DE202014101969U1

DE202014101969U1 - Linearführungssystem mit Toleranzausgleich

Info

Publication number: DE202014101969U1
Application number: DE201420101969
Authority: DE
Original assignee: MFP GES fur ENGINEERING MBH; MFP GESELLSCHAFT fur ENGINEERING MBH
Current assignee: MFP GES fur ENGINEERING MBH; MFP GESELLSCHAFT fur ENGINEERING MBH
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2024-04-26
Also published as: DE102014116178A1

Abstract

Linearführungssystem (10) mit zwei entlang jeweils eines Führungselements (12, 14) translatorisch beweglichen Führungswagen (16, 18), wobei zumindest einer der Führungswagen (16, 18) Mittel (30; 32, 34; 52; 60, 62) zum Toleranzausgleich umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine im Folgenden kurz als Linearführung bezeichnete Vorrichtung, wie sie zum Beispiel bei der translatorischen Bewegung eines Linearschlittens Verwendung findet. Zwei parallele Linearführungen mit jeweils einem entlang eines Führungselements translatorisch beweglichen Führungswagen bilden eine im Folgenden als Linearführungssystem bezeichnete Vorrichtung, die auch – aber nicht ausschließlich – als Linearschlitten verwendbar ist.
Linearführungen und Linearführungssysteme sind an sich bekannt. Problematisch ist, wenn mittels zweier Linearführungen ein Linearschlitten translatorisch bewegt werden soll und die beiden Führungselemente, entlang derer die Bewegung des Linearschlittens (im Folgenden als Bewegung des Linearführungssystems bezeichnet) erfolgen soll, nicht exakt parallel sind. Das gleiche Problem tritt auf, wenn mittels zweier oder mehrerer Linearführungen ein translatorischer Freiheitsgrad einer Bearbeitungsmaschine, insbesondere einer Bearbeitungsmaschine in Form eines Portalroboters oder dergleichen, realisiert werden soll und auch hier die Führungselemente, entlang derer die Bewegung des Linearführungssystems erfolgen soll, nicht exakt parallel sind. Solche Parallelitätsabweichungen führen dazu, dass eventuell eine Bewegung entlang der kompletten Längserstreckung der parallel auszurichtenden Führungselemente nicht möglich ist oder dass zur Bewegung entlang der Führungselemente zumindest abschnittsweise ein erhöhter Kraftaufwand erforderlich ist.
Eine Situation, bei der eine Bewegung entlang der kompletten Längserstreckung der Führungselemente nicht möglich ist, stellt die Verwendbarkeit der Einrichtung oder der Maschine, innerhalb derer ein solches Linearführungssystem verwendet wird, insgesamt in Frage. Wenn die Bewegung nur mit erhöhtem Kraftaufwand möglich ist, ergibt sich ein unnötiger zusätzlicher Energiebedarf und es resultiert ein erhöhter mechanischer Verschleiß. Allerdings ist eine exakt parallele Ausrichtung der beiden Führungselemente aufwändig und unterliegt beim Betrieb einer Einrichtung, innerhalb derer ein solches Linearführungssystem verwendet wird, dynamischen Einflüssen, die selbst bei einer anfänglich exakt parallelen Ausrichtung der beiden Führungselemente mit der Zeit zu Parallelitätsabweichungen führen können. Als Beispiel für solche dynamischen Einflüsse sind Temperaturschwankungen oder auch mechanische Einflüsse zu nennen. Als Beispiel für mechanische Einflüsse sind Rüttelbelastungen oder in das Linearführungssystem eingekoppelte Momente zu nennen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Linearführungssystem anzugeben, welches die oben skizzierten Nachteile vermeidet oder zumindest deren Auswirkungen reduziert, insbesondere darin, ein Linearführungssystem anzugeben, das einen Toleranzausgleich bewirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Linearführungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einem solchen Linearführungssystem mit zwei entlang jeweils eines Führungselements translatorisch beweglichen Führungswagen vorgesehen, dass zumindest einer der Führungswagen Mittel zum Toleranzausgleich, nämlich zum Toleranzausgleich im Falle von Parallelitäts- und/oder Geradheitsabweichungen des Führungselements oder der Führungselemente, umfasst. Als Führungselemente kommen Stäbe, Wellen und/oder Schienen und dergleichen – auch in ungleicher Paarung – in Betracht.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Linearführungssystems besteht darin, dass mittels der von mindestens einem Führungswagen umfassten Mittel zum Toleranzausgleich eine Kompensation eventueller Parallelitäts- und/oder Geradheitsabweichungen zweier Führungselemente erfolgt. Das erfindungsgemäße Linearführungssystem kommt gleichermaßen für Anwendungsfälle in Betracht, bei denen die Führungselemente nach Art eines Spindelantriebs zum Erreichen einer Bewegung der Führungswagen angetrieben werden oder bei denen die Führungswagen durch eine äußere Kraft angetrieben werden.
