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Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für Lineargleitlager, ein solches Gleitlager, eine Lineargleitlageranordnung, einen Hubtisch sowie eine Verwendung eines Lineargleitlagers zur Positionierung eines Hubtisches.
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Bei Lagern zur beweglichen Lagerung von Objekten gegeneinander wird insbesondere zwischen Wälzlagern und Gleitlagern unterschieden. Bei Wälzlagerungen werden Lagerungs-Elemente durch rollende Teile – die Wälzkörper – voneinander getrennt. Im Gegensatz dazu gleitet bei Gleitlagerungen jedoch ein bewegliches Bauteil im Wesentlichen direkt auf einer feststehenden Schiene oder Welle oder andersherum. Lineargleitlager sind häufig hohle Zylinder aus speziellen Werkstoffen mit einem fest definierten Innendurchmesser, die ein leichtes Gleiten gegenüber der Welle ermöglichen. In den Poren der Gleitlagerinnenwände sind häufig Schmierstoffe eingebettet, die die Reibung zwischen Lager und Welle verringern. Diese Stoffe sind vor allem bei Kunststofflagern oder solchen aus Sintermetallen anzutreffen. Es gibt jedoch auch Gleitlager, die gänzlich ohne Schmierstoff auskommen, weil die verwendeten Werkstoffe selbst gute Gleiteigenschaften besitzen. Beispiele hierfür sind Kupferlegierungen oder gleitend beschichtete Materialien.
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Bei aus der Praxis bekannten Gleitlagern wie beispielsweise bei Bremsgestängen von Eisenbahnen oder im Weichenbau können und müssen teilweise relativ große Toleranzen bezüglich der Lagerdurchmesser und somit Spiel in der Führung hingenommen werden. Bei einem weiteren aus der Praxis bekannten Gleitlager wird eine Buchse als Führung in eine geeignete Aufnahme eingebracht. Für eine präzise Anpassung ist es hierbei erforderlich, dass bei eingesetzter Buchse die Innenwandung auf Maß abgedreht wird, sodass eine Gleitbeschichtung vor dem Einbringen der Buchse nicht möglich ist.
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Bei anderen Anwendungen ist jedoch sowohl eine Gleitbeschichtung als auch höchste Präzision bei dem Zusammenwirken mit der zugehörigen Welle in den genannten Aspekten erforderlich. Zum Beispiel bei Operationstischen kommt es auf gutes Gleiten ohne Verkanten, eine winkelstabile Lagerung des Patienten auf der Tischfläche und einen möglichst geringen Wartungsaufwand sowie eine kompakte Bauform an. Bei der Herstellung solcher Lineargleitlager müssen bisher aufwendig und in zahlreichen Schritten Wellen und Gleitlager aneinander angepasst werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten.
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Dabei kann sich das Gleitlager auch noch beim weiteren Verbauen beispielsweise durch Schweißen so verziehen, dass seine Qualität deutlich gemindert wird.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives, verhältnismäßig einfaches Herstellungsverfahren für Lineargleitlager sowie ein alternatives, präzises Lineargleitlager anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines Lineargleitlagers gemäß Patentanspruch 1, ein Lineargleitlager gemäß Patentanspruch 3 und eine Lineargleitlageranordnung gemäß Patentanspruch 9 gelöst.
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Das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung eines Lineargleitlagers weist folgende Schritte auf: Zunächst wird ein zylindermantelförmiges Buchsen-Halbzeug mit einem Schlitz, der zwischen zwei Stirnseiten des Buchsen-Halbzeugs verläuft, auf eine Referenzwelle mit definiertem Referenzwellendurchmesser aufgebracht und dann darauf festgespannt. Folgend wird ein Außendurchmesser des Buchsen-Halbzeugs in mindestens einem Passungsbereich auf einen Passungsaußendurchmesser zur Erstellung einer Buchse, die außerhalb des Passungsbereichs mindestens einen Spund mit einer Spundhöhe und/oder eine Nut mit einer Nuttiefe aufweist. Anschließend wird die Buchse von der Referenzwelle gelöst. Schließlich wird die Buchse in eine Buchsenaufnahme eingebracht. Die Buchsenaufnahme weist dabei zumindest eine Passungsinnenfläche mit einem zum Passungsaußendurchmesser passenden Passungsinnendurchmesser und mindestens eine Nut mit einer Nuttiefe und/oder mindestens einen Spund mit einer Spundhöhe auf. Nach dem Einbringen der Buchse in die Buchsenaufnahme liegt der Passbereich an der Passungsinnenfläche an und der Spund greift in die Nut ein. Das heißt, eine Nut bzw. ein Spund der Buchsenaufnahme sollte dementsprechend passend zu einem Spund bzw. einer Nut der Buchse ausgebildet sein, so dass diese zusammenwirkend ineinandergreifen können.
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Die Schritte des Verfahrens werden bevorzugt in der angegebenen, festen Reihenfolge ausgeführt. Dabei weist das Buchsen-Halbzeug eine um eine zylindrische Form mit einer Zylinderachse in einer Längsrichtung auf. Der Begriff zylindrische Form ist hier im weitesten Sinne mathematisch zu sehen, d.h. dass die Grundfläche des Zylinders z.B. auch elliptisch sein kann. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen Kreiszylinder. Diese Form wird durch den Schlitz unterbrochen, und besteht aus einem ausreichend flexiblen, d. h. elastisch verformbaren Material. Der Schlitz kann leicht schräg – also quasi spiralförmig – um die Zylinderachse angeordnet und/ oder in stufen-, zickzackform oder dergleichen ausgebildet sein, er verläuft aber bevorzugt als gerader Schlitz in axialer Richtung. Die Stirnseiten bezeichnen dabei die in bzw. entgegen axiale Richtung weisenden Schmalseiten bzw. endständigen Kanten des Zylindermantels. Der Schlitz verläuft dementsprechend über die gesamte Länge des Buchsen-Halbzeugs.
