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Die Erfindung betrifft eine Führungsschiene für eine Linearführung, insbesondere eine Laufrollenführung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Einstellung einer derartigen Führungsschiene sowie eine Laufrollenführung.
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Durch Benutzung sind Laufrollenführungen bekannt, welche eine Führungsschiene und einen daran verfahrbaren angeordneten Laufwagen umfassen. Die Führungsschiene wird gebildet durch einen Grundkörper, an dem zwei Laufwellen aus Stahl mit kreisrunden Querschnitt befestigt sind. Der Grundkörper umfasst ein unteres Profil und ein oberes Profil, zwischen welchen die Laufwellen angeordnet sind. Über Befestigungsschrauben werden die Profile gegeneinander verspannt und hierdurch die Laufwellen in entsprechenden Aufnahmen in den Profilen gehalten. Um eine definierte Haltekraft über das Anzugsmoment der Befestigungsschrauben einstellen zu können, ist zwischen den Profilen immer ein Luftspalt vorgesehen, so dass die Spannkraft der Befestigungsschrauben ausschließlich über die Laufwellen zwischen den Profilen übertragen wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Führungsschiene zu schaffen, welche eine besonders spiel- und reibungsfreie Laufrollenführung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zwischen dem unteren Profil und dem oberen Profil der Führungsschiene mindestens ein Distanzelement zur Sicherstellung eines definierten Abstands zwischen dem unteren Profil und dem oberen Profil vorgesehen ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Verspannung der Laufwellen bei einer Anlage der Profile an dem mindesten einen Distanzelement weitestgehend unabhängig von der gegenseitigen Verspannung der Profile beispielsweise über Befestigungsschrauben ist. Der Hintergrund hierbei ist, dass der Erfinder erkannt hat, dass es bei einer gegenseitigen Verspannung der Profile zu einer Verformung kommt, welche die Laufwellen geringfügig seitlich nach außen voneinander weg verschiebt. Dies kann vorteilhaft dazu genutzt werden, den gegenseitigen Abstand der Laufwellen auf ein gewünschtes Maß einzustellen, wie nachfolgend in Bezug auf das Verfahren noch im Detail beschrieben wird. Durch das mindestens eine Distanzelement kann der als vorteilhaft ermittelte Abstand der Profile unabhängig von der Verspannung der Profile gegeneinander, also beispielsweise unabhängig von dem Anzugsmoment von Befestigungsschrauben, welche die Profile miteinander und beispielsweise mit einem Maschinenbett verbinden, beibehalten werden. Hierdurch wird ein Führungssystem mit einem besonders niedrigen Verfahrwiderstand erreicht.
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Vorteilhaft umfasst das obere Profil zwei Aufnahmen für die Laufwellen, wobei die Kontur der Aufnahmen im Querschnitt einen gekrümmten Verlauf aufweist. Um die Laufwellen sicher zu halten und dennoch eine geringfügige seitliche Verschiebung unter Verspannung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Aufnahmen in dem oberen Profil die Laufwellen seitlich umgreifen, vorzugsweise über einen Winkelbereich von maximal 30°, besonders bevorzugt über einen Winkelbereich von maximal 28° und ganz besonders bevorzugt über einen Winkelbereich von maximal 27°. Die Richtung für das seitliche Umgreifen bzw. Verschieben der Laufwellen ist hierbei die Richtung, welche im Querschnitt der Führungsschiene durch die Verbindungslinie der Mittelpunkte der Laufwellen gebildet wird. Eine seitliche Verschiebung der Laufwellen aufgrund der Verspannung der Profile gegeneinander bezeichnet damit die Vergrößerung des Abstands zwischen den Laufwellen. Der Winkelbereich ist bezogen auf den Winkelbereich der kreisrunden Laufwellen im Querschnitt, welcher seitlich von dem oberen Profil umgriffen wird und damit einer seitlichen Verschiebung in definiertem Maße entgegenwirkt.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen die Aufnahmen jeweils mindestens eine kreisabschnittsförmige Kontur auf, welche sich vorzugsweise über einen Winkelbereich von 90° bis 120°, besonders bevorzugt über einen Winkelbereich von 90° bis 118°, erstreckt. