DE19808467A1 - Rundstabführung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Rundstabführung mit einem ersten und einem zweiten Rundstab, wobei der zweite Rundstab zum ersten Rundstab im wesentlichen parallel oder mit einem kleinen Winkel zu diesem angeordnet ist.

Rundstabführungen dienen in Verbindung mit einem Antrieb im allgemeinen dazu, die Drehbewegung einer von Hand oder durch einen Motor angetriebenen Welle mit einer großen Untersetzung in eine translatorische Bewegung eines zweiten Teils umzusetzen. Der zweite Teil ist z. B. ein Tisch oder ein Schlitten einer Werkzeugmaschine (DE 43 37 615 C1). Ein weiterer bekannter Anwendungsbereich sind Säulengestelle bei Stanzwerkzeugen.

Bei Spindeltrieben mit eine Gewindespindel und einer Spindelmutter ist es aus der DE 43 37 615 C1 bekannt, ein Mutterngehäuse vorzusehen, das mit einem von der Gewindespindel zu bewegenden Teil verbunden ist. Dabei ist die Spin­ delmutter zum Spindelausgleich unter Federdruck an der Gewindespindel ange­ legt. Diese Konzeption schlägt allerdings keine Rundstabführungen vor.

Zur Verbesserung der Führung und der Gleitbewegung des Schlittens ist zu­ sätzlich zur Achse des Antriebs ein stationärer Rundstab parallel zur Achse des Antriebes vorgesehen, auf dem der Schlitten mit einer engen Passung gleitet. Ein derartiger Rundstab bildet eine sogenannte erste Achse oder Hauptachse und kann z. B. bei Stanz- oder Spritzwerkzeugen eine senkrechte Säule bilden, entlang der der Schlitten geführt wird. Bei dieser Lösung kann der Schlitten sich allerdings noch um die Hauptachse drehen.

Zur Verhinderung einer derartigen Drehbewegung ist es bekannt, parallel zu dem Rundstab, vorzugsweise auf der diametral gegenüberliegenden Seite des Antriebes, einen zweiten stationären Rundstab vorzusehen, auf dem der Schlitten mit einer zweiten Bohrung gleitet und der eine zweite Achse oder Ne­ benachse bildet.

Durch die mehrfache Führung des Schlittens durch den Antrieb und die beiden Rundstäbe handelt es sich bei einer derartigen Konstruktion um eine über­ bestimmte Konstruktion. Eine leichtgängige translatorische Bewegung kann dabei nur mit extremer Präzision der Säulen- oder Stabeinspannungen an den Enden sowie durch einen genauen Bohrungsabstand im Schlitten im Bereich von 1/1000 mm gewährleistet werden. Ein besonderes Problem bei einer der­ artigen Führung mit zwei Achsen bereiten in der Praxis unvermeidbare Fluch­ tungsfehler durch Verkanten des zweiten Rundstabes gegenüber dem ersten Rundstab oder gegenüber dem Antrieb selbst, insbesondere wenn an dem Schlitten schwere Werkzeuge befestigt sind.

Derartige Fluchtungsfehler können die Leichtgängigkeit in der Bewegung des Schlittens beeinflussen oder die Bewegung hemmen.

Um dieses Problem zu lösen, ist beispielsweise in der US 4,163,590 eine Füh­ rungseinrichtung beschrieben zum Führen eines linear gleitend bewegbaren Elementes. Die Einrichtung weist einen festgelegten Führungsstab, ein Gleit­ element, welches mit einer Bohrung versehen ist, welche senkrecht zur Bewe­ gungsrichtung und der Längsachse der Führungsstange gebildet ist, ein Paar von miteinander fluchtenden Bohrungen, welche in dem Gleitelement gebildet sind und mit der bereits genannten Bohrung zur Aufnahme der Führungsstange in Kontakt stehen, wobei die Bohrungen einen größeren Durchmesser auf­ weisen als die Führungsstange und konzentrisch zu dieser angeordnet sind und eine Buchse oder Hülse auf, welche gleitend in der zuerst genannten Bohrung in dem Gleitelement befestigt ist und ein durchgehendes Loch in diesem auf­ weist, durch welches die Führungsstange bewegbar ist. Wenn das Gleitelement in Längsrichtung der Führungsstange bewegt wird, kann die Buchse relativ zu dem Gleitelement und der Führungsstange gleiten. Die Buchse kann axial und radial bewegt werden, um Fehler bei der Parallelführung zwischen einer An­ triebsstange, welche das Gleitelement trägt, und der Führungsstange auszu­ gleichen. Die Buchse verhindert auch Rotation und Festsetzen des Gleitele­ mentes während seiner Bewegung.

