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Die Erfindung betrifft ein Linearlager, umfassend mindestens eine Führungsschiene und mindestens einen Linearschlitten, der auf der Führungsschiene linear verschieblich angeordnet ist, wobei die Führungsschiene zumindest einen ersten geradlinigen Abschnitt und mindestens einen zweiten gekrümmten Abschnitt aufweist, wobei der Linearschlitten zumindest einen ersten Kontaktbereich zur Kontaktnahme mit der Führungsschiene aufweist, dessen Formung dem geradlinigen Abschnitt der Führungsschiene angepasst ist, und zumindest einen zweiten Kontaktbereich zur Kontaktnahme mit der Führungsschiene aufweist, dessen Formung dem gekrümmten Abschnitt der Führungsschiene angepasst ist, wobei die ersten und zweiten Kontaktbereiche des Linearschlittens durch die Einhüllende einer Anzahl Wälzelemente gebildet werden, die auf der Führungsschiene abrollen, wobei der Linearschlitten ein Trägerelement aufweist, an dem oder in dem die Wälzelemente gelagert oder angeordnet sind.
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Gattungsgemäße Linearlager sind meist so ausgeführt, dass auf einer geraden Führungsschiene ein Linearschlitten (Führungswagen) linear verfahren kann, und zwar rein geradlinig. Alternativ ist es auch möglich, die Führungsschiene und korrespondierend den Linearschlitten so zu gestalten, dass das durchfahren einer bogenförmigen Bahn möglich ist. Der Krümmungsradius der Bahn ist dann allerdings konstant.
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Wünschenswert wäre es, eine Möglichkeit bereitzustellen, mit der das Linearlager nicht an eine der Arten (d. h. entweder an die geradlinige Führung oder an die Führung entlang einer konstant gekrümmten Bahn) gebunden ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Linearführung bereit zu stellen, die es erlaubt, die Bahn des Linearschlittens freier gestalten zu können. Demgemäß soll es möglich werden, sowohl geradlinige als auch gekrümmte Bahnabschnitte der Führungsschiene durchfahren zu können.
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Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene – zwecks Vermeidung von Kollisionen – zumindest in ihrem gekrümmten Bereich eine Ausnehmung für das Passieren des Trägerelements beim Durchfahren des gekrümmten Bereichs aufweist.
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Die Führungsschiene kann dabei zwei sich gegenüberliegende Führungsflächen aufweisen und der Linearschlitten zwischen den beiden Führungsflächen angeordnet sein. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass die Führungsschiene in einem Schnitt senkrecht zur Linearbewegungsrichtung eine Uförmige Gestalt aufweist, wobei die beiden Führungsflächen an der Innenseite der Schenkel der U-förmigen Struktur angeordnet sind.
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Umgekehrt kann auch die Führungsschiene an zwei voneinander abgewandten Seiten Führungsflächen aufweisen und der Linearschlitten die beiden Führungsflächen umfassen. In diesem Falle ist bevorzugt vorgesehen, dass der Linearschlitten in einem Schnitt senkrecht zur Linearbewegungsrichtung eine U-förmige Gestalt aufweist, wobei die Schenkel der U-förmigen Struktur die Führungsschiene umgreifen.
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Die Anordnung kann dabei beispielsweise so erfolgen, dass die Wälzelemente am Trägerelement nach Art eines Käfigs in einem Aufnahmeraum gehalten werden. Auch die drehbare Lagerung der Wälzkörper um eine Achse ist vorstellbar.
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Die gekrümmten Abschnitte der Führungsschiene sind bevorzugt kreisbogenförmig ausgebildet.
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Durch die vorgeschlagene Lösung wird eine Gleit- oder Wälzkörperführung bereitgestellt, die sowohl auf einer linearen Schiene als auch auf einer gekrümmten Schiene fahren kann.
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Die gleitgeführten oder wälzgeführten Linearschlitten (Wagen) mit teilweise geraden und teilweise kreisbogenförmigen Gleit- bzw. Wälzflächen ermöglichen einen flächigen Kontakt zwischen Linearschlitten und Führungsschiene, und zwar sowohl bei gerader als auch bei bogenförmiger Gestaltung der Führungsschiene. Der bogenförmige Abschnitt der Führungsschiene einerseits und des entsprechenden Teils des Führungswagens sind gleich.