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei einfacher Herstellung und Montage der Profile die Laufwellen besonders großflächig an dem oberen Profil anlegen und damit effektiv die Kräfte zur Verspannung bzw. Verschiebung der Laufwellen bei der Einstellung der Führungsschiene und auch zwischen den Laufwellen und dem Grundkörper im späteren Betrieb übertragen werden können. Der angegebene Winkelbereich umfasst dabei vorzugsweise auch den Winkelbereich für das seitliche Umgreifen der Laufwellen durch die Aufnahmen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Wandstärke des oberen Profils im Bereich der Aufnahmen, insbesondere in einem Bereich einer maximalen Hinterschneidung zur formschlüssigen Halterung der Laufwellen, reduziert. Durch die Wandstärkenreduzierung wird der Elastizitätsmodul in diesem Bereich herabgesetzt, was die Verformung des oberen Profils im Bereich der Aufnahmen und damit die gewünschte seitliche Verschiebung der Laufwellen unterstützt. Der Bereich einer maximalen Hinterschneidung wird dabei jeweils durch den Bereich der Aufnahme gebildet, welcher in seitlicher Richtung gesehen die größte Hinterschneidung aufweist. Die Wandstärkenreduzierung erstreckt sich entsprechend in seitlicher Richtung vorzugsweise ebenfalls mindestens bis zu dem Bereich der maximalen Hinterschneidung. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist im Querschnitt der minimale Abstand der Wandstärkenreduzierungen der Aufnahmen kleiner als der Abstand der Mittelpunkte der Laufwellen. In seitlicher Richtung gesehen erstreckt sich damit die Wandstärkenreduzierung über einen Großteil der jeweiligen Aufnahme.
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Vorzugsweise sind die Wandstärkenreduzierungen an einer den Aufnahmen gegenüberliegenden Seite des oberen Profils angrenzend an einen in seitlicher Richtung äußeren Rand angeordnet und werden besonders bevorzugt durch Fasen gebildet.
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Um über die Länge der Führungsschiene einen definierten Abstand zwischen den Profilen zu gewährleisten, sind die Profile vorzugsweise über mehrere, insbesondere in Längsrichtung der Führungsschiene voneinander beabstandete Befestigungsschrauben miteinander verbunden und Distanzelemente in Form von Passscheiben an den Befestigungsschrauben vorgesehen. Durch die Anordnung der Passscheiben um die Befestigungsschrauben herum wird ein Verrutschen der Passscheiben zuverlässig verhindert. Die Befestigungsschrauben, welche je nach Bedarf durch längere Befestigungsschrauben ausgetauscht werden können, ermöglichen auch die Befestigung der Führungsschiene an einer Auflagefläche, beispielsweise an einem Maschinenbett. Für den Transport der Führungsschiene können jedoch auch kurze Befestigungsschrauben vorgesehen sein, welche nicht von der Führungsschiene hervorstehen und lediglich die Profile miteinander verbinden.
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In den Profilen können insbesondere in Längsrichtung der Führungsschiene voneinander bestandet mehrere Bohrungen für Gewindeverbindungen vorgesehen sein. In zumindest einem Teil der Bohrungen können die Befestigungsschrauben und in einem anderen Teil können Einstellschrauben vorgesehen sein. Beispielsweise können in jeder zweiten Bohrung eine Befestigungsschraube und dazwischen jeweils eine Einstellschraube angeordnet sein. Die Einstellschrauben stehen nicht von den Profilen hervor und dienen ausschließlich der gegenseitigen Verbindung der Profile und der Einstellung eines definieren Abstands zwischen den Profilen. Den Einstellschrauben ist auch kein Distanzelement zugeordnet. Wie nachfolgend noch beschrieben wird, wird der Abstand zwischen den Profilen über die Einstellschrauben, gegebenenfalls gesichert durch eine Schraubensicherung wie Sicherungslack, beim Hersteller eingestellt und bleibt unverändert. Der Abnehmer der Führungsschiene lockert lediglich die Befestigungsschrauben und tauscht diese gegen längere Befestigungsschrauben, um die Führungsschiene an einer Auflagefläche zu befestigen. Durch die den Befestigungsschrauben zugeordneten Distanzelemente bleibt jedoch der eingestellte Abstand zwischen den Profilen unverändert und es kann auch bei zu hohem Anzugsmoment nicht zu einer ungewollten Verstellung der Laufwellen der Führungsschiene kommen.