Aus der FR 2 534 521 ist eine Führungseinrichtung für einen Schlitten bekannt, welcher auf zwei festen und parallel zueinander ausgerichteten Stäben ver­ schiebbar ist. Eine der beiden Stangen weist dabei einen großen Durchmesser auf, wohingegen die andere einen kleinen Durchmesser aufweist. Die Stange mit dem großen Durchmesser wirkt mit zwei Ringeelementen des Schlittens zu­ sammen, wohingegen die andere Stange mit lediglich einem Ringelement zu­ sammenwirkt, welches hinsichtlich des Schlittens verschiebbar ist zur Aufnahme von Dehnungen und Verformungen des Schlittens und der Stäbe. Die Führungseinrichtung selbst weist im wesentlichen einen trapezförmigen Aufbau auf. Der die dünne Stange aufnehmende Ringelement ist im Querschnitt ein Mehreck, um sich innerhalb eines Langloches der Einrichtung optimal einpassen zu können. Dadurch können seine jeweiligen Seiten innerhalb des Langloches an dessen Wandungen angelagert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rundstabführung der be­ schriebenen Art so auszubilden, daß die Leichtgängigkeit der Bewegung der Rundstabführung auf den Rundstäben auch bei Fluchtungsfehlern des zweiten Rundstabes gegeben bleibt und sogar absichtlich der zweite Rundstab mit ei­ nem geringen Winkel zu dem ersten angeordnet sein kann.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Rundstabführung dadurch ge­ löst, daß die Rundstabführung eine reibungsarme Dreipunktlagerung der Rund­ stäbe aufweist, bei der ein längs des ersten Rundstabes verschiebbares, auf diesem gelagertes Mittel und zwei an dem zweiten Rundstab punkt- oder linien­ förmig angreifende Mittel vorgesehen sind. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Die Erfindung besteht somit darin, daß eine Dreipunktlagerung so vorgesehen wird, daß ein Verkippen oder Verkanten der Rundstabführung nicht möglich ist. Dadurch wird ein steter Leichtlauf gewährleistet. Aufgrund der punkt- oder linienförmigen Berührung der in dem zweiten Rundstab angreifenden Mittel an diesem kann dieser zweite Rundstab entweder parallel zu dem ersten Rundstab oder mit einem kleinen Winkel zu diesem angeordnet sein. Die linienförmige oder punktförmige Berührung wird dabei weiterhin gewährt.

Besonders bevorzugt sind das längs verschiebbare Mittel und die beiden an­ deren, an dem zweiten Rundstab angreifenden Mittel miteinander verbunden. Vorzugsweise sind sie einstückig.

Um ein Verkanten des ersten Rundstabes innerhalb des entlang von dessen Längserstreckung verschiebbaren Mittels zu vermeiden, ist dieses Mittel vor­ zugsweise verhältnismäßig lang ausgeformt. Besonders bevorzugt weist das Mittel im Bereich seiner beiden Enden auf dem Rundstab laufende Lager auf. Dies können beispielsweise Kugellager sein, wobei besonders bevorzugt eine Kugellaufbuchse verwendet wird. Alternativ hierzu kann aber auch ein Gleitlager vorgesehen sein.

Vorzugsweise sind die beiden anderen Mittel, welche an dem zweiten Rundstab angreifen, mittig an dem ersten Mittel in der Ausrichtung senkrecht zu diesem angeordnet. In der Seitenansicht entsteht dadurch ein T-Profil.

Die beiden entlang dem zweiten Rundstab verschiebbaren Mittel sind vorzugs­ weise an den jeweiligen Stirnseiten eines u-förmigen Elementes angeordnet. Vorzugsweise ist das u-förmige Element mit einer Verstelleinrichtung zum An­ passen der am zweiten Rundstab angreifenden Mittel an dessen Durchmesser vorgesehen. Dadurch können die beiden Mittel gegen die Außenseite des zweiten Rundstabes verklemmt werden. Besonders bevorzugt sind die beiden Mittel leichtlaufende Kugellager. Vorteilhaft entsteht dadurch eine besonders gute Geradeausführung. Aufgrund der Linienberührung wird ein ausge­ zeichneter Parallellauf sogar bei leicht geneigtem zweiten Rundstab (hinsichtlich des ersten Rundstabes) erzielt. Vorhandene Fertigungsfehler können dadurch besonders gut ausgeglichen werden. Die Leichtgängigkeit der Bewegung der Rundstabführung entlang den beiden Rundstäben wird dadurch also nicht be­ einflußt. Sobald ein Schlitten mit der Rundstabführung verbunden ist, kann dieser somit ungehindert leichtgängig parallel zu dem ersten Rundstab bewegt werden.

