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Die
Erfindung betrifft einen Führungswagen, der
längs einer
Führungsschiene
verfahrbar an dieser montierbar ist, wobei am Führungswagen Bauteile zur verschieblichen
Lagerung an der Führungsschiene
befestigbar sind.
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Solche
Führungswagen
werden zur Befestigung der unterschiedlichsten Bauteile, insbesondere von
Schlitten von Werkzeugmaschinen und dergleichen eingesetzt. Die
Führungswagen
werden von der Stirnseite her auf die Führungsschiene, die mit Führungsnuten
versehen ist, aufgeschoben. Sie gleiten auf der Schiene mit Hilfe
von Kugeln, die in der Regel in Führungskanälen im Führungswagen umlaufen. An den
Außenseiten
sind die bekannten Führungswagen
im Wesentlichen plan ausgeführt
und weisen auf der Oberseite in der Regel vier Gewindebohrungen
zur Anschraubung des verfahrbar zu lagernden Bauteils auf.
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Die
Einheit aus Führungswagen
und Führungsschiene
weist eine sehr gute Tragfähigkeit
bezüglich
Druckbelastung, Zugbelastung und Seitenbelastung auf. Schwierigkeiten
bereiten allerdings größere Drehmomente,
die auf den Führungswagen
einwirken. Hier kann es schon bei relativ geringen Belastungen dazu
kommen, dass die für
den Führungswagen
an der Führungsschiene
vorhandenen Führungen
ausbrechen, die Führungsschiene
also selbst zerstört
wird. Auch am Führungswagen
können durch
das Verkanten mit der Schiene Beschädigungen entstehen, wobei es
auch zu einem Verlust der Gleitkugeln kommen kann. Andererseits
treten Drehmomentbelastungen insbesondere bei der Führung eines
Bauteils an zwei parallelen Führungsschienen relativ
häufig
auf. Wenn die beiden Führungsschienen
nicht in allen Richtungen exakt parallel zueinander verlaufen, entsteht
automatisch eine Torsionsbelastung der Führungsschiene durch den Führungswagen.
Bei sehr langen Führungsschienen
kann es außerdem
zu Verwindungen der Schienen kommen, wodurch wieder Torsionsbelastungen
entstehen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten
Führungswagen
derart weiterzubilden, dass auftretende Torsionsbelastungen in geringerem
Maße auf
die Führungsschiene übertragen
werden.
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Die
Aufgabe wird mit einem Führungswagen der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die äußere Oberfläche des
Führungswagens
und die innere Oberfläche
einer Aufnahme des Bauteils für
den Führungswagen
derart geformt sind, dass das Bauteil mindestens begrenzt quer zur
Bewegungsrichtung des Führungswagens schwenkbar
am Führungswagen
anordenbar ist. Dazu kann der Führungswagen
beispielsweise an seinen in Bewegungsrichtung gesehen seitlichen Flächen und/oder
auf seiner Oberseite mindestens bereichsweise eine quer zur Bewegungsrichtung konvex
gewölbte
Oberfläche
aufweist, wobei die Krümmungsradien
der seitlichen Oberflächen und/oder
der Oberfläche
an der Oberseite identisch sind und das Bauteil eine Aufnahme für den Führungswagen
aufweist, die derart geformt ist, dass das Bauteil mindestens begrenzt
schwenkbar auf der oder den gewölbten
Oberflächen
des Führungswagens
anordenbar ist. Tritt nun also ein durch das Bauteil verursachtes
Drehmoment auf, so wird dieses durch die Gleitbewegung zwischen
der Aufnahme des Bauteils und der oder den gewölbten Oberflächen des
Führungswagens
ganz oder zumindest zum größten Teil
kompensiert, sodass die Torsionsbelastung der Schiene auf ein Minimum
reduziert wird. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Mittelpunkt
der Wölbungsradien
der seitlichen und/oder oberen Oberflächen sich innerhalb der Führungsschiene,
vorzugsweise auf deren Längsachse,
oder des Führungswagens
befindet. Das Restdrehmoment, das durch die zwischen der Aufnahme
des Bauteils und den gewölbten
Oberflächen
des Führungswagens
herrschenden Reibungskräfte
noch auftreten kann, ist dann minimal.
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Der
Querschnitt der Aufnahme des Bauteils kann vorzugsweise die Form
eines Kreisausschnitts aufweisen. Falls eine vollfläche Berührung zwischen der
Aufnahme und den gewölbten
Oberflächen
des Führungswagens
vermieden werden soll, können
an der Aufnahme auch nach innen vorstehende Rippen oder am Führungswagen
nach außen
vorstehende Rippen vorgesehen sein, sodass sich nur eine linienförmige Berührung zwischen
Aufnahme und Führungswagen
ergibt.
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Bei
einem kreisausschnittsförmigen
Querschnitt ist es weiter von Vorteil, wenn der Zentriwinkel des
Kreisausschnitts größer als
180° ist.