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Gegebenenfalls weist das Buchsen-Halbzeug bei seiner Bereitstellung bereits eine grobe Vorstruktur auf seiner von der Zylinderachse weg weisenden Außenseite auf. So können beispielsweise Spund oder Nutbereiche (vor-)ausgebildet sein, um die folgenden Bearbeitungsschritte zu verkürzen. Die Referenzwelle weist einen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser des nicht gespannten Buchsen-Halbzeugs. Somit kann die Referenzwelle koaxial in das Buchsen-Halbzeug eingeführt und dann mittels einer beliebigen geeigneten Spannvorrichtung, z. B. mit einem Klemmring, in dem Buchsen-Halbzeug festgespannt werden. Das Buchsen-Halbzeug wird dabei im Wesentlichen radial nach innen, also zur Zylinderachse hin, komprimiert. Dabei werden die beiden Kanten des geeignet breiten Schlitzes aufeinander zu geführt, bis das Buchsen-Halbzeug mit seiner Innenseite an der Referenzwelle weitgehend vollständig im Rahmen der Fertigungstoleranzen von beispielsweise in etwa 25 µm bis 50 µm anliegt. Die Kanten des Schlitzes berühren sich dabei jedoch nicht. Dieses berührungsfreie Festspannen im Bereich der Kanten des Schlitzes ist ein wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens und grenzt es von bisher bekannten Herstellungsverfahren ab. Denn hierdurch wird einerseits sichergestellt, dass die Buchse zum Einbringen in die Buchsenaufnahme noch unter den Innendurchmesser der Buchsenaufnahme komprimiert werden kann. Andererseits weist die Buchse nach der Anpassung dadurch im eingesetzten Zustand genau den über die Referenzwelle definierten Durchmesser auf, wie im Folgenden erläutert wird.
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Im nächsten Schritt wird nämlich der Außendurchmesser in dem zumindest einen Passungsbereichen der Buchse verringert. In diesem Bereich wird also ein Teil der Dicke der Buchse beispielsweise durch spanabhebende Verfahren wie Drehen und/oder Fräsen, bevorzugt aber durch Schleifen, an der von der Zylinderachse weg weisenden Außenseite der Buchse abgetragen. Diese Abtragung erfolgt möglichst exakt auf den Passungsaußendurchmesser, also bestmöglich im Rahmen der technischen Fertigungsmöglichkeiten. Der Passungsaußendurchmesser passt zum Passungsinnendurchmesser der Buchsenaufnahme. Das heißt, dass sich Passungsinnendurchmesser und Passungsaußendurchmesser bevorzugt im Wesentlichen gleichen. Mit anderen Worten sind die beiden Durchmesser bestenfalls exakt gleich, wobei unter Berücksichtigung und im Rahmen der Fertigungstoleranzen der Passungsinnendurchmesser allerdings geringfügig vom Passungsaußendurchmesser abweichen kann, solange eine gute Passung und ein möglichst exakter Innendurchmesser des Lineargleitlagers gewährleistet bleiben. Durch diese Verringerung des Außendurchmessers in dem Passungsbereich wird aus dem Buchsen-Halbzeug die fertige Buchse.
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Der Passungsbereich ist bevorzugt ringförmig ausgebildet, d. h. er ist rotationssymmetrisch zur Zylinderachse. Er erstreckt sich aber nicht über die gesamte Außenseite der Buchse. Dadurch bleibt in nicht abgetragenen Bereichen das Material der Buchse unbearbeitet stehen, sodass hier Bereiche ausgebildet werden, in denen keine exakte Passung erforderlich ist. Es können sich zum Ersten also Abschnitte ergeben, in denen keine formschlüssige Wirkung erzielt wird. Zum Zweiten kann sich durch die Verringerung des Außendurchmessers erhabene Struktur in Form eines bevorzugt ringförmigen Spunds ergeben. Dieser weist eine Spundhöhe auf, die die Differenz zwischen dem Außendurchmesser der Buchse im Bereich des Spunds und dem Passungsaußendurchmesser kennzeichnet. Zum Dritten kann in diesen Bereichen durch das gegebenenfalls vorstrukturierte Buchsen-Halbzeug eine, bevorzugt ringförmige, Nut angeordnet sein, die gegenüber dem Passungsbereich eine Vertiefung darstellt. Diese weist eine Nuttiefe auf, die analog zur Spundhöhe die Differenz zwischen dem Außendurchmesser der Buchse im Bereich der Nut und dem Passungsaußendurchmesser kennzeichnet. Der Spund und die Nut sind also bevorzugt ringförmig ausgebildet. Sie können aber auch, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, partiell zum Beispiel wie Stift und Bohrung ausgebildet sein, um eine Rotation der Buchse zu vermeiden. Nach der Anpassung wird die Spannvorrichtung wieder gelöst und die nun fertige, wieder im ursprünglichen entspannten Zustand befindliche Buchse von der Referenzwelle abgenommen.
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Zum Einbringen in die Buchsenaufnahme wird die Buchse beispielsweise mit einer Spannvorrichtung, ähnlich wie beim Aufbringen auf die Referenzwelle, radial komprimiert. Folgend können auch sonst radial überstehende Elemente in die Buchsenaufnahme eingeführt und sonach im Bereich der Nut beziehungsweise des Spunds positioniert werden. Wenn der Spund im zugehörigen Nutbereich positioniert ist, wird die Spannung der Buchse gelöst bzw. sie löst sich aufgrund des fehlenden radialen Formschlusses mit der Innenseite der Buchsenaufnahme. Die Buchse dehnt sich infolgedessen radial wieder aus, wobei der Spund in die zugehörige Nut „einklickt“. Dabei korrespondieren der Spund und/oder die Nut der dekomprimierten Buchse und die Nut und/oder der Spund der Buchsenaufnahme zumindest so weit in ihrer Form, dass sich der Spund locker formschlüssig in die Nut einfügt. Grundsätzlich ist für diese Verbindung eine Vielzahl von korrespondierenden Formen wie beispielsweise halbrunde Aus- bzw. Einbuchtungen, polygonale Formen etc. geeignet. Es wird jedoch aus Fertigungsgründen eine einfache Stufenform bevorzugt. Auch ist es möglich, auf der Buchse sowohl Spundelemente als auch Nutelemente anzuordnen, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Das gleiche gilt analog für die korrespondierenden Elemente der Buchsenaufnahme. Eine exakte Passung von Spund und Nut ist dabei nicht erforderlich. Vielmehr ist sowohl in axialer als auch in radialer Richtung ein gewisses Spiel erlaubt. Das heißt gleichzeitig, dass bei der Fertigung von Spund und Nut die Toleranzen in diesen Richtungen nicht so eng sind wie in den Passungsbereichen bzw. Passungsinnenflächen.
