DE10342386B3

DE10342386B3 - Linearführung

Info

Publication number: DE10342386B3
Application number: DE10342386A
Authority: DE
Inventors: Georg Michael Dr. Ickinger
Original assignee: Mannesmann Plastics Machinery GmbH
Current assignee: Mannesmann Plastics Machinery GmbH
Priority date: 2003-09-13
Filing date: 2003-09-13
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2023-09-14

Abstract

Bei einer Linearführung für eine hochbelastete Tragstruktur (2), insbesondere einer Spritzgießmaschine, welche auf mehreren, zueinander parallelen Führungsbahnen (1) über an diesen in Längsrichtung (x) der Führungsbahnen zwangsgeführte Auflagestücke (4) längsbeweglich abgestützt ist, wird erfindungsgemäß eine zwängungs- und überlastfreie, statisch bestimmte Tragstrukturlagerung dadurch erreicht, dass die Tragstruktur an drei auf unterschiedlichen Führungsbahnen (1.1, 1.2) gelagerten, ersten Auflagestücken (4.1, 4.2) in Lastrichtung hochsteif, in den rotativen Freiheitsgraden (a, b, c) jedoch beweglich sowie an zwei der ersten Auflagestücke (4.1) senkrecht zur Lastrichtung und zur Längsrichtung der Führungsbahnen ebenfalls hochsteif, am dritten (4.3) hingegen senkrecht zur Lastrichtung und zur Längsrichtung der Führungsbahnen beweglich sowie an weiteren Auflagestücken (4.3) in Lastrichtung nachgiebig lastübertragend und in den übrigen Freiheitsgraden (a, b, c, y) beweglich auf den Führungsbahnen abgestützt ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Linearführung für eine hochbelastete Tragstruktur, insbesondere einer Spritzgießmaschine, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt ( EP 0 551 584 A1 , EP 0 666 160 A2 ), gewichtsmäßig hochbelastete Tragstrukturen, etwa die bewegliche Formaufspannplatte oder die Einspritzeinheit einer Spritzgießmaschine, auf zueinander parallelen, ortsfesten Führungsschienen in der Weise linear beweglich abzustützen, dass zwischen der Tragstruktur und den Führungsschienen eine Vielzahl von anteilig lastübertragenden, auf den Führungsschienen zumeist rollengelagerten Auflagestücken angeordnet ist. Für eine geometrisch exakte Linearführung muss die Tragstruktur möglichst spielfrei an den Führungsbahnen abgestützt werden, jedoch kommt es dabei aufgrund von unvermeidbaren, thermisch oder lastbedingten Verformungen oder anderen, z.B. fertigungsbedingten Maßabweichungen an einzelnen Auflagestücken zu hohen örtlichen Belastungen und daraus resultierend zu einem Blockier- oder gar Versagensrisiko der Linearführung. Um dem zu begegnen, sind bei den bekannten Linearführungen der oben genannten Art elastische Zwischenglieder zwischen die Tragstruktur und die Führungsbahnen eingefügt, wodurch das Blockier- und Versagensrisiko zwar abgebaut wird, aber Fehlausrichtungen der Tragstruktur bezüglich der Führungsbahnen, etwa unter dem Einfluss äußerer Störkräfte, in Kauf genommen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Linearführung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine hochgenaue räumliche Ausrichtung der Tragstruktur bezüglich der Führungsbahnen garantiert und zugleich die Gefahr einer Funktionsstörung wirksam unterbunden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Linearführung gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Tragstruktur aufgrund der in Lastrichtung hochsteifen Dreipunktabstützung – im Gegensatz zu einer statisch un- oder überbestimmten Lagerung – zwängungsfrei und mit einer exakt definierten Ausrichtung auf den Führungsbahnen gelagert und zugleich eine Überlastung der Dreipunktauflager durch die anteilige Lastaufnahme der übrigen, in Lastrichtung elastischen Auflagestücke wirksam unterbunden, mit der Besonderheit, dass durch die gezielt unterschiedlich gewählte Bewegungsfreiheit der einzelnen Auflagestücke in den anderen, nicht in Lastrichtung verlaufenden Freiheitsgraden Verformungen oder andere Maßabweichungen der Linearführung ohne Verlust der Führungsgenauigkeit ausgeglichen werden. Die efindungsgemäße Linearführung bietet somit ein hochgradig exaktes und störsicheres Führungskonzept für insbesondere gewichtsmäßig hochbelastete Tragstrukturen, also vorzugsweise die linear beweglichen Einspritz- oder Formschließkomponenten von schweren Spritzgießmaschinen.