Die Anpassung an den Durchmesser des zweiten Stabes erfolgt durch einen einfachen Justagevorgang, wobei insbesondere als Verstelleinrichtung eine Zylinderkopfschraube verwendet wird. Hiermit können Spiel und somit die Leichtgängigkeit der Bewegung entlang den beiden Rundstäben eingestellt werden.

Aufgrund der ausgezeichneten Leichtlaufeigenschaften der Rundstabführung und der Entkopplung von Form oder Fertigungsfehlern aufgrund der Linien­ berührung der zweiten und dritten Mittel an dem zweiten Stab können hohe translatorische Relativgeschwindigkeiten zwischen der Rundstabführung und den Rundstäben erzielt werden. Beispielsweise kann ein mit der Rundstab­ führung verbundener Schlitten mittels eines Zahnriementriebes mit hoher Ge­ schwindigkeit translatorisch bewegt werden.

Durch die Verwendung von Kugellagern wird gewissermaßen der Rundstab von dem Schlitten in einer Richtung, nämlich radial zur Antriebsachse, entkoppelt, ohne daß die Wirkung des zweiten Rundstabes zur Verhinderung einer Drehung des Schlittens um den ersten Rundstab dadurch beeinträchtigt wird.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß eine besonders präzise Parallel­ führung der beiden Achsen, d. h. der durch den ersten Rundstab gebildeten Hauptachse und der durch den zweiten Rundstab gebildeten Nebenachse, für die eigentliche primäre Aufgabe der Verschiebemöglichkeit nicht so wichtig ist, da der zweite Rundstab im wesentlichen nur die Drehbewegung des Schlittens um die Hauptachse verhindern soll. Die erfindungsgemäße Lösung ist kon­ struktiv einfach und stellt auch keine hohen Anforderungen an die Fertigung. Es wird eine zuverlässige gleitende und exakt positionierende Linearachse ge­ bildet. Die Erfindung gestattet einen Ausgleich von nennenswerten Fluchtungs­ fehlern auch im mm-Bereich.

Die Rundstabführung ist vorzugsweise auswechselbar in dem Schlitten gelagert. Das ist vorteilhaft, da die Kugellaufbuchsen oder Gleitlager Verschleißteile dar­ stellen und dann bei einer Abnutzung der Buchsen bzw. Lager oder Lagerrollen nicht der gesamte Schlitten gewechselt werden muß. Das entlang dem ersten Rundstab verschiebbare Mittel hat vorzugsweise die Form eines Zylinders mit einer zentralen Bohrung und mit zwei einander gegenüberliegenden und zu­ einander parallelen Abflachungen.

Dieses Mittel gleitet vorzugsweise in einer Öffnung des Schlittens, die durch zwei einander gegenüberliegende und zueinander parallele Gleitflächen be­ grenzt wird und zu einer Oberfläche des Schlittens hin offen ist. Durch diese Lösung wird eine einwandfreie Gleitlagerung im Schlitten sichergestellt und außerdem das Herausnehmen des Mittels beispielsweise in Form einer Kugel­ laufbuchse oder eines Gleitlagers aus dem Schlitten ermöglicht.

Die Rundstabführung kann aber auch anderweitig verwendet werden, bei be­ liebigen Anordnungen, bei denen leichtgängige Relativbewegungen zwischen zwei im wesentlichen parallelen oder in einem kleinen Winkel zueinander ange­ ordneten Rundstäben und einem weiteren Element erforderlich ist.

In der Praxis kommt insbesondere eine Ausführungsform in Betracht, bei der der Antrieb ein Spindeltrieb mit einer Gewindespindel und eine Spindelmutter in dem ein Mutterngehäuse bildenden Schlitten ist, der mit einem von der Gewin­ despindel zu bewegenden Teil verbunden ist, wobei die Spindelmutter zum Spielausgleich unter Federdruck an der Gewindespindel anliegt und der Schlit­ ten eine parallel zur Spindelachse verlaufende Bohrung aufweist, durch die sich das den ersten Rundstab aufnehmende Mittel erstreckt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Schnitt durch eine erfindungsgemäß ausgebildete Rundstabführung, und

Fig. 2 eine Draufsicht und teilweise Schnittansicht auf die bzw. der Rundstab­ führung gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist eine seitliche teilweise Schnittansicht durch eine erfindungs­ gemäße Rundstabführung mit zwei Rundstäben 1, 2 dargestellt. Die Rundstab­ führung ist so ausgebildet, daß sie ein Mantelelement 11 bildet, innerhalb dessen Lauf- oder Gleitbuchsen 10 angeordnet sind. In der dargestellten Aus­ führungsform sind jeweils am ersten und zweiten Ende 12, 13 des Mantel­ elementes 11 Lauf- oder Gleitbuchsen 10 angeordnet. Die Lauf- oder Gleit­ buchsen 10 lagern direkt auf der Oberfläche des ersten Rundstabes 1 auf.