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Eben dadurch, dass der Passungsbereich und die Passungsinnenfläche durch die vorigen Verfahrensschritte so genau aneinander angepasst sind und weil die Anpassung des Passungsbereichs der Buchse auf der Referenzwelle erfolgte, dehnt sich der Innendurchmesser der Buchse nach dem Einbringen auch wieder auf den Referenzwellendurchmesser aus. Vorteilhafterweise wird also durch das erfindungsgemäße Verfahren eine hohe, über die Referenzwelle definierte Genauigkeit des Innendurchmessers der Buchse erreicht, ohne dass die Buchse an ihrer – gegebenenfalls gleitend bereitgestellten – Innenseite bearbeitet werden muss.
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Das erfindungsgemäße Lineargleitlager zur Lagerung einer Welle umfasst eine zylindermantelförmige Buchse mit einem Schlitz, der zwischen zwei Stirnseiten der Buchse verläuft, und mindestens einen Passungsbereich mit einem Passungsaußendurchmesser. Ferner weist die Buchse mindestens einen Spund mit einer Spundhöhe und/oder mindestens eine Nut mit einer Nuttiefe auf. Außerdem umfasst das Lineargleitlager eine zylindrische Buchsenaufnahme mit mindestens einer Passungsinnenfläche. Diese weist einen Passungsinnendurchmesser auf, der zum Passungsaußendurchmesser passt. Ferner umfasst die Buchsenaufnahme mindestens eine Nut mit einer Nuttiefe und/oder mindestens einen Spund mit einer Spundhöhe. Die Buchse ist dabei so an die Buchsenaufnahme angepasst, dass im eingesetzten Zustand der Passungsbereich an der Passungsinnenfläche anliegt. Des Weiteren greift der Spund in die Nut ein, wobei die Spundhöhe geringer ist als die Nuttiefe, sodass Spund und Nut radial beabstandet sind. Die Buchse weist außerdem im eingesetzten Zustand einen definierten Innendurchmesser auf.
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Das Lineargleitlager wird bevorzugt nach dem vorgenannten erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt, damit die eingesetzte Buchse einen über das Verfahren, also über die Referenzwelle, definierten Innendurchmesser aufweist. Die Buchse kleidet dann die Buchsenaufnahme innen so aus, dass der Passungsbereich an der Passungsinnenfläche schlüssig anliegt. Dies führt jedoch zu keinem Kraftschluss im herkömmlichen Sinne, da bevorzugt lediglich eine schwache Anpresskraft von der Buchse auf die Buchsenaufnahme ausgeübt wird. Dadurch werden Verformungen der Buchse verhindert; es kommt also hierdurch insbesondere zu keinen Abweichungen vom definierten Innendurchmesser. Da ein Verkanten der Welle durch die präzise Führung verhindert wird, ist das Lineargleitlager zudem vorteilhafterweise wartungsarm. Aufgrund der hohen Präzision beim Innendurchmesser der Lager kann dadurch zugleich eine vorteilhaft kompakte Bauform erreicht werden. Das Lineargleitlager kann bei kreisförmiger Bauart ebenso auch als Dreh-Gleitlager verwendet werden, da es die aufzunehmende Welle nicht in einer Rotation um die Zylinderachse im Freiheitsgrad beschränkt. Allerdings kann beispielsweise eine elliptische Formgebung auch als Sicherung gegen eine Rotation zwischen Welle und Lager dienen.
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Bevorzugt kann das Lineargleitlager im Rahmen einer Lineargleitlageranordnung eingebaut werden. Diese umfasst dementsprechend ein erstes erfindungsgemäßes Lineargleitlager, in dem eine Hohlwelle gelagert ist. Die Hohlwelle ist ihrerseits wiederum als Buchsenaufnahme eines zweiten erfindungsgemäßen Lineargleitlagers ausgebildet. Bei dieser teleskopartigen Lineargleitlageranordnung weist das zweite, also das innere Lineargleitlager dementsprechend einen geringen Radius auf und dient somit auch als Lager für eine kleinere Welle. Durch diese vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lineargleitlageranordnung wird eine kompakte Bauweise erreicht und trotzdem große Hubhöhe ermöglicht. Die erfindungsgemäßen Lineargleitlager bzw. Lineargleitlageranordnungen werden im Folgenden auch kurz und zusammenfassend als Lager bezeichnet.
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Das erfindungsgemäße Lineargleitlager kann prinzipiell in allen Hub- und/oder Lagerelementen verbaut werden, beispielsweise in der Kran- bzw. Gabelstaplertechnik und/oder im Automotive-Bereich. Es wird aber bevorzugt verwendet, um bei Tischen als Arbeitsfläche im Allgemeinen und Operationstischen für invasive und nicht-invasive Eingriffe im Speziellen möglichst ergonomische – d. h. räumlich, zeitlich optimierte und für den Arbeitenden wenig ermüdende oder gar schädigende – Arbeitsbedingungen bereitzustellen. Sie weisen daher häufig zumindest eine Höhenverstellung, oft auch noch weitere Positionierungsmöglichkeiten auf, um eine günstige Arbeitsposition zu erzielen. Daher weist ein erfindungsgemäßer Hubtisch, insbesondere Operationstisch, eine Anzahl von Hubwellen, vorzugsweise zur Höhenpositionierung, auf, die in erfindungsgemäßen Lineargleitlagern und/oder in erfindungsgemäßen Lineargleitlageranordnungen gelagert sind.