In weiterer, besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden nur rotativ beweglichen Auflagestücke auf der gleichen Führungsbahn gelagert, so dass die Bewegungsrichtung der Tragstruktur ausschließlich von dieser Führungsbahn bestimmt und der Neigungswinkel der Tragstruktur um die Längsachse dieser Führungsbahn durch das dritte, in Lastrichtung ebenfalls hochsteife, jedoch senkrecht hierzu bewegliche Auflagestück festgelegt wird.

Vorteilhafterweise ist die Neigungs- und Höhenlage der Tragstruktur bezüglich der Führungsbahnen über die drei in Lastrichtung hochsteifen Auflagestücke justierbar, und zwar in besonders zweckmäßiger Weise selbsttätig mittels eines Regelkreises mit einem Neigungs- und/oder Höhensensor als Messwertgeber und stellsignalbetätigten Aktuatoren zur Höhenjustierung der drei laststeifen Auflagestücke nach Maßgabe der Abweichung zwischen gemessener und vorgegebener Tragstrukturlage.

Zweckmäßigerweise ist auch der von den nachgiebig lastaufnehmenden Auflagestücken übertragene Anteil der Gesamtlast durch Änderung der Vorspannkraft variabel einstellbar, derart, dass er sich mittels einer stellsignalbetätigten Drucksteuereinheit auf einen konstanten Lastanteilsfaktor einregulieren lässt.

In bestimmten Betriebszuständen, etwa in der Schließlage der beweglichen Formaufspannplatte einer Spritzgießmaschine, können auf die Tragstruktur vorübergehend hohe, der Gewichtskraft entgegengesetzte Kräfte einwirken. Eine daraus resultierende Überlastung der Führungsbahnen lässt sich in einfacher Weise dadurch vermeiden, dass die in Lastrichtung hochsteifen Auflagestücke entgegen der Lastrichtung begrenzt beweglich ausgebildet sind.