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Bei der Führungsschiene ergibt sich ein stetiger und stetig differenzierbarer Verlauf zwischen geraden und bogenförmigen Bereichen durch die entsprechend gebogene Form von alleine. Beim Führungsschlitten wird der stetige Übergang durch entsprechende Gestaltung vorgesehen, so dass der Führungswagen nicht mit Punkt- bzw. Linienberührung auf der Führungsschiene anläuft, wenn sich der Führungswagen im Übergangsbereich zwischen gerader und gebogener Form der Schiene befindet.
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Wie dargestellt, kann eine U-förmige Führungsschiene vorgesehen werden, wobei der Linearschlitten an den sich gegenüberliegenden inneren Seiten der Schenkel des „U“ anläuft. Alternativ kann aber auch der Linearschlitten jedenfalls teilweise im Querschnitt U-förmig ausgebildet sein, wobei dann die Führungsschiene zwischen den Schenkeln des „U“ angeordnet ist. Der Vorteil dieser Bauweise ist, dass eine schmalere Führungsschiene vorgesehen werden kann, die leichter gebogen werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Bauweise (d. h. einer schmalen Führungsschiene, die von einem Linearschlitten U-förmig umfasst wird) ist, dass diese Lösung wegen der schmalen Führungsschiene weniger materialintensiv ist als im erstgenannten Fall, bei dem die Führungsschiene breiter sein muss, um den Linearschlitten in sich aufzunehmen. Schließlich hat die in Rede stehende Lösung noch den Vorteil, dass der im Querschnitt U-förmig ausgebildete Linearschlitten durch geringfügige Verformungen der Schenkel des „U“ in seinem lichten Abstand eingestellt werden kann, so dass das Spiel für den Linearschlitten auf diese Weise einstellbar ist.
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Wie bereits oben erläutert, ist die vorliegende Erfindung nicht nur auf Gleitführungen beschränkt, es können auch analoge wälzgelagerte Lösungen vorgesehen werden. Dabei wird bevorzugt eine äußere Schiene (d. h. die Führungsschiene, bevorzugt wiederum als U-förmige Struktur, die an den Innenseiten der Schenkel des „U“ Laufbahnen aufweist) mit einer dazwischen laufenden zweiten Schiene (Trägerelement) beispielsweise mit rechteckförmigem Querschnitt und einem Käfig kombiniert, der die erläuterte Grundform mit geraden und gekrümmten Abschnitten darstellt, indem beispielsweise Wälzkörper mit unterschiedlichem Durchmesser am Trägerelement angeordnet werden; deren Hüllfläche (Einhüllende) formen dann einmal gerade und einmal gekrümmte Laufflächen. Ein Teil der Wälzkörper bildet damit die gerade Kontaktfläche, ein anderer Teil der Wälzkörper die gekrümmte Kontaktfläche.
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Dabei kann das Problem entstehen, dass das Trägerelement, insbesondere als gerade Schiene ausgebildet, an der die Wälzkörper gelagert bzw. angeordnet sind, und die äußere Führungsschiene bei der Fahrt des Linearschlittens durch den gekrümmten Bereich der Führungsschiene an der kurvenäußeren Seite kollidieren. Dies kann – wie oben bereits erwähnt – durch verschiedene Maßnahmen gelöst werden, die alle darauf hinauslaufen, dass eine geeignete Aussparung im Bereich der Führungsschiene im gekrümmten Bereich vorgesehen wird.
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Hierbei kann eine langgestreckte Aussparung in der Führungsschiene vorgesehen werden, die einen Eintritt des Trägerelements in den kurvenaußenseitigen Bereich der Führungsschiene zulässt. Vorgesehen werden kann hier einmal eine C-förmige Aussparung der Führungsschiene in ihrem äußeren Bereich oder auch eine langgestreckte Aussparung im Bereich der Kurve. Eine weitere Möglichkeit ist, dass die Kurveninnenseite und die Kurvenaußenseite der äußeren Führungsschiene ein umschließendes „C“ mit einer Öffnung auf der Kurvenaußenseite bildet.
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Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird ein flächiger Kontakt zwischen der Führungsschiene und dem Linearschlitten möglich, unabhängig davon, ob der Linearschlitten einen geraden oder gekrümmten Bereich der Führungsschiene passiert. Somit wird Punkt- bzw. Linienberührung vermieden, was die Tragfähigkeit des Linearlagers verbessert. Somit wird wie effiziente Bewegungsführung durch unterschiedliche Bahnradien möglich.