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Erfindungsgemäß wird deshalb ein erfindungsgemäßes Lineargleitlager zur Positionierung, vorzugsweise zur Höhenpositionierung, eines Hubtisches, insbesondere eines Operationstisches, verwendet. Dabei umfasst das Lineargleitlager eine zylindermantelförmige Buchse. Diese weist einen Schlitz, der zwischen zwei Stirnseiten der Buchse verläuft, und mindestens einen Passungsbereich mit einem Passungsaußendurchmesser sowie mindestens einem Spund mit einer Spundhöhe und/oder mindestens eine Nut mit einer Nuttiefe auf. Das Lineargleitlager umfasst weiterhin eine zylindrische Buchsenaufnahme mit mindestens einer Passungsinnenfläche, die einen Passungsinnendurchmesser aufweist, der zum Passungsaußendurchmesser passt. Außerdem weist die Buchsenaufnahme mindestens eine Nut mit einer Nuttiefe und/oder mindestens einen Spund mit einer Spundhöhe auf. Die Buchse ist dabei so an die Buchsenaufnahme angepasst, dass im eingesetzten Zustand der Passungsbereich an der Passungsinnenfläche anliegt. Des Weiteren greift der Spund in die Nut ein. Die Buchse weist außerdem im eingesetzten Zustand einen definierten Innendurchmesser auf. Zumindest mittels einer in dem Lineargleitlager gelagerten Welle wird der Operationstisch positioniert.
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Die vorteilhaft weiche, ruckelfreie Positionierung durch die guten Gleiteigenschaften der erfindungsgemäßen Lager ermöglicht eine Verstellung des Tisches auch bei laufender Arbeit. Dies kann insbesondere bei Operationen essenziell sein, da ruckhafte Bewegungen während eines operativen Eingriffs zu vermeiden sind. Besonders wenn der Patient bei Bewusstsein ist, würde eine stockende oder stoßweise Positionierung beispielsweise von ihm als unangenehm empfunden oder in ihm ein Gefühl der Unsicherheit erzeugen. All dies wird durch die Positionierung des Tischs mittels des erfindungsgemäßen Lagers vermieden. Zugleich ergibt sich durch das erfindungsgemäße Lager eine kürzere Führungslänge, als bisher aus der Praxis bekannt ist, sodass der Operationstisch weiter nach unten gefahren werden kann, um einem Patienten den Einstieg zu erleichtern.
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Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können und insbesondere auch einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden können. Dabei wird im Folgenden ohne Beschränkung der Allgemeinheit davon ausgegangen, dass der zumindest eine, vorzugsweise ringförmige, Spund an der Buchse und die entsprechende, vorzugsweise ringförmige, Nut an der Buchsenaufnahme angeordnet sind, da dies eine bevorzugte Variante ist, die mit geringstem Fertigungsaufwand realisierbar ist.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Lineargleitlagers ist die Nuttiefe größer als die Spundhöhe, sodass der Spund und die Nut im eingesetzten Zustand radial beabstandet sind. Der Spund und die Nut werden also eben nicht auf Passung gefertigt, sondern haben ein gewisses radiales Spiel. Das heißt auch, dass der Innenradius des Lineargleitlagers bei eingesetzter Buchse nicht über diese Bereiche definiert wird, sondern ausschließlich über die Passungsbereiche, in denen die Buchse an der Buchsenaufnahme anliegt.
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Generell ist es also im Rahmen der Erfindung möglich einen Spund oder zwei Spunde endseitig, d. h. im Bereich einer Stirnseite der Buchse, anzuordnen. Dadurch ergibt sich der zu bearbeitende Passungsbereich in Form lediglich eines zusammenhängenden Bereichs. Bevorzugt wird allerdings der Außendurchmesser des Buchsen-Halbzeugs bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in zumindest zwei Passungsbereichen auf einen Passungsaußendurchmesser verringert. Es wird also in zumindest zwei Passungsbereichen Material vom Buchsen-Halbzeug abgenommen, sodass die Passungsbereiche von einem Spund bzw. mehreren Spunden separiert werden.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Lineargleitlagers sind zumindest zwei der Passungsbereiche endseitig an der Buchse angeordnet. Das heißt, diese Passungsbereiche werden jeweils im Bereich einer Stirnseite der Buchse ausgeformt. Da der Innendurchmesser des Lineargleitlagers eben über das Herstellungsverfahren in den endständigen Passungsbereichen festgelegt ist, ist er gemäß dieser Randbedingung gleichsam über die gesamte Länge der Buchse definiert.
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Um einen möglichst exakten und konstanten Innendurchmesser über die gesamte Länge des Lineargleitlagers zu erreichen, sind die Passungsbereiche bevorzugt in Bereichen der Stirnseiten der Buchse angeordnet, sodass der Spund bevorzugt eher mittig angeordnet ist. Da die Buchse auf diese Weise nicht in allen Bereichen exakt passgenau gefertigt werden muss, kommt es bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren vorteilhafterweise zu weniger Ausschuss bzw. Nachbearbeitungsbedarf.
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In einem Ausführungsbeispiel weist der Innendurchmesser eines erfindungsgemäßen Lineargleitlagers eine kleinere Toleranz als 50 µm, vorzugsweise kleiner als 25 µm, auf. Die Toleranz beschreibt die maximal zulässige Abweichung vom exakten Wert, also hier die maximal erlaubte Abweichung vom Innendurchmesser bei dem erfindungsgemäßen Lineargleitlager.