Die Lauf- oder Gleitbuchsen 10 weisen einen solchen Abstand voneinander auf, daß auch bei schräger Belastung des Mantelelementes 11 kein Verkanten der Lauf- oder Gleitbuchsen 10 gegenüber dem ersten Rundstab 1 möglich ist. Zu einem solchen Verkanten könnte es durch Angreifen einer Kraft über ein an dem Mantelelement 11 einstückig angegliedertes Klemmelement 50 kommen. In der dargestellten Ausführungsform ist das Klemmelement 50 im wesentlichen mittig an dem Mantelelement 11 vorgesehen. Das Klemmelement ist im wesentlichen flach und stößt in einem rechten Winkel an das Mantelelement 11 an. Alternativ hierzu ist auch eine andere Formgebung möglich, bei der bei­ spielsweise zwei einzelne Klemmbacken vorgesehen sind, welche zueinander verstellt werden können.

Eine solche Klemmverstellung ist in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungs­ form durch eine Verstelleinrichtung 40 möglich. Diese ist lediglich in der Drauf­ sicht zu sehen, hier als Innensechskantschraube. Ihre Funktionsweise geht besser aus Fig. 2 hervor.

Im Bereich der Stirnseiten des Klemmelementes 50 sind Kugellager 20, 30 an­ geordnet, von denen lediglich das Kugellager 30 in Fig. 1 zu sehen ist. Vor­ zugsweise ist das Kugellager ein Rillenkugellager. Dieses berührt linienförmig den zweiten Rundstab 2 auf seiner Außenseite.

Dies kann besser Fig. 2 entnommen werden. Die beiden Rillenkugel­ lager 20, 30 sind auf kleinen Wellen 21, 31 mittels eines Sicherungs­ ringes 22, 32 oder dergleichen fest gesichert. Die Wellen 21, 31 sind in Sack­ bohrungen 51 in den Stirnenden 52 des Klemmelementes 50 eingefügt und gesichert. Zwischen den Kugellagern 20, 30 und den Stirnseitenflächen 53 des Klemmelementes 53 weisen die beiden Wellen 21, 31 jeweilige verbreiterte Zwischenstücke 23, 33 auf. Diese gewährleisten einen gleichbleibenden Ab­ stand zwischen der jeweiligen Stirnseitenfläche des Klemmelementes und den Rillenkugellagern 20, 30. Dadurch wiederum kann die Linien- oder Punkt­ berührung des zweiten Rundstabes 2 gewährleistet werden.

Das Klemmelement 50 weist, wie aus Fig. 2 hervorgeht, zwei Schenkel 54, 55 auf. Zwischen den beiden Schenkeln 54, 55 ist ein Spalt 56 vorgesehen. Mittels der Verstelleinrichtung 40 kann dieser Spalt 56 in seiner Breite verändert werden. Zu diesem Zweck ist das Klemmelement im Bereich seines Schenkels 54 mit einer Bohrung 57 mit Innengewinde versehen und der Schenkel 55 mit einer gestuften Bohrung 58, welche solche Durchmesser auf­ weist, daß sowohl der Kopf als auch der Schaft der Verstelleinrichtung 40 in Form einer Zylinderkopfschraube mit Innensechskant oder einer beliebigen anderen Schraube darin Platz findet.

Mittels eines leichten Justagevorganges in Form von Betätigen der Verstell­ einrichtung 40 können die beiden Rillenkugellager 20, 30 gegeneinander ver­ stellt werden. Dadurch ist eine Anpassung an einen beliebigen Durchmesser des zweiten Rundstabes 2 möglich. In Abhängigkeit von der Feinheit des Ge­ windes der Zylinderkopfschraube als Verstelleinrichtung 40 können Spiel und Leichtgängigkeit der Relativbewegung von Rillenkugellager und zweitem Rundstab eingestellt werden.

Aus Fig. 2 geht weiterhin hervor, daß die gesamte Rundstabführung R in der Draufsicht ein im wesentlichen rechteckiges Gebilde ist, wobei das Mantel­ element, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, in Fig. 2 ein rechteckiger massiver Block 15 mit einer Durchgangsöffnung 14 zum Einfügen der Lauf- oder Gleit­ buchsen 10 ist.