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Vorteilhaft kann das obere Profil und/oder das untere Profil aus einer aushärtbaren Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung, insbesondere aus EN AW-6060, gebildet sein.
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Die Laufwellen bestehen vorzugsweise aus Metall, insbesondere Stahl, oder aus Kunststoff.
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Die Führungsschiene und damit die Profile sowie die Laufwellen können in Längsrichtung einen geraden oder einen gekrümmten Verlauf aufweisen, um eine geradlinige oder kurvige Führung eines Laufwagens zu ermöglichen.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zur Einstellung einer Führungsschiene, insbesondere der vorgenannten Führungsschiene, beansprucht. Das Verfahren umfasst die Schritte: Verspannen zweier Laufwellen zwischen einem oberen Profil und einem unteren Profil eines Grundkörpers der Führungsschiene mittels Einstellschrauben, Prüfung des Ist-Abstands der Laufwellen über eine Prüfvorrichtung, Verstellen der Vorspannung durch die Einstellschrauben bis ein Soll-Abstand der Laufwellen erreicht ist, Messen des Abstands der Profile, Anordnen und Verspannen mindestens eines Distanzelements zwischen den Profilen, wobei die Höhe des Distanzelements dem gemessenen Abstand der Profile entspricht. Durch das vorgenannte Verfahren kann trotz herstellungsbedingter Toleranzen der Profile eine positionsgenaue Anordnung und Befestigung der Laufwellen erfolgen, was eine besonders präzise Führung eines Laufwagens und damit eine hochgenaue Laufrollenführung ermöglicht.
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Als Prüfvorrichtung kann vorzugsweise ein Laufwagen, insbesondere ein speziell auf Maßhaltigkeit und Leichtlauf geprüfter Laufwagen, verwendet werden, welcher entlang der Führungsschiene bewegt wird.
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Vorteilhaft können zusätzlich zu den Einstellschrauben auch Befestigungsschrauben vorgesehen sein, welche die Profile miteinander verbinden, wobei Distanzelemente lediglich an den Befestigungsschrauben, also um die Befestigungsschrauben herum, zwischen den Profilen angeordnet werden. Durch die Befestigungsschrauben werden die Distanzelemente positionsgenau gehalten und die Vorspannung durch die Befestigungsschrauben wird zwischen den Profilen ohne Abstandsänderung zuverlässig abgestützt. Bei der Montage der Führungsschiene ist gegebenenfalls eine zu kurze Befestigungsschraube durch eine längere Befestigungsschraube zu ersetzen und eine Mutter, welche in einem der Profile angeordnet war und mit der kurzen Befestigungsschraube während dem Transport zusammengewirkt hat, zu entfernen / zur Seite zu schieben, um ein Verspannen der längeren Befestigungsschraube mit einer Auflagefläche zu ermöglichen.
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Es wird zudem eine Laufrollenführung umfassend mindestens einen Laufwagen und eine Führungsschiene für den Laufwagen beansprucht, wobei die Führungsschiene wie zuvor beschrieben ausgebildet ist.
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Weitere Besonderheiten und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Laufrollenführung mit einer Führungsschiene und einem daran verfahrbar angeordneten Laufwagen;
- 2 einen ersten Querschnitt durch die Führungsschiene von 1;
- 3 einen zweiten Querschnitt durch die Führungsschiene von 1 und
- 4 eine Querschnitt durch ein oberes Profil der Führungsschiene.
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In 1 ist eine perspektivische Darstellung einer Laufrollenführung 1 mit einer Führungsschiene 2 und einem daran verfahrbar angeordneten Laufwagen 3 gezeigt. Der Laufwagen 3 umfasst eine Tragplatte 4 beispielsweise für ein zu transportierendes Werkstück sowie an der Tragplatte 4 befestigte Laufrollen, von welchen hier die gegenüberliegenden Laufrollen 5a, 5b beziffert sind. Die Laufrollen 5a, 5b sind gegenüber der Tragplatte 4 kugelgelagert und umgreifen die Führungsschiene 2 seitlich formschlüssig haltend. Wie aus den weiteren Figuren noch im Detail ersichtlich ist, sind die Laufrollen 5a, 5b über eine umlaufende Nut an Laufwellen 6a, 6b mit kreisförmigem Querschnitt der Führungsschiene 2 geführt. Die Laufwellen 6a, 6b sind an einem Grundkörper 7 der Führungsschiene 2 befestigt. Hierzu weist der Grundkörper 7 ein unteres Profil 8 und ein oberes Profil 9 auf, zwischen welchen die Laufwellen 6a, 6b angeordnet sind. Die Profile 8, 9 sind mittels Befestigungsschrauben, von welchen die Befestigungsschraube 10a beziffert ist, und Einstellschrauben, von welchen die Einstellschraube 10b beziffert ist, gegenseitig verspannt, wodurch auch die Laufwellen 6a, 6b verspannt werden. Die Befestigungsschrauben und die Einstellschrauben sind bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel in Längsrichtung der Führungsschiene 2 abwechselnd in entsprechenden Bohrungen in den Profilen 8, 9 angeordnet.