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Nach einer in der Praxis etablierten Faustformel wird die Länge eines zylindrischen Lagers, die für eine gute Führung notwendig ist, als doppelt so lang wie der Innendurchmesser des Lagers abgeschätzt. Bei einem erfindungsgemäßen Lineargleitlager ist jedoch bevorzugt eine axiale Länge des Lagers geringer als der 2-fache Innendurchmesser. Diese Verkleinerung gegenüber dem Stand der Technik wird durch den besonders exakt gefertigten Innendurchmesser erreicht, wodurch eine im Betrieb eingebrachte Welle eng vom Lager umschlossen und so trotz der geringeren Länge des Lagers präzise geführt ist.
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Die Buchse eines erfindungsgemäßen Lineargleitlagers ist bevorzugt aus Kunststoff oder Metall, besonders bevorzugt aus Edelstahl oder Kupfer, gefertigt.
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Die Buchse eines erfindungsgemäßen Lineargleitlagers kann vollständig aus PTFE bestehen, sie weist jedoch bevorzugt zumindest auf einer Innenseite eine Beschichtung aus PTFE (Polytetrafluorethylen) auf. Besonders bevorzugt wird das Buchsen-Halbzeug bereits vor der Anpassung mit diesem Material beschichtet bereitgestellt. PTFE, beispielsweise das Produkt Teflon® der Firma DuPontTM, zeichnet sich durch seine guten Gleiteigenschaften aus, die den Verschleiß vorteilhaft gering halten. Mit dieser Beschichtung kann das Lineargleitlager schmiermittelfrei betrieben werden, was zudem den Wartungsaufwand reduziert.
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Bei einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Lineargleitlagers ist die Buchsenaufnahme aus einem massiven Block gefertigt. Dieser gewährleistet ausreichende Stabilität für die Aufnahme der Buchse und somit insgesamt für das Gleitlager. Zugleich weist er bevorzugt geeignete Verbindungsmittel auf, um das Gleitlager wie benötigt befestigen zu können. Für die Befestigung des Blocks ist deswegen bevorzugt kein Schweißen erforderlich. So kann sicher vermieden werden, dass sich das Gleitlager beim Einbau dauerhaft verzieht und somit eine präzise Passung nicht mehr sichergestellt werden kann.
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Die Buchsenaufnahme wird in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt zu einem beliebigen Zeitpunkt vor dem Einbringen der Buchse bereitgestellt. Dies erfolgt besonders bevorzugt ohne Beschränkung der Allgemeinheit, indem eine zylindrische Auslassung mit Passungsinnenflächen mit einem Passungsdurchmesser und mindestens einer Nut mit einer Nuttiefe aus einem geeigneten Material, wie beispielsweise Kunststoff, vorzugsweise jedoch Edelstahl oder Aluminium, gebohrt, gefräst und/oder gedreht wird. Dabei ist der Durchmesser der Nut größer als der Passungsdurchmesser. Die Buchsenaufnahme kann nach außen hin eine beliebige günstige Form aufweisen.
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Bei einem Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lineargleitlageranordnung ist im zweiten Lineargleitlager ebenfalls eine Hohlwelle angeordnet, die als Buchsenaufnahme für zumindest ein weiteres, untergeordnetes Lineargleitlagers oder eine Kaskade von weiteren Lineargleitlagern ausgebildet ist. Kaskade heißt in diesem Sinne, dass die Wellen der Lineargleitlager auch wieder als Hohlwellen ausgebildet sind, in die jeweils ein weiteres erfindungsgemäßes Lineargleitlager geschachtelt ist. Die Hohlwellen dienen also jeweils als Buchsenaufnahme für ein untergeordnetes, weiter innen angeordnetes Lineargleitlager. Es sind also grundsätzlich noch beliebig viele weitere dieser teleskopartigen Schachtelungen möglich. Dabei ist selbstverständlich die Stärke der Hohlwellen bzw. der Gleitlager im Hinblick auf die Stabilität der gesamten Anordnung zu berücksichtigen. Durch diese Schachtelung wird vorteilhafterweise der Platzbedarf der Lineargleitlageranordnung noch weiter reduziert.
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In einer Ausführungsform sind bei einem erfindungsgemäßen Hubtisch die Buchsenaufnahmen von zwei erfindungsgemäßen Lineargleitlagern oder zwei erfindungsgemäße Lineargleitlageranordnungen parallel, vorzugsweise in einem gemeinsamen Block, angeordnet. Durch die starre Verbindung mit einer zusätzlichen Führung ist der Rotationsfreiheitsgrad beider Gleitlager nicht mehr vorhanden, sodass der Hubtisch nur noch in eine Dimension, nämlich in axiale Richtung der Gleitlager, bewegt werden kann. Außerdem erhöht das zweite Gleitlager vorteilhafterweise die Stabilität.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Die Figuren sind in der Regel nicht maßstäblich. Es zeigen:
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1 eine seitliche Schnittansicht eines Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hubtisches,
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2 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Gleitlageranordnung,
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3 ein Blockschema eines Ablaufbeispiels eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für ein Lineargleitlager,
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4 eine perspektivische Ansicht eines Buchsen-Halbzeugs,
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5 eine perspektivische Ansicht eines auf einer Referenzwelle festgespannten Buchsen-Halbzeugs,
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6 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäß bearbeiteten Buchse,
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7 eine perspektivische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Buchsenaufnahme (links) eines erfindungsgemäßen Lineargleitlagers und ein erfindungsgemäßes Lineargleitlager mit einer Buchse nach 6 (rechts) und
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8 eine grobschematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lineargleitlagers.
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In 1 ist beispielhaft ein erfindungsgemäßer Hubtisch 13 als Operationstisch in einer seitlichen Schnittansicht dargestellt. Richtungsangaben wie „über“, „unter“, „horizontal“ bzw. „vertikal“ beziehen sich im Folgenden auf einen bestimmungsgemäß aufgestellten Operationstisch 13. Der Operationstisch 13 weist eine Liege 29 auf, die drei Körpersegmente 27 sowie ein Kopfsegment 28 zur Lagerung eines Patienten umfasst. Diese Segmente 27, 28 sind in einer Reihe und im Wesentlichen horizontal angeordnet. Sie sind jeweils schwenkbar mit den benachbarten Segmenten verbunden und können über, beispielsweise hydraulische, Positionierungselemente 26 nach Bedarf ausgerichtet werden.