Nach einem seitlichen Aufschieben der Aufnahme auf den Führungswagen
ist das Bauteil automatisch gegen ein Abheben vom Führungswagen
in einer Richtung senkrecht zur Längsachse der Führungsschiene
gesichert, sodass nur noch eine axiale Befestigung des Bauteils
am Führungswagen
vorgenommen werden muss, was die Montage von Führungswagen und Führungsschiene
vereinfacht.
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Die
Aufnahme kann als eine Ausnehmung im Bauteil ausgebildet sein. Sie
kann jedoch auch in einem gesonderten, am Bauteil befestigten Element angeordnet
sein. Werden zur Führung
des Bauteils zwei Führungsschienen
benötigt,
so ist es außerdem von
Vorteil, wenn die Aufnahme für
den Führungswagen
einer der Schienen quer zur Längsrichtung
der Führungsschiene
verschwenkbar am Bauteil angeordnet ist. Dadurch lassen sich Antiparallelitäten der beiden
Führungsschienen
sowie seitlich und von oben und unten auf das Bauteil wirkende Kräfte ausgleichen.
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Der
Führungswagen
kann in an sich bekannter Weise mittels Kugeln, die in Führungskanälen im Führungswagen
umlaufen, an der Führungsschiene gelagert
sein. Diese Art der Lagerung ist reibungsarm und in der Lage, große Kräfte aufzunehmen.
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Zur
Verringerung der Reibung zwischen dem Führungswagen und der Aufnahme
des Bauteils können
der Führungswagen
und/oder die Aufnahme des Bauteils mindestens an den gegenseitigen
Berührungsflächen aus
einem Material mit guten Gleiteigenschaften gefertigt sein. Dadurch
lassen sich die auf die Führungsschiene
einwirkenden Torsionskräfte
noch weiter reduzieren.
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Zwischen
dem Führungswagen
und der Aufnahme des Bauteils können
auch Wälzkörper zur Verringerung
der Reibung angeordnet sein. Dabei können die Wälzkörper lose zwischen der Aufnahme und
dem Führungswagen
oder aber in Führungskanälen in der
Aufnahme und/oder dem Führungswagen
angeordnet sein.
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Der
erfindungsgemäße Führungswagen kann
als ein separates neues Bauteil gefertigt werden. Er lässt sich
aber auch durch Umbau bekannter Führungswagen herstellen. Dazu
kann an einem Standard-Führungswagen
mit im Wesentlichen planen Oberflächen ein Aufsatz mit einer
oder mehreren konvexen Oberflächen
befestigt werden.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Führungswagen mit
Führungsschienen
anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen Querschnitt durch
einen ersten erfindungsgemäßen Führungswagen
mit Führungsschiene
und einem am Führungswagen
angeordneten Bauteil;
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2 einen der 1 entsprechenden Querschnitt durch ein
zweites Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Führungswagens;
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3 einen Querschnitt durch
zwei Führungsschienen
mit Führungswagen
gemäß der 2 und einem auf den beiden
Führungsschienen
geführten
Bauteil.
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1 zeigt eine Führungsschiene 10,
auf der ein Führungswagen 11 befestigt
ist, wobei dieser Führungswagen 11 von
einem auf dem Markt üblichen
Standard-Führungswagen 12 mit
planen Seitenflächen 12.1 und 12.2 sowie
einer annähernd
planen Oberseite 12.3 und einem an diesem Standard-Führungswagen 12 angeordneten
Aufsatz 13 gebildet ist. Der Aufsatz 13 weist
einen Querschnitt mit einer kreisbogenförmigen äußeren Kontur auf, d. h. seine äußere Oberfläche 13.1 ist
bis auf die Unterseite mit einem konstanten Radius konvex gewölbt. Der
Aufsatz 13 ist mittels Schrauben 14 am Standard-Führungswagen 12 befestigt.
Der Aufsatz 13 des Führungswagens 11 ist
in einer Aufnahme 15 eines Bauteils 17 angeordnet.
Die Aufnahme 15 weist einen Querschnitt auf, der dem Umriss
des Querschnitts des Aufsatzes 13 entspricht, sodass eine formschlüssige Verbindung
zwischen dem Aufsatz 13 und der Aufnahme 15 entsteht.
Dadurch ist es möglich,
dass die Aufnahme 15 auf der Oberfläche 13.1 des Aufsatzes 13 des
Führungswagens 11 in der
Zeichenebene verschwenken kann, sofern Torsionskräfte auf
das Bauteil 17 einwirken. Dadurch wird die Führungsschiene 10 von
den Einwirkungen der Torsionskräfte
entlastet. Die Führungsschiene 10 weist
Führungsabschnitte
für Kugeln 16 auf,
die im dargestellten Beispiel auf beiden Seiten der Aufnahmenut 12.4 des
Standard-Führungswagens 12 für die Führungsschiene
in drei übereinander
angeordneten Führungskanälen umlaufen,
wobei auch mehr oder weniger als drei Führungskanäle vorgesehen sein könnten. Die
Führungskanäle sind
dabei vollständig
mit Kugeln besetzt, die beim Gleiten des Führungswagens 11 über die
Führungsschiene 10 in
den Führungskanälen abrollen.
