunststoffmaterial oder einem Metall bestehen kann. Als Lagerelemente können zum Beispiel Kugeln oder Nadeln zum Einsatz kommen, die wahlweise in einem Trägerkäfig aufgenommen sind. Auf diese Weise können Wälzlagerkäfige oder Nadelkäfige gebildet sein.
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Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass das Klemmelement in einer oder mehreren zugeordneten Ausnehmungen an dem Führungselement angeordnet ist. In der zugeordneten Ausnehmung kann das Klemmelement ganz oder teilweise aufgenommen sein. Ist das Klemmelement mehrstückig ausgeführt, beispielsweise mit mehreren Klemmsegmenten, können diese in einer jeweils zugeordneten Ausnehmung oder auch in einer gemeinsamen Ausnehmung aufgenommen sein. In einer oder mehreren der Ausnehmungen kann umlaufend die schwimmende Lagerung ausgebildet sein. Die eine oder die mehreren Ausnehmungen können einen im Querschnitt V- oder U-förmig ausgebildeten Abschnitt aufweisen, insbesondere im unteren Bereich. Das zugeordnete Klemmelement kann hierin formschlüssig aufgenommen sein.
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Eine Weiterbildung kann vorsehen, dass das Führungselement mit einem Führungselementboden und mit seitlichen Führungselementflächen ein- oder beidseitig an dem Träger lagert. Das Führungselement kann mit einer unteren Fläche auf dem Träger aufliegen und zusätzlich ein- oder beidseitig gelagert sein. Die schwimmende Lagerung kann sich im Bodenbereich des Führungselementes und/oder im Bereich der zusätzlich gelagerten Seitenflächen erstrecken.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Klemmelement mit mehreren Klemmsegmenten gebildet ist. Alternativ zu einem einstückig ausgeführten Klemmelement, beispielsweise in Form einer Klemmschiene oder -leiste, kann das Klemmelement aus mehreren Klemmsegmenten gebildet sein. Die Klemmsegmente können entlang des Führungselementes angeordnet sein und klemmen einen jeweils zugeordneten Abschnitt des Führungselementes. Die Klemmsegmente können eine Reihenanordnung bilden.
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Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Klemmsegmente und Klemmmittel der Klemmeinrichtung paarweise einander zugeordnet sind. Bei dieser Ausführung kann ein Klemmsegment mit genau einem Klemmmittel fixiert sein. Bei dem Klemmmittel kann es sich zum Beispiel um eine Klemmschraube handeln.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass einander gegenüberliegend angeordnete Flächen der Klemmsegmente beabstandet sind. Der Abstand zwischen gegenüberliegenden Flächen der Klemmsegmente kann ein Dehnungs- oder Ausdehnungsabstand sein, welcher eine thermische Ausdehnung der benachbart angeordneten Klemmsegmente im Betrieb ermöglicht. Bei dem Ausdehnungsabstand kann es sich um einen Spalt zwischen den benachbarten Flächen handeln, der für die beteiligten Klemmsegmente jeweils eine thermische Ausdehnung im Rahmen der gegebenen Betriebsbedingungen zulässt, insbesondere hinsichtlich von Umgebungstemperaturen am Aufstellort der Maschine mit der Lagerangs- und Führungsvorrichtung. Der Raum im Bereich des Dehnungs- oder Ausdehnungsabstandes kann ganz oder teilweise mit einem Material ausgefüllt sein, beispielsweise einem Schaumstoffmaterial, welches die Ausdehnung der Klemmsegmente ganz oder teilweise aufnimmt, indem das Material komprimiert wird.
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Bevorzugt sieht eine Fortbildung vor, dass die schwimmende Lagerung zumindest abschnittsweise auf einem Unterlegbauteil angeordnet ist. Die schwimmende Lagerung kann in Abschnitten auf einer Unterlegscheibe oder -platte angeordnet sein.