Die Erfindung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen in stark schematisierter Darstellung:
1 eine perspektivische Darstellung einer Linearführung nach der Erfindung;
2 eines der drei in Lastrichtung hochsteifen Auflagestücke gemäß 1 im Schnitt;
3 eine der 1 entsprechende Darstellung eines der in Lastrichtung nachgiebigen Auflagestücke; und
4 die Linearführung nach den 1 bis 3 in nochmals vereinfachter Darstellung in Verbindung mit der beweglichen Formaufspannplatte einer Spritzgießmaschine.
Die in den Fig. gezeigte Linearführung enthält mehrere ortsfeste, zueinander parallele, nämlich gemäß 1 zwei schienenförmig ausgebildete Führungsbahnen 1, auf denen eine gewichtsmäßig hochbelastete – in 1 gestrichelt dargestellte – Tragstruktur 2, etwa die bewegliche Formaufspannplatte 3 ( 4) einer ansonsten nicht näher dargestellten Schließeinheit einer Spritzgießmaschine, unter Zwischenlage von an den Führungsschienen 1 spielfrei rollengeführten Auflagestücken 4 in Schienenlängsrichtung x linearbeweglich abgestützt ist.
Von jedem der Auflagestücke 4 wird ein vorgegebener, im Wesentlichen der Anzahl der Auflagestücke 4 entsprechender Bruchteil des Gesamtgewichts der Tragstruktur 2 an die Führungsschienen 1 übertragen, wobei die Auflagestücke 4 jedoch von unterschiedlicher Bau- und Funktionsweise sind. So übernehmen zwei Auflagestücke 4.1, die auf der gleichen Führungsschiene 1.1 angeordnet sind, zusammen mit einem dritten, auf der anderen Führungsschiene 1.2 angeordneten Auflagestück 4.2 zusätzlich zu einer Trag- auch die Führungsfunktion für die Tragstruktur 2 und sind in Lastrichtung G, also entgegen der z-Richtung, hochsteif ausgebildet, während die übrigen, in beliebiger Anzahl zwischen Tragstruktur 2 und Schienen 1 eingefügten Auflagestücke 4.3 ausschließlich der Lastabstützung dienen und in Lastrichtung G elastisch ausgebildet sind.
Wie 2 im Einzelnen zeigt, bestehen die beiden Auflagestücke 4.1 jeweils aus einem auf der Schiene 1.1 rollengeführten Unterteil 5 und einem auf diesem z.B. über eine Kugelkalotte 6 allseitig begrenzt kippbeweglich abgestützten, tragstrukturfesten Oberteil 7. Unter der Gewichtslast G ist das Ober- mit dem Unterteil 7, 5 nicht nur in Lastrichtung, sondern auch in den beiden anderen translatorischen Freiheitsgraden x und y starr, in den rotativen Freiheitsgraden a, b und c hingegen drehbar verbunden. Im unbelasteten Zustand wird das Oberteil 7 unter der Wirkung schwacher Druckfedern 8 in z-Richtung anschlagbegrenzt gegenüber dem Unterteil 5 angehoben. Ferner lässt sich die Bauhöhe des Auflagestücks 4.1 z.B. mit Hilfe einer zwischen Unterteil 5 und Kugelkalotte 6 wirksamen Keilverbindung 9 einschließlich eines die Querverschiebung des Schubkeils 10 steuernden Aktuators 11 auf die weiter unten beschriebene Weise variabel einstellen. Das dritte Auflagestück 4.2 ist von prinzipiell gleicher Bauart, jedoch mit dem wesentlichen Unterschied, dass das Oberteil 7 nicht nur in den rotativen Freiheitsgraden a, b und c, sondern zusätzlich auch senkrecht zur Last- und zur Schienenlängsrichtung, also in Richtung der y-Achse in der Zeichenebene der 2, gegenüber dem Unterteil 5 begrenzt beweglich ist, wie dies in 2 schematisch durch die beiden Richtungspfeile P angedeutet ist.
Durch die drei in Lastrichtung G steifen Auflagestücke 4.1 und 4.2 wird eine statisch bestimmte Abstützung der Tragstruktur 2 auf den Führungsschienen 1 sichergestellt und zugleich werden durch die rotativen Freiheitsgrade der Auflagestücke 4.1 und 4.2 Biegeverformungen der Tragstruktur 2 oder der Schienen 1 und durch die begrenzte Querbeweglichkeit des Auflagestücks 4.2, nicht aber der Auflagestücke 4.1 Längenänderungen der Tragstruktur 2 in y-Richtung und/oder Maßabweichungen von der Schienenparallelität unter Beibehalt einer exakten Führungsgeometrie ausgeglichen.
Zusätzlich zur Einbauposition der Schienen 1, welche mit Hilfe von Stellschrauben 12 und Distanzstücken 13 (2, 3) justierbar ist, lässt sich auch die Neigungs- und/oder Höhenlage der Tragstruktur 2 mit Hilfe der Keilverbindungen 9 an den drei in Lastrichtung G starren Auflagestücken 4.1 und 4.2 variabel einstellen. Dies geschieht vorzugsweise mit Hilfe eines Regelkreises 14 mit einem Neigungs- und/oder Höhensensor 15 als Messwertgeber und dem nach Maßgabe der Abweichung des Messsignals von einem vorgegebenen Neigungs- und/oder Höhenniveau betätigten Aktuator 11 als Stellglied. Auf diese Weise können örtliche Höhenvariationen der Schienen-Laufflächen ausgeregelt werden.
Da die Tragfähigkeit der drei Auflagestücke 4.1, 4.2 nicht zur Abstützung schwerer Lasten ausreicht, wird die Gesamtlast G auf weitere Auflagestücke 4.3 (3) verteilt. Diese bestehen wiederum aus einem auf der Führungsschiene 1 zwangsweise rollengeführten Unterteil 5, auf dem die Tragstruktur 2 jedoch unter Zwischenlage eines in sämtlichen Freiheitsgraden elastischen, nach Art eines Luftkissens gestalteten Zwischenstücks 16 abgestützt ist. Durch die Auflagestücke 4.3 werden die drei Haupt-Auflagestücke 4.1 und 4.2 ausreichend entlastet, ihr Führungsverhalten aber nicht beeinträchtigt. Die effektive Stützkraft der Auflagestücke 4.3 lässt sich durch eine Drucksteuereinheit 17 mit einem an einen Druckbehälter 18 angeschlossenen Steuerventil 19 einregulieren.
4 zeigt die Linearführung für die bewegliche Formaufspannplatte 3 einer ansonsten nicht näher dargestellten Formschließeinheit einer Spritzgießmaschine. In der Schließlage der Formaufspannplatte 3 werden auf diese über die Zugholme 20 hohe Zugkräfte in Schließrichtung der Formaufspannplatte 3 und von Seiten der Formhälfte 21 hierzu entgegengesetzt gerichtete Reaktionskräfte ausgeübt, unter deren Wirkung sich die Formaufspannplatte 3 – wenn auch geringfügig – konvex durchbiegt und die Tragplatte 22 im Bereich eines der Auflagestücke 4.1 (oder 4.2) hochgedrückt wird, wie dies in 4 in strichpunktierten Linien angedeutet ist. Um diese schließkraftbedingten Belastungen von der Linearführung fernzuhalten, besitzen die Auflagestücke 4.1 und 4.2 das anhand der 2 erläuterte Bewegungsspiel entgegen der Lastrichtung G, so dass die Tragplatte 22 gegenüber der Führungsschiene 1 entsprechend der Biegeverformung der Formaufspannplatte 3 angehoben werden kann. Dennoch bleibt die Formaufspannplatte 3 in der Schließlage einerseits über den Kontakt der Formhälften und andererseits über die beiden anderen, in Lastrichtung hochsteifen Auflagestücke 4.1 bzw. 4.2 lagestabil gesichert.