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Durch
den Aufsatz 13 kann ein Standard-Führungswagen 12 jederzeit
in einen erfindungsgemäßen Führungswagen 11 verwandelt
werden. Die in 1 gezeigte
Variante eines Führungswagens 11 entsteht
also durch Nachrüsten
von Standard-Führungswagen 12 mit
Aufsätzen 13.
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2 zeigt eine zweite Möglichkeit
einer Ausgestaltung eines Führungswagens 21,
der auf der Führungsschiene 10 entlanggleitet.
Der Führungswagen 21 ist
nun einteilig ausgebildet und an seinen seitlichen Oberflächen 21.1 und 21.2 konvex gewölbt. Der
Radius der beiden konvex gewölbten Flächen 21.1 und 21.2 ist
dabei identisch. Der Mittelpunkt M der kreisbogenförmigen Umrisse
der konvex gewölbten
Abschnitte 21.1 und 21.2 liegt dabei innerhalb
der Führungsschiene 10.
Dadurch können
die zwischen den konvexen Oberflächen 21.1 und 21.2 und
einer Aufnahme 25 eines Bauteils 27 auftretenden
Reibungskräfte
bei einer Drehmomentbelastung nur eine geringfügige Belastung der Führungsschiene 10 mit
Torsionskräften
bewirken. Die Aufnahme 25 ist, wie die Aufnahme 15,
im Querschnitt wieder mit einer kreisbogenförmigen Kontur versehen. Dies
ermöglicht
zum einen das Verschwenken des Bauteils 27 gegenüber dem
Führungswagen 21 und
zum anderen auch, dass ein Formschluss zwischen der Aufnahme 25 und
dem Führungswagen 21 entsteht,
der verhindert, dass von unten, seitlich oder von oben einwirkende
Kräfte
auf das Bauteil 27 dieses vom Führungswagen 21 abheben
können.
Dies wird dadurch gewährleistet,
dass die Aufnahme 25 den Führungswagen 21 um
mehr als 180° umgreift.
Mathematisch lässt
sich dies dadurch ausdrücken,
dass der Querschnitt der Aufnahme 25 die Form eines Kreisausschnitts
mit einem Zentriwinkel α > 180° aufweist.
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Der
Führungswagen 21 weist
im Gegensatz zum Führungswagen 11 aus 1 eine im Wesentlichen plane
Oberseite 21.3 auf. Auch die Oberseite könnte jedoch
wie beim Führungswagen 11 ebenfalls konvex
gewölbt
sein. Auch eine konvexe Ausbildung allein der Oberseite 21.3 ist
möglich.
Allerdings müsste
dann an den Seiten des Führungswagens eine
weitere bewegliche Fixierung zwischen dem Bauteil 27 und
dem Führungswagen 21 vorgesehen werden.
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Die
Aufnahmen 15 und 25 umschließen den Führungswagen 21 bzw.
den Führungswagen 11 an den
konvexen Flächen 13.1 bzw. 21.1, 21.2 vollflächig. Dies
ist jedoch ebenfalls nicht zwingend. Die Aufnahmen 15 und 25 könnten auch
nach innen vorstehende Rippen aufweisen, die eine linienförmige Berührung mit
den konvexen Oberflächen 13.1 bzw. 21.1 und 21.2 ergeben.
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3 zeigt nun zwei Führungsschienen 10 mit
Führungswagen 21 aus 2, die gemeinsam der Führung eines
sich über
beide Führungsschienen 10 in
Querrichtung erstreckenden Bauteils 37 dienen. Das Bauteil 37,
das z. B. ein Wagen oder ein Schlitten einer Werkzeugmaschine sein
kann, weist auf der einen Seite eine entsprechend der Aufnahme 25 aus 2 geformte Aufnahme 35 für den Führungswagen 21 als
eine auf der Unterseite 37.1 des Bauteils 37 angeordnete
Ausnehmung auf. Über
dem rechten Führungswagen 21 ist
ein Bauteil 47 mit einer Aufnahme 48 angeordnet,
wobei das Bauteil 47 um einen Drehpunkt D verschwenkbar
am Bauteil 37 gelagert ist.
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Die
in 3 gezeigte Lagerung
des Bauteils 37 zusammen mit der Ausgestaltung der Führungswagen 21,
die eine Schwenkbewegung des Bauteils 37 bzw. des Bauteils 47 um
die Führungswagen 21 erlauben,
stellt eine Möglichkeit
dar, eventuell zwischen den Führungsschienen 10 verhandene
Antiparallelitäten
sowie Verwindungen der Führungsschienen 10 auszugleichen,
sodass keine Zerstörung
der an den Führungsschienen 10 vorgesehenen
Führungen
für die
Führungswagen 21 auftritt,
wie dies bei Führungsschienen 10 mit
Standard-Führungswagen 12 bei
zu hohen auftretenden Torsionskräften
zu beobachten ist.