Mit der Verwendung eines solchen Linearführungssystems sind eine exakt parallele Ausrichtung der beiden Führungselemente und eine Verwendung exakt gerader Führungselemente nicht mehr in dem bisher gegebenen Maße erforderlich. Dies erleichtert die Montage der Führungselemente und gewährleistet bei einer Einrichtung, die ein solches Linearführungssystem umfasst, zum Beispiel einer Bearbeitungs- oder Produktionsmaschine mit zumindest einem translatorischen Freiheitsgrad, der mittels eines solchen Linearführungssystems realisiert ist (Bestückungsautomat, Werkzeugmaschine, Fräsmaschine, etc.), die Betriebsbereitschaft der Einrichtung auch dann, wenn sich Parallelitätsabweichungen im laufenden Betrieb ergeben. Zudem ist eine Fertigung von Führungselementen, bei denen es nicht mehr in dem bisherigen Maße auf eine exakte Geradheit ankommt, weniger aufwändig, so dass zum Beispiel auch eine Verwendung kaltgezogener Rundstäbe als Führungselemente in Betracht kommt. Schließlich erlaubt der hier vorgestellte Ansatz auch eine Montage des Linearführungssystems auf unbearbeiteten Flächen, denn sich dabei beinahe zwangsläufig ergebende Parallelitätsabweichungen werden mittels des Linearführungssystems ausgeglichen, sofern sich die Parallelitätsabweichungen innerhalb gewisser Grenzen halten.
Ein Linearführungssystem der hier und im Folgenden beschriebenen Art reduziert also den Montage- und Wartungsaufwand und damit die Kosten. Zudem eröffnet ein solches Linearführungssystem aufgrund der Möglichkeit, „Kurven in alle Richtungen zu fahren“, neue Konstruktionsspielräume.
Im Folgenden werden – im Interesse einer besseren Lesbarkeit der nachfolgenden Beschreibung – solche Parallelitäts- und/oder Geradheitsabweichungen zusammen als Parallelitätsabweichungen bezeichnet, zumal eine abschnittsweise Geradheitsabweichung eines Führungselements in dem betroffenen Abschnitt immer auch zu einer abschnittsweisen Parallelitätsabweichung führt.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Bei einer Ausführungsform eines Linearführungssystems mit zwei entlang jeweils eines Führungselements translatorisch beweglichen Führungswagen fungieren als Mittel zum Toleranzausgleich zwei in oder an zumindest einem der beiden Führungswagen jeweils sphärisch gelagerte Führungseinheiten. Die beiden Führungseinheiten umgreifen das jeweilige Führungselement oder greifen an dem jeweiligen Führungselement an. Aufgrund der sphärischen Lagerung in dem Führungswagen kann sich jede Führungseinheit an den jeweils erfassten Verlauf des Führungselements anpassen. Ein Durchfahren von „Kurven“ – also ein Abfahren von Geradheitsabweichungen des jeweiligen Führungselements – wird auf diese Weise in allen Richtungen möglich. Als erfasster Verlauf des Führungselements gilt dabei derjenige Abschnitt des Führungselements, an dem die Führungseinheit angreift. Weil in dem Führungswagen die beiden dort zum Angriff an dem Führungselement vorgesehenen Führungseinheiten einzeln, also unabhängig voneinander, sphärisch gelagert sind, wird ein Verkanten des Führungswagens an dem Führungselement aufgrund von Parallelitätsabweichungen sicher vermieden.
Zur unabhängigen sphärischen Lagerung der beiden Führungseinheiten eines Führungswagens kommt eine Wälzlagerung oder Gleitlagerung in Betracht. Beide Lagerungsarten gewährleisten die gewünschte Beweglichkeit jeder Führungseinheit. Zudem sind Wälzlager und Gleitlager wartungs- und reibungsarm und im Bedarfsfall auch von wenig geschultem Personal leicht zu reinigen und/oder ggf. zu schmieren.
Bei einer besonderen Ausführungsform eines Linearführungssystems mit zwei entlang jeweils eines Führungselements translatorisch beweglichen Führungswagen weist dieses alternativ oder zusätzlich als Mittel zum Toleranzausgleich an zumindest einem Führungswagen eine sphärisch gelagerte Ausgleichseinheit auf.
Auch für die sphärische Lagerung der oder jeder Ausgleichseinheit kommen eine Wälzlagerung oder eine Gleitlagerung – mit den oben skizzierten Vorteilen – in Betracht. Wenn das Linearführungssystem an zumindest einem Führungswagen die beiden bereits erwähnten Führungseinheiten und zusätzlich an zumindest einem Führungswagen eine sphärisch gelagerte Ausgleichseinheit aufweist, wirken die Führungseinheiten in axialer Richtung der Führungselemente und die Ausgleichseinheit senkrecht zu den Führungselementen.
Die Verwendung des hier und im Folgenden beschriebenen Linearführungssystems kommt speziell auch bei einer Bearbeitungs- oder Produktionsmaschine mit zumindest einem translatorischen Freiheitsgrad in Betracht, indem ein translatorischer Freiheitsgrad mittels zumindest eines solchen Linearführungssystems realisiert ist.