Claims

Linearführung für eine hochbelastete Tragstruktur, insbesondere einer Spritzgießmaschine, welche auf mehreren, zueinander parallelen Führungsbahnen über an diesen in Längsrichtung der Führungsbahnen zwangsgeführte Auflagestücke längsbeweglich abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) – an drei, auf unterschiedlichen Führungsbahnen (1.1, 1.2) gelagerten, ersten Auflagestücken (4.1, 4.2) in Lastrichtung (G) hochsteif, in den rotativen Freiheitsgraden (a, b, c) jedoch beweglich sowie an zwei der ersten Auflagestücke (4.1) senkrecht zur Lastrichtung und zur Längsrichtung (x) der Führungsbahnen ebenfalls hochsteif, am dritten (4.2) senkrecht zur Lastrichtung und zur Längsrichtung der Führungsbahnen hingegen beweglich und – an weiteren Auflagestücken (4.3) in Lastrichtung (G) nachgiebig lastübertragend und in den übrigen Freiheitsgraden (a, b, c, y) beweglich auf den Führungsbahnen abgestützt ist.
Linearführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden ersten Auflagestücke (4.1) auf der gleichen Führungsschiene (1.1) gelagert sind.
Linearführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drei in Lastrichtung (G) hochsteifen Auflagestücke (4.1, 4.2) höhenjustierbar ausgebildet sind.
Linearführung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) mit einem Neigungs- und/oder Höhensensor (15) versehen und zur Höhenjustierung der Auflagestücke (4.1, 4.2) nach Maßgabe der Abweichung zwischen gemessener und einer vorgegebenen Tragstrukturlage stellsignalbetätigte Aktuatoren (11) vorgesehen sind.
Linearführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebig lastaufnehmenden Auflagestücke (4.3) mit einer in Lastrichtung (G) variabel einstellbaren Vorspannkraft beaufschlagt sind.
Linearführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebig lastaufnehmenden Auflagestücke (4.3) jeweils an eine stellsignalbetätigte Drucksteuereinheit (17, 19) zur Einstellung der Vorspannkraft angeschlossen sind.
Linearführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drei in Lastrichtung (G) hochsteifen Auflagestücke (4.1, 4.2) entgegen der Lastrichtung begrenzt beweglich sind.
Linearführung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbahnen (1) relativ zueinander justierbar sind.