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Die Liege 29 ist oberseitig einer Hubsäule 30 angeordnet. Die Hubsäule 30 umfasst eine Steuerungseinheit 25, eine erste Höhenverstellung 24, eine zweite Höhenverstellung (hier nicht gezeigt) und zwei erfindungsgemäße Lineargleitlageranordnungen 10. Bestimmungsgemäß ist die Hubsäule 30 mit einer Hubrichtung HR senkrecht zum Boden (hier nicht gezeigt), also vertikal, und im Wesentlichen auch senkrecht zur Liege 29 angeordnet und dient zur erhöhten und höhenverstellbaren Positionierung des Patienten, d. h. zur Höhenverstellung in Hubrichtung HR. Die Hubrichtung HR wird im Folgenden auch als axiale Richtung bezeichnet. Zentral unter dem mittleren Bereich der Liege 29 sind die Höhenverstellungen angeordnet. Sie werden zum Beispiel hydraulisch, pneumatisch und/oder als einfaches Gewinde betrieben und dabei über die Steuerungseinheit 25 geregelt. Letztere kann zugleich auch die Positionierungselemente 26 ansteuern. Sie weist dementsprechend geeignete Komponenten auf, beispielsweise in Form einer elektrischen Schaltung, eines FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder eines Mikroprozessors. Die Steuerungseinheit 25 ist im Wesentlichen in einem oberen Bereich innerhalb eines Gehäuses der Hubsäule 30 angeordnet, wobei sie auch außen am Gehäuse angebrachte Bedienelemente und/oder eine Fernbedienung umfassen kann. Die beiden Lineargleitlageranordnungen 10 sind in Hubrichtung HR im unteren Bereich der Hubsäule 30 angeordnet und verbinden diese somit direkt oder indirekt mit dem Boden. Sie dienen als Führung für die Hubsäule 30, wie anhand von 2 im Folgenden erläutert wird.
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2 zeigt eine detailliertere Ansicht des Ausführungsbeispiels der zwei erfindungsgemäßen Lineargleitlageranordnungen 10 aus 1. Sie sind beabstandet, parallel in Hubrichtung HR angeordnet und starr über zwei erste Buchsenaufnahmen 6 verbunden. Diese sind als durchgängige, zylindrische Ausnehmungen mit je einer zentralen Zylinderachse in Hubrichtung HR in einem gemeinsamen quaderförmigen Block 14 ausgestaltet. Letzterer kann beispielsweise aus Aluminium oder Kunststoff bestehen und ist an Außenkanten, die in Hubrichtung HR verlaufen, leicht abgerundet. Die Buchsenaufnahmen 6 sind jeweils Bestandteil eines erfindungsgemäßen ersten Lineargleitlagers 1, in dem jeweils eine zylindrische Hohlwelle 11 koaxial angeordnet und geführt ist. Die Hohlwellen 11 weisen eine Innenseite und eine Außenseite auf. Sie sind miteinander in einem unteren Bereich starr über eine untere Verbindungsplatte 33 und in einem oberen Bereich starr über eine obere Verbindungsplatte 34 verbunden. Ihre Innenseiten sind jeweils im unteren Bereich als Buchsenaufnahme eines zweiten erfindungsgemäßen Lineargleitlagers 1* ausgebildet. Darin ist wiederum eine koaxial zur zugehörigen Hohlwelle 11 geführte Welle 12 angeordnet.
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Im Bereich zwischen den Verbindungsplatten 33, 34 ist der Block 14 translatorisch in Hubrichtung HR verschiebbar. Er dient dabei als Basis für den zu positionierenden oberen Teil des Operationstisches 13, also insbesondere für die Liege. Mittig zwischen den Lineargleitlageranordnungen 10 sind die Höhenverstellungen 24 angeordnet. Die erste Höhenverstellung 24 umfasst einen Zylinder 31 und einen darin axial beweglich angeordneten Aktuator 32. Der Zylinder 31 ist fest mit dem Block 14 verbunden, wohingegen der Aktuator 32 mit der unteren Verbindungsplatte 33 verbunden ist. Gesteuert über die Steuerungseinheit 25 kann nun der Aktuator 32 aus dem Zylinder 31 heraus bzw. in diesen hinein gefahren werden. Hierüber wird gleichzeitig die Position des Blocks 14 gegenüber der Hohlwelle 11 gesteuert. Die zweite Höhenverstellung (hier nicht gezeigt) ist analog zur ersten Höhenverstellung 24 ausgebildet, wobei über sie hingegen die Distanz zwischen der unteren Verbindungsplatte 33 und dem Boden bzw. einer Bodenplatte und somit gleichzeitig die Position der Hohlwelle 11 relativ zur Welle 12 reguliert wird. Die Ausgestaltung und Herstellung der Lineargleitlager 1, 1* wird anhand der folgenden Figuren näher beschrieben.