Zwischen den beiden Schenkeln 54, 55 des Klemmelementes 50 ist eine im wesentlichen runde Öffnung 59 gebildet. Durch diese Öffnung kann ein Rund­ stab oder ein beliebiges anderes Element geführt werden, welches Teil einer Gesamtvorrichtung ist, in welche die Rundstabführung R eingebaut wird. Bei­ spielsweise kann ein Teil eines Werkzeugschlittens oder eines ähnlichen Ele­ mentes dort eingreifen.

Aufgrund der Verwendung von Rillenkugellagern und Kugellaufbuchsen oder Gleitlagern können sehr hohe translatorische Relativgeschwindigkeiten zwi­ schen den beiden Rundstäben 1, 2 und der Rundstabführung R erzielt werden. Die Funktionsfähigkeit wird dabei sogar dann ermöglicht, wenn der Abstand der beiden Rundstäbe 1, 2 aufgrund von Fehlern vom Sollwert abweicht oder sich ändert oder sofern Fluchtungsfehler auftreten, also der Rundstab 1 nicht genau parallel zum Rundstab 2 verläuft. Durch die zwischen den beiden Kugel­ lagern 20, 30 und dem zweiten Rundstab vorgesehene Linien- oder in Verbin­ dung mit der erfindungsgemäßen Dreipunktlagerung können solche Fehler aus­ geglichen werden.

Bezugszeichenliste

1

erster Rundstab

2

zweiter Rundstab

10

Lauf- oder Gleitbuchse

11

Mantelelement

12

erstes Ende

13

zweites Ende

14

Durchgangsöffnung

15

Block

20

Kugel-Lager

21

Welle

22

Sicherungsring

23

Zwischenstück

30

Kugel-Lager

31

Welle

32

Sicherungsring

33

Zwischenstück

40

Verstelleinrichtung

41

Innensechskant

50

Klemmelement

51

Sackbohrung

52

Stirnende

53

Stirnseitenfläche

54

Schenkel

55

Schenkel

56

Spalt

57

Bohrung

58

Bohrung

59

runde Öffnung
R Rundstabführung

Claims (10)

1. Rundstabführung mit einem ersten und einem zweiten Rundstab, wobei der zweite Rundstab zum ersten Rundstab im wesentlichen parallel oder mit einem kleinen Winkel zu diesem angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rundstabführung eine reibungsarme Dreipunktlagerung der Rund­ stäbe (1, 2) aufweist, bei der ein längs des ersten Rundstabes (1) verschieb­ bares, auf diesem gelagertes Mittel (10) und zwei an dem zweiten Rund­ stab (2) punkt- oder linienförmig angreifende Mittel (20, 30) vorgesehen sind.

2. Rundstabführung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das längs verschiebbare Mittel (10) mit den beiden anderen Mitteln (20, 30) verbunden ist.

3. Rundstabführung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verstelleinrichtung (40) zum Anpassen der am zweiten Rund­ stab (2) angreifenden Mittel (20, 30) an dessen Durchmesser vorgesehen ist.

4. Rundstabführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das längs des ersten Stabes (1) verschiebbare Mittel (10) eine solche Länge aufweist, daß ein verkantungsfreier Leichtlauf auf dem Stab gewährt ist.

5. Rundstabführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das längs verschiebbare Mittel (10) und die beiden anderen Mittel (20, 30) einstückig vorgesehen sind.

6. Rundstabführung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden an dem zweiten Rundstab (2) angreifenden Mittel (20, 30) U-förmig miteinander so verbunden sind, daß sie zwischen sich einen Spalt (56) belassen, welcher in seiner Breite verstellbar ist.

7. Rundstabführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das längs verschiebbare Mittel (10) sowie die beiden an dem zweiten Rundstab (2) angreifenden Mittel (20, 30) reibungsarm auf den jeweiligen Oberflächen der Rundstäbe (1, 2) bewegbar sind.

8. Rundstabführung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das längs verschiebbare Mittel (10) eine Kugellaufbuchse oder Gleit­ buchse ist und daß die beiden entlang dem zweiten Rundstab (2) verschieb­ baren Mittel (20, 30) leichtlaufende Kugellager sind.

9. Rundstabführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpreßkraft der beiden an dem zweiten Rundstab (2) angreifenden Mittel (20, 30) durch die Verstelleinrichtung (40) fein einstellbar ist.

10. Rundstabführung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine hohe translatorische Relativgeschwindigkeit zwischen Rundstab­ führung und erstem und zweitem Rundstab (1, 2) in Abhängigkeit von der Wahl der aufeinander gleitenden oder laufenden Oberflächen hinsichtlich Material und Rauhigkeit einstellbar ist.