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In 2 ist ein Querschnitt durch die Führungsschiene 2 der Laufrollenführung 1 von 1 im Bereich der Einstellschraube 10b gezeigt. Um eine präzise Einstellung der Führungsschiene 2 vornehmen zu können, wird ein speziell auf Maßhaltigkeit und Leichtlauf geprüfter Laufwagen 3 verwendet, bei welchem der gegenseitige Abstand der Laufrollen 5a, 5b auf einen definierten Wert eingestellt ist. Die Einstellung des Abstands der Laufrollen 5a, 5b kann in bekannter Weise über die Befestigung an der Tragplatte 4 erfolgen, wobei die Laufrolle 5a über eine übliche koaxiale Halteschraube 11 ohne die Möglichkeit einer seitlichen Verstellung der Laufrolle 5a und die Laufrolle 5b über eine exzentrisch gelagerte Einstellschraube 12 mit einer Sicherungsmutter 13 seitlich verstellt werden kann, um den Abstand zwischen den Laufrollen 5a, 5b einzustellen und zu fixieren.
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Zur Einstellung der Führungsschiene 2 über den Laufwagen 3 werden die Profile 8, 9 über die Einstellschraube 10b, welche mit einem in dem unteren Profil 8 angeordneten Befestigungsmutter 14 zusammenwirkt, und gegebenenfalls weitere Einstellschrauben gegeneinander verspannt, so dass es zu einer geringfügigen seitlichen Verschiebung der Laufwellen 6a, 6b aufgrund einer Verformung / Öffnung der Aufnahme des oberen Profils 9 kommt. Hierbei ist zwischen den Profilen 8, 9 abgesehen von den Laufwellen 6a, 6b ein Luftspalt vorgesehen und es kommt zu keiner gegenseitigen Anlage der Profile 8, 9. Die Befestigungsschrauben und Distanzelemente sind noch entfernt und werden hierbei nicht verwendet. Mittels des Laufwagens 3 wird anschließend das Spiel und der Reibungswiderstand das Laufwagens 3 an der Führungsschiene 2 geprüft und gegebenenfalls durch Verstellen der Einstellschraube 10a und gegebenenfalls weiterer Einstellschrauben der Abstand der Laufwellen 6a, 6b verändert bis eine optimale Einstellung erreicht ist. Anschließend wird der Abstand zwischen den Profilen 8, 9 gemessen.
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In 3 ist ein Querschnitt durch die Führungsschiene 2 von 1 im Bereich der Befestigungsschraube 10a gezeigt. Hierbei wurde ein Distanzelement 15, welches in seiner Höhe dem gemessenen Abstand zwischen den Profilen 8, 9 entspricht, zwischen den Profilen 8, 9 angeordnet und über die Befestigungsschraube 10a gesichert. Das Distanzelement 15 ist als Passscheibe um die Befestigungsschraube 10a herum angeordnet und kann hierdurch nicht verrutschen. Durch das Distanzelement 15 ist gewährleistet, dass auch bei einer stärkeren gegenseitigen Verspannung der Profile 8, 9 durch Erhöhung des Anzugsmoments der Befestigungsschraube 10a der gegenseitige Abstand der Profile 8, 9 sich nicht ändert und damit auch der Abstand der Laufwellen 6a, 6b konstant bleibt. Durch ein entsprechend hohes Anzugsmoment der Befestigungsschraube 10a und gegebenenfalls weiterer nicht gezeigter Befestigungsschrauben kann eine zuverlässige, gegen unbeabsichtigtes Lösen gesicherte Befestigung der Führungsschiene 2 an einer hier nicht gezeigten Auflagefläche, beispielsweise an einem Maschinenbett, erreicht werden, wobei die Laufwellen 6a, 6b den eingestellten Abstand beibehalten.