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Anhand der 3 bis 7 wird nun beispielhaft ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Lineargleitlagers beschrieben, das in 3 in sieben Schritten I, II, ..., VII dargestellt ist. Der Schritt I umfasst dabei das Bereitstellen eines geeigneten Buchsen-Halbzeugs 2*, wie in 4 dargestellt. Das Buchsen-Halbzeug 2* kann einfach zugekauft werden, es kann aber auch als Blech zugeschnitten, rundgewalzt und abschließend gegebenenfalls beschichtet werden. Es weist eine kreisförmige Zylindermantelform auf. Das heißt, es ist ein Hohlzylinder mit einer Zylinderachse in Hubrichtung HR und einer relativ zum Durchmesser geringen Wanddicke. Der Zylindermantel weist an einer Stelle in axialer Richtung HR einen Schlitz 3 als einfachen Längsschlitz 3 in Form eines geraden Spalts auf. An den Längsschlitz 3 grenzen zu beiden Seiten parallele Kanten 21 des Buchsen-Halbzeugs 2* an. Um den Längsschlitz 3 gegebenenfalls auf das erforderliche Maß zu vergrößern, kann an den Kanten 21 durch ein spanabhebendes Verfahren, beispielsweise Fräsen oder Drehen, bevorzugt jedoch Schleifen, Material abgenommen werden. Eine zur Zylinderachse weisende Innenseite 9 des Buchsen-Halbzeugs ist mit einer Gleitbeschichtung, wie beispielsweise PTFE, versehen. Das Buchsen-Halbzeug kann aber auch aus einem Vollmaterial, wie beispielsweise AMPCO®, das geeignete Gleiteigenschaften aufweist.
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Im Schritt II wird eine Referenzwelle 20 koaxial in das Buchsen-Halbzeug 2* eingeführt. Die Referenzwelle 20 weist einen Referenzwellendurchmesser RD auf, der einem Durchmesser einer Welle entspricht, die später im Lineargleitlager 1 gelagert werden soll. Auf dieser Referenzwelle 20 wird im Schritt III das Buchsen-Halbzeug 2* mittels einer Spannvorrichtung 23 festgespannt. Dafür wird es radial komprimiert, indem die Kanten 21 am Längsschlitz 3 aufeinander zu bewegt werden, bis es an der Referenzwelle 20 anliegt.
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Dies ist in 5 dargestellt. Dabei bleiben hier an den an die Stirnseiten 22 angrenzenden Endabschnitten zwei Passungsbereiche 4 des Buchsen-Halbzeugs 2* zur weiteren Bearbeitung frei.
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Im folgenden Schritt IV wird in den zwei Passungsbereichen 4 der Außendurchmesser verringert. Dies erfolgt beispielsweise durch Abdrehen und/oder Fräsen des Materials mit einer Genauigkeit von ±25 µm auf der Außenseite 15 des Buchsen-Halbzeugs 2*, die von der Zylinderachse weg weist. In einem Bereich mittig zwischen den Stirnseiten 22 bleibt das Material jedoch stehen, wodurch ein Spund 5 ausgebildet wird. Durch diesen Schritt IV wird aus dem Buchsen-Halbzeug 2* die fertige Buchse 2. Diese wird im folgenden Schritt V nach dem Lösen der Spannvorrichtung 23 dekomprimiert und von der Referenzwelle 20 abgenommen. Die fertige Buchse 2 ist in 6 dargestellt. Sie ist spiegelsymmetrisch zu einer mittleren Schnittebene, die senkrecht zur Zylinderachse angeordnet ist.
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Der Schritt VI umfasst das Bereitstellen einer geeigneten Buchsenaufnahme 6. 7 zeigt eine perspektivische Schnittansicht beispielhaft in Form von zwei in einem quaderförmigen Block 14 parallel nebeneinander angeordneten Buchsenaufnahmen 6. Die in 7 auf der linken Seite dargestellte Buchsenaufnahme 6 ist nicht mit einer Buchse 2 bestückt. Sie weist innenseitig eine Form auf, die mit der außenseitigen Form der einzubringenden Buchse 2 korrespondiert. Dementsprechend bildet sie eine zylinderförmige Ausnehmung in dem Block 14. Mittig in axialer Richtung HR ist ein Nutring 8 ausgebildet. An diesen grenzt beidseitig in bzw. entgegen der axialen Richtung HR je eine Passungsinnenfläche 7 an. Die Passungsinnenflächen 7 weisen dabei einen geringeren Innendurchmesser als der Nutring 8 auf. Die geeignete Buchsenaufnahme 6 kann zwar einfach zugekauft werden, sie wird jedoch bevorzugt im Rahmen des Schrittes VI mit der erforderlichen Genauigkeit von z. B. ±25 µm, beispielsweise mittels einer CNC-Fräse, gefertigt.
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Der Schritt VII umfasst das Einbringen der Buchse 2 in die Buchsenaufnahme 6. Hierfür wird die Buchse, ähnlich wie in Schritt III das Buchsen-Halbzeug 2*, radial komprimiert. Dies ist notwendig, um die Buchse 2 mit dem Spund 5 an der Passungsinnenfläche 7 der Buchsenaufnahme 6 vorbei in die Buchsenaufnahme 6 einführen zu können. Wenn der Spund 5 den Bereich der Passungsinnenfläche 7 passiert hat und vollständig im Bereich des Nutrings 8 positioniert ist, kann die Buchse 2 wieder expandieren und fügt sich so koaxial in die Buchsenaufnahme 6 ein. Auf der rechten Seite der 7 ist ein Ausführungsbeispiel eines Lineargleitlagers 1 nach dem mit Schritt VII erfolgreich abgeschlossenen, erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren gezeigt. Die Buchse 2 kleidet die Buchsenaufnahme 6 von innen aus. Der Spund 5 ist locker formschlüssig im Nutring 8 angeordnet. Die Passungsbereiche 4 liegen an den Passungsinnenflächen 7 an. Die Stirnseiten 22 der Buchse 2 schließen bündig mit einer Oberfläche 16 des Blocks 14 ab.