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Bei einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Befestigungseinrichtung einen Dehnungsabschnitt aufweist. In einer Ausführung sind ein oder mehrere Dehnungsschrauben als Bestandteil der Klemmeinrichtung vorgesehen. In einer Ausführung verfügen die Dehnungsschrauben über einen Dehnungsabschnitt, der im Vergleich zu anderen Abschnitten der Schraube einen verminderten Querschnitt aufweist.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Im Folgenden werden weitere Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Vorrichtung zum Lagern und Führen eines Maschinenteils im Querschnitt,
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2 eine schematische Darstellung der Anordnung aus 1 im Längsschnitt und
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3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anordnung mit einem vorzugsweise als Führungsschiene ausgebildeten Führungselement und hieran aufgenommenem Klemmelement für eine schwimmende Lagerung.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einer Vorrichtung zum Lagern und Führen eines Maschinenteils (nicht dargestellt). Ein Träger 1 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt, beispielsweise einem kohlefaserverstärkten Kunststoffmaterial. Bei dem Träger 1 kann es sich um ein Rohr handeln. Auf dem Träger 1 ist eine Montagefläche 2 gebildet, auf der ein als Führungsschiene ausgeführtes Führungselement 3 lagert. Das Führungselement 3 lagert hierbei an dem Träger 1 sowohl mit einem Boden 4 als auch mit Seitenflächen 5 des Führungselementes 3. Zur seitlichen Führung des Führungselementes 3 an dem Träger 1 ist ein Segment 6 vorgesehen, welches mit Hilfe einer Segmentschraube 7 an dem Träger 1 befestigt ist, die in ein zugeordnetes Gewinde 7a eingeschraubt ist und welches beim Anziehen der Segmentschraube 7 das Führungselement 3 an die Seitenfläche 5 anlegt, wodurch eine seitliche Ausrichtung des Führungselements 3 erfolgt.
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Das Führungselement 3 ist an dem Träger 1 schwimmend gelagert, was in der dargestellten Ausführungsform mit Hilfe eines ersten Wälzlagers 8 erreicht ist, welches sich sowohl im Bereich des Bodens 4 als auch im Bereich der Seitenflächen 5 des Führungselementes 3 erstreckt. Das Wälzlager 8 seinerseits liegt im Bereich des Bodens 4 auf einer Unterlegplatte 9, welche auf der Montagefläche 2 angeordnet ist.
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Das Führungselement 3 ist an dem Träger 1 mit Hilfe eines Klemmelementes 10 und einer zugeordneten Befestigungseinrichtung 11 montiert, die bei der gezeigten Ausführungsform mehrere Befestigungsschrauben 12 aufweist, die in ein jeweils zugeordnetes Gewinde 12a eingeschraubt sind. Gemäß der Darstellung in 2 verfügt das Klemmelement 10 über mehrere Klemmsegmente 13, die jeweils mit einer zugeordneten Befestigungsschraube 12 befestigt sind. Ein jeweiliger Schraubenkopf 14 ist an einer zugeordneten Ausnehmung 15 in den Klemmsegmenten 13 angeordnet. Die Klemmsegmente 13 ihrerseits sind einer Ausnehmung 16 in dem Führungselement 3 aufgenommen, die mit Hilfe einer Abdeckung 17 abgedeckt ist.
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Vergleichbar der schwimmenden Lagerung des Führungselementes 3 an dem Träger 1 ist das Klemmelement 10 schwimmend gelagert an dem Führungselement 3, bei der dargestellten Ausführungsform in der Ausnehmung 16. Zugeordnete Wälzlager 18 dienen als schwimmende Lagerung für das Klemmelement 10.
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Gemäß 2 sind einander gegenüberliegende Flächen der Klemmsegmente 13 beabstandet, indem ein Spalt 19 gebildet ist.
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3 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Anordnung, bei der die Ausnehmung 16 im unteren Bereich im Unterschied zur Ausgestaltung in 1 V-förmig im Querschnitt ist. Ein zugeordneter Abschnitt des hierin aufgenommenen Klemmelementes 10 ist formangepasst. Alternativ (nicht dargestellt) kann eine U-Form vorgesehen sein.
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Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen sowie der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der verschiedenen Ausführungen von Bedeutung sein.