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele, teilweise gemäß der Erfindung, dargestellt. Es zeigen:
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1 die Seitenansicht einer teils nur schematisch angedeuteten nicht erfindungsgemäßen Führungsschiene, auf der in zwei verschiedenen Stellungen ein Linearschlitten angeordnet ist, der in eine Linearbewegungsrichtung verschieblich ist, wodurch ein Gleit-Linearlager gebildet wird,
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2 den Querschnitt gemäß dem Schnitt A-A nach 1 durch die Führungsschiene,
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3 die Seitenansicht einer nicht erfindungsgemäßen Führungsschiene gemäß einer alternativen Ausgestaltung, auf der wiederum in zwei verschiedenen Stellungen ein Linearschlitten angeordnet ist, der in die Linearbewegungsrichtung verschieblich ist, wodurch ein Gleit-Linearlager gebildet wird,
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4 den Querschnitt gemäß dem Schnitt B-B nach 3 durch die Führungsschiene,
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5 die Seitenansicht einer nur schematisch angedeuteten Führungsschiene gemäß einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung, auf der wiederum in zwei verschiedenen Stellungen ein Linearschlitten angeordnet ist, der in die Linearbewegungsrichtung verschieblich ist, wodurch ein Wälz-Linearlager gebildet wird,
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6a, 6b und 6c den Querschnitt durch die Führungsschiene samt Führungsschlitten für drei verschiedene Ausgestaltungen der Lösung nach 5,
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7 die Seitenansicht einer Führungsschiene,
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8 den Querschnitt durch die Führungsschiene und
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9 den Querschnitt durch die Führungsschiene in einer anderen Ausgestaltung.
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In 1 ist ein Linearlager 1 dargestellt, das eine Führungsschiene 2 und einen Linearschlitten 3 aufweist, der in eine Linearbewegungsrichtung L relativ zur Führungsschiene 2 beweglich gelagert ist, vorliegend als nicht erfindungsgemäße Gleitführung. Die Führungsschiene 2 hat zwei Abschnitte, nämlich einen geradlinigen Abschnitt 2‘ und einen kreisförmig gekrümmten Abschnitt 2‘‘. Das Linearlager 1 ist so ausgestaltet, dass trotz der beiden Abschnitte 2‘ und 2‘‘ mit unterschiedlicher Krümmung der Linearschlitten 3 die gesamte Führungsschiene 2 passieren kann.
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Hierzu weist der Linearschlitten 3 insgesamt drei erste Kontaktbereiche 4, 5 und 6 auf, die zur Kontaktnahme mit der Führungsschiene 2 ausgebildet sind, und zwar dann, wenn sich der Linearschlitten 3 im geradlinigen Abschnitt 2‘ der Führungsschiene 2 befindet; demgemäß sind die ersten Kontaktbereiche 4, 5 und 6 so ausgeformt, dass sie dem geradlinigen Abschnitt 2‘ der Führungsschiene 2 angepasst sind.
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Weiterhin weist der Linearschlitten 3 aber auch drei zweite Kontaktbereiche 7, 8 und 9 auf, die zur Kontaktnahme mit der Führungsschiene 2 ausgebildet sind und die so ausgeformt sind, dass sie dem gekrümmten Abschnitt 2‘‘ der Führungsschiene 2 angepasst sind.
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Wie es der Ausformung der ersten Kontaktbereiche 4, 5 und 6 auf der einen Seite und der zweiten Kontaktbereiche 7, 8 und 9 auf der anderen Seite aus 1 entnommen werden kann, sind somit Gleit-Anlageflächen am Linearschlitten 3 vorhanden, die einmal tauglich sind, den Linearschlitten 3 geradlinig zu führen (s. den unteren eingezeichneten Linearschlitten 3 in 1), und die zu anderen tauglich sind, den Linearschlitten 3 entlang dem kreisbogenförmigen gekrümmten Abschnitt 2‘‘ der Führungsschiene 2 zu führen (s. den oberen eingezeichneten Linearschlitten 3).
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Wie aus 2 hervorgeht, ist die Führungsschiene 2 im hier vorliegenden Ausführungsbeispiel als U-förmiges Bauteil ausgebildet, das zwei Schenkel 12 und 13 hat, die an ihrer Innenseite Führungsflächen 10 bzw. 11 aufweist; an diesen Führungsflächen 10, 11 liegt der Linearschlitten 3 mit seinen ersten Kontaktbereichen 4, 5, 6 im geradlinigen Abschnitt 2‘ der Führungsschiene gleitend an, während an den Führungsflächen 10, 11 der Linearschlitten 3 mit seinen zweiten Kontaktbereichen 7, 8, 9 im gekrümmten Abschnitt 2‘‘ der Führungsschiene gleitend anliegt.