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8 zeigt grob schematisch und beispielhaft eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Lineargleitlagers 1. Das gezeigte Lineargleitlager 1 ist dabei mit Ausnahme des Längsschlitzes 3 (hier nicht gezeigt) der Buchse 2 rotationssymmetrisch zur mittigen, in Hubrichtung HR liegenden Zylinderachse. Die Buchse 2 ist koaxial in der Buchsenaufnahme 6 angeordnet. Während die Form der Buchsenaufnahme 6 nach außen hin, also von der Zylinderachse weg, nach Bedarf gewählt werden kann, ist sie im Bereich um die Zylinderachse wie folgt gestaltet. Beginnend mit der ersten Passungsinnenfläche 7 folgt in Hubrichtung HR der Nutring 8 und darauf die zweite Passungsinnenfläche 7. In den Bereichen der Passungsinnenflächen 7 weist die Buchsenaufnahme 6 einen Passungsinnendurchmesser PID auf, wohingegen sich der Durchmesser im Bereich des Nutrings 8 um die Nuttiefe NT stufenförmig nach außen weitet. Die eingebrachte Buchse 2 weist auf ihrer von der Zylinderachse weg weisenden Außenseite 15 die folgende Form auf: Beginnend an einer ersten Stirnseite 22 folgt auf den ersten Passungsbereich 4 in Hubrichtung HR der Spund 5 und darauf der zweite Passungsbereich 4, der an einer zweiten Stirnseite 22 endet. Dabei weist die Buchse 2 in den Passungsbereichen 4 einen Passungsaußendurchmesser PAD auf. Dieser vergrößert sich jeweils zum Spund 5 hin stufenförmig um die Spundhöhe SH. Die Innenseite 9 der Buchse 2, die der Außenseite 15 gegenüberliegt, weist durchgängig den Innendurchmesser ID auf.
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Der Passungsinnendurchmesser PID und der Passungsaußendurchmesser PAD gleichen sich im Rahmen der Toleranzen möglichst exakt, sodass die Passungsbereiche 4 an den Passungsinnenflächen 7 anliegen. Der radiale Formschluss zwischen der Buchsenaufnahme 6 und Buchse 2 entsteht in den Bereichen der Stirnseiten 22, also in den Endbereichen der Buchse 2. Diese Bereiche wurden im Herstellungsverfahren aufeinander angepasst, während der Innendurchmesser ID der Buchse 2 radial formschlüssig über den Referenzwellendurchmesser RD definiert war. Nach dem Einsetzen der Buchse 2 wird demgemäß über den Formschluss in den endständigen Passungsbereichen 4 über die gesamte Länge L der Buchse 2 der Innendurchmesser ID der Buchse 2 gleich dem Referenzwellendurchmesser RD passgenau wiederhergestellt. Jenseits der Passungsbereiche 4 ist eine genaue Passung nicht erforderlich, sondern ein verhältnismäßig lockerer Sitz günstig. Insbesondere zwischen Spund 5 und Nutring 8 verbleibt ein Abstand, nämlich die Differenz zwischen Spundhöhe SH und Nuttiefe NT. Durch diesen Abstand wird sichergestellt, dass Abweichungen in diesen aus Kosten- und Effizienzgründen weniger präzise gefertigten Bereichen letzten Endes keinen Einfluss auf die auf die Passgenauigkeit des Innendurchmessers ID haben.
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Das Verhältnis von der Länge L der Buchse 2 zu Passungsinnendurchmesser PID, Passungsaußendurchmesser PAD und Innendurchmesser ID ist in 8 aus Darstellungsgründen nicht maßstabsgetreu wiedergegeben. Aufgrund der hohen Passgenauigkeit des Innendurchmessers ID ist es möglich, die Länge L der Buchse 2, also den Abschnitt, in dem die Welle tatsächlich geführt wird, und somit auch die Länge des gesamten Lineargleitlagers 1 kürzer zu halten, als es nach der aus der Praxis bekannten Faustformel erforderlich wäre. Die Länge L kann nämlich bei einem erfindungsgemäßen Lineargleitlager 1 kleiner als der doppelte Innendurchmesser ID sein.
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Die Erfindung beschreibt somit ein Lineargleitlager mit einer kompakten Bauform, das gute Gleiteigenschaften aufweist, eine präzise Positionierung erlaubt und gleichzeitig hoch verschleißfest, schmierfrei und vorteilhaft wartungsarm ist. Ferner gibt sie ein Herstellungsverfahren an, mit dem ein solches Lineargleitlager im Verhältnis zur derzeitigen Praxis einfach zu fertigen ist.
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Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Die Buchse kann beispielsweise auch mehr als einen Spund aufweisen, bei einer Lineargleitlageranordnung kann es mehr als eine Schachtelung geben etc. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass die betreffende Komponente aus mehreren zusammenwirkenden Teilkomponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können. So kann beispielsweise die Steuerungseinheit zur Positionierung des Operationstisches neben einer zentralen Schaltung räumlich den Verstellelementen zugeordnete Schaltungskomponenten und/oder eine Fernbedienung umfassen und mit diesen Teilkomponenten zusammenwirken.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1*
- Lineargleitlager
- 2
- Buchse
- 2*
- Buchsen-Halbzeug
- 3
- Längsschlitz
- 4
- Passungsbereich
- 5
- Spund
- 6
- Buchsenaufnahme
- 7
- Passungsinnenfläche
- 8
- Nutring
- 9
- Innenseite
- 10
- Lineargleitlageranordnungen
- 11
- Hohlwelle
- 12
- Welle
- 13
- Hubtisch
- 14
- Block
- 15
- Außenseite
- 16
- Oberfläche
- 20
- Referenzwelle
- 21
- Kante
- 22
- Stirnseite
- 23
- Spannvorrichtung
- 24
- erste Höhenverstellung
- 25
- Steuerungseinheit
- 26
- Positionierungselemente
- 27
- Körpersegmente
- 28
- Kopfsegment
- 29
- Liege
- 30
- Hubsäule
- 31
- Zylinder
- 32
- Aktuator
- 33
- untere Verbindungsplatte
- 34
- obere Verbindungsplatte
- HR
- Hubrichtung
- ID
- Innendurchmesser
- L
- Länge
- NT
- Nuttiefe
- PAD
- Passungsaußendurchmesser
- PID
- Passungsinnendurchmesser
- RD
- Referenzdurchmesser
- SH
- Spundhöhe
- I, II, ..., VII
- Verfahrensschritte