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In 4 ist ein Querschnitt durch das obere Profil 9 der Führungsschiene 2 gezeigt. Das obere Profil 9 umfasst zwei spiegelbildlich ausgebildete, seitlich voneinander beabstandete Aufnahmen 16a, 16b für die Laufwellen 6a, 6b, von welchen exemplarisch die Aufnahme 16b im Detail beschrieben wird. Aufgrund der spiegelbildlichen Ausgestaltung gilt jedoch die Beschreibung gleichermaßen für die Aufnahme 16a.
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Wie aus der Darstellung zu entnehmen ist, weist die Kontur der Aufnahme 16b im Querschnitt einen gekrümmten Verlauf auf, wobei die nicht dargestellte Laufwelle seitlich in einem Winkelbereich von maximal 27° umgriffen wird. Hierzu ist vorgesehen, dass die Aufnahme 1 6b eine kreisabschnittsförmige Kontur aufweist mit einer maximalen Hinterschneidungen 17 an einem in der Darstellung höchsten Punkt der Aufnahme 16b. Durch die Hinterschneidung in seitlicher Richtung, also in horizontaler Richtung in der Darstellung, wird einer seitlichen Verschiebung einer eingespannten Laufwelle teilweise entgegengewirkt. Der Winkelbereich des seitlichen Umgreifens ist definiert von dem Mittelpunkt 18 der kreisabschnittsförmigen Kontur als Scheitelpunkt des Winkels mit einem ersten Schenkel zu dem Punkt der maximalen Hinterschneidung 17 und einem zweiten Schenkel zu dem äußersten Punkt der Aufnahme 16b in seitlicher Richtung, welcher in dem Abstand 19 von den Mittelpunkt 18 angeordnet ist. Zusätzlich zu dem seitlichen Umgreifen kann die kreisförmige Kontur sich noch weiter entlang der Aufnahme 16b erstrecken, insbesondere insgesamt über einen Winkelbereich von 90-120°, vorzugsweise über einen Winkelbereich von 90-118°.
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Zudem ist vorgesehen, dass die Wandstärke des oberen Profils 9 im Bereich der Aufnahme 16b und insbesondere in seitlicher Richtung gesehen auf Höhe der maximalen Hinterschneidung 17 zur formschlüssigen seitlichen Halterung der entsprechenden Laufwelle reduziert ist. Diese Wandstärkenreduzierung wird durch eine Fase 20 gebildet. Dabei ist im Querschnitt der minimale Abstand der Fase 20 zu der gegenüberliegenden, hier nicht bezifferten Fase kleiner, als der Abstand des Mittelpunkts 18 zu dem ebenfalls hier nicht bezifferten gegenüberliegenden Mittelpunkt der Aufnahme 16a.
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Um eine gegenseitige Positionierung der Profile 8, 9 zu gewährleisten, ist an dem oberen Profil 9 ein nach unten vorstehender Steg 21 vorgesehen, welcher in eine hier nicht gezeigte Nut in dem unteren Profil 8 seitlich haltend vorsteht. Um die Bohrungen herum, in welchen die Befestigungsschrauben angeordnet sind, ist der Steg 21 beispielsweise durch Fräsen entfernt, um eine plane Anlage für das jeweilige Distanzelement zu ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Laufrollenführung
- 2
- Führungsschiene
- 3
- Laufwagen
- 4
- Tragplatte
- 5a, 5b
- Laufrollen
- 6a, 6b
- Laufwellen
- 7
- Grundkörper
- 8
- Unteres Profil
- 9
- Oberes Profil
- 10a
- Befestigungsschraube
- 10b
- Einstellschraube
- 11
- Halteschraube
- 12
- Einstellschraube
- 13
- Sicherungsmutter
- 14
- Befestigungsmutter
- 15
- Distanzelement
- 16a, 16b
- Aufnahme
- 17
- Maximale Hinterschneidung
- 18
- Mittelpunkt
- 19
- Abstand
- 20
- Fase
- 21
- Steg