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In 3 und 4 ist der geometrisch umgekehrte Fall dargestellt. Hier weist die Führungsschiene 2 eine im Querschnitt rechteckförmige Gestalt auf (s. 4), die von dem Linearschlitten 3 mit U-förmiger Querschnittsform umfasst bzw. eingefasst wird (s. wiederum 4). Ansonsten entspricht das Konzept demjenigen, wie es in 1 dargestellt ist. Wiederum sind am Linearschlitten 3 erste Kontaktbereiche 4, 5 und 6 und zweite Kontaktbereiche 7, 8 und 9 angeformt, die zum Gleitkontakt mit der Führungsschiene 2 vorgesehen sind.
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In 5 ist dasselbe Prinzip entsprechend umgesetzt, wobei hier der Unterschied zu den vorstehenden Lösungen darin besteht, dass kein Gleitkontakt, sondern ein Wälzkontakt vorgesehen ist. Demgemäß weist der Linearschlitten 3 hier ein stabförmiges Trägerelement 15 auf, an dem Wälzelemente 15 gelagert bzw. angeordnet sind (sie können zu diesem Zweck in der Aufnahmetasche eines nicht dargestellten Käfigs platziert sein). Die Wälzelemente beschreiben mit ihrer Einhüllenden (wie in 5 mit gestrichelten Linien angedeutet) einmal einen geradlinigen Kontaktbereich 4, 5 und 6 und einmal einen gekrümmten Kontaktbereich 7, 8 und 9.
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Somit kann der Linearschlitten 3 sowohl den geradlinigen als auch den gekrümmten Abschnitt der Führungsschiene 2 durchfahren und hat stets definierte Anlageflächen an den Führungsflächen 10 und 11 der Führungsschiene 2. Der Linearschlitten 3 ist auch hier einmal im geradlinigen Abschnitt der Führungsschiene 2 und einmal im gekrümmten Abschnitt derselben eingezeichnet.
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Wie sich für die Stellung bzw. Lage des Linearschlittens 3 im gekrümmten Abschnitt der Führungsschiene 2 ergibt, kann es hier vorkommen, dass das Trägerelement 15 in den äußeren Bereich der Führungsschiene 4 hineinragt (s. Bezugsziffer 17).
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Um diesbezüglich Kollisionen mit der Führungsschiene 2 zu verhindern, sind in den 6a, 6b und 6c Möglichkeiten skizziert, wie dies verhindert werden kann. Hier ist in einem Schnitt senkrecht zur Linearbewegungsrichtung L die Führungsschiene 2 und der Linearschlitten 3 mit Trägerelement 15 und Wälzelementen 14 skizziert.
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Allen dargestellten Lösungen ist gemein, dass es hier eine Ausnehmung 16 gibt, die den Eintritt des herausragenden Abschnitts 17 des Trägerelements 15 ermöglicht.
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In den 7 bis 10 ist dargestellt, wir vorgegangen werden kann, um eine ursprüngliche gerade Führungsschiene zu biegen und so über einen definierten Bereich eine Kurve (gebogene Bahn) zu realisieren. Die ursprünglich gerade Führungsschiene 2 kann hier mit Einschnitten versehen werden (s. 7), um sie in eine gewünschte gebogene Bahn zu bieten. Ansonsten kann die Führungsschiene 2 aus mehreren Bauteilen zusammengesetzt sein (s. 8 und 9).
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Linearlager
- 2
- Führungsschiene
- 2‘
- geradliniger Abschnitt
- 2‘‘
- gekrümmter Abschnitt
- 3
- Linearschlitten
- 4
- erster Kontaktbereich
- 5
- erster Kontaktbereich
- 6
- erster Kontaktbereich
- 7
- zweiter Kontaktbereich
- 8
- zweiter Kontaktbereich
- 9
- zweiter Kontaktbereich
- 10
- Führungsfläche der Führungsschiene
- 11
- Führungsfläche der Führungsschiene
- 12
- Schenkel
- 13
- Schenkel
- 14
- Wälzelemente
- 15
- Trägerelement
- 16
- Ausnehmung
- 17
- herausragender Abschnitt des Trägerelements
- L
- Linearbewegungsrichtung