Die mit der Anmeldung eingereichten Ansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes. Da speziell die Gegenstände der Unteransprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unabhängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, diese oder noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarte Merkmalskombinationen zum Gegenstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung durchaus auch Änderungen und Modifikationen möglich, spezielle solche Varianten und Kombinationen, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten führen.
Es zeigen
1 ein Linearführungssystem mit zwei Führungselementen und zwei entlang der Führungselemente beweglichen Führungswagen sowie Mitteln zum Toleranzausgleich im Falle von Geradheits- und/oder Parallelitätsabweichungen der Führungselemente,
2 einen Führungswagen des Linearführungssystems gemäß 1 mit davon umfassten und mittels Wälzkörpern sphärisch gelagerten und an dem jeweiligen Führungselement angreifenden Führungseinheiten,
3 zwei Führungseinheiten gemäß 2 in einer isometrischen Darstellung im Eingriff mit einem Führungselement,
4 eine im Vergleich zur der Ausführung gemäß 2 alternative Ausführungsform eines Führungswagens mit sphärisch gelagerten und an dem jeweiligen Führungselement angreifenden Führungseinheiten,
5 einen Führungswagen mit einer mittels Wälzkörpern sphärisch gelagerten Ausgleichseinheit,
6 eine alternative Ausführungsform eines Führungswagens mit einer sphärisch gelagerten Ausgleichseinheit, wobei an die Stelle der Wälzlagerung eine Gleitlagerung tritt,
7 einen Führungswagen in der Ausführungsform gemäß 2 im Längsschnitt zur Erläuterung einer Verstellbarkeit einer Neigung einer von der Ausgleichseinheit umfassten Befestigungsplatte,
8, 9 und 10 Befestigungseinheiten als alternative Mittel zum Toleranzausgleich im Falle von Parallelitätsabweichungen der Führungselemente eines Linearführungssystems.
Die Darstellung in 1 zeigt eine insgesamt als Linearführungssystem 10 bezeichnete Vorrichtung, wie sie zum Beispiel zur Realisierung einer translatorischen Beweglichkeit eines Maschinenelements oder zur Realisierung eines translatorischen Freiheitsgrads einer Bearbeitungsmaschine, zum Beispiel einem Löt- und/ oder Bestückungsautomat, einer Werkzeugmaschine, insbesondere CNC-Maschine, einer Fräs-, Schleif- oder Poliermaschine, einem Industrieroboter und so weiter in Betracht kommt.
Das Linearführungssystem 10 umfasst zwei Linearführungen in Form jeweils eines Führungselements 12, 14 und eines entlang des Führungselements 12, 14 translatorisch beweglichen Führungswagens 16, 18. Die beiden Führungswagen 16, 18 sind mittels eines zu bewegenden Elements verbunden, das im Folgenden kurz, aber ohne Verzicht auf eine weitergehende Allgemeingültigkeit, als Träger 20 bezeichnet wird. Eine der Oberflächen jeweils eines Führungswagens 16, 18 fungiert dabei als Anbringungsort des Trägers 20. Bekannte Linear- oder Wellenführungen umfassen bekanntlich als Führungselemente 12, 14 eine Stahlwelle oder dergleichen und eine Einheit aus einem oder mehreren Linearkugellagern oder Lineargleitlagern, die in ein entsprechendes Gehäuse eingebaut sind und dann als Ganzes – nämlich als Führungswagen 16, 18 – entlang der Welle geführt werden können.
Die dargestellten Abmessungsverhältnisse sind ausschließlich beispielhaft und keinesfalls einschränkend zu verstehen. So kann die Längserstreckung der Führungselemente 12, 14 deutlich größer als die Längserstreckung des Trägers 20 sein. Genauso kann die Längserstreckung des Trägers 20 deutlich größer als die Längserstreckung der Führungselemente 12, 14 sein. Ein im Verhältnis zur Länge der Führungselemente 12, 14 vergleichsweise kurzer Träger 20 kommt zum Beispiel dann zur Anwendung, wenn – zum Beispiel bei einem Portalroboter mit zwei parallelen Portalen – zwei oder mehr Linearführungssysteme 10 der hier beschriebenen Art, nämlich zumindest jeweils eines an jedem Portal, Verwendung finden. Die Linearführungssysteme 10 werden dann mittels eines weiteren, von einem Portal zum anderen Portal reichenden Verbindungselements verbunden. Ein längerer Träger 20 kommt dann zur Anwendung, wenn – zum Beispiel bei einem Bestückungsautomaten – die mechanische Steifigkeit genau eines Führungselements 12, 14 auf beiden Seiten des Trägers 20 im Hinblick auf die zu erwartenden mechanischen Belastungen ausreicht. An dem Träger 20 kann sich ein weiteres Linearführungssystem 10 der hier beschriebenen Art befinden, um eine weitere translatorische Bewegungsmöglichkeit senkrecht zu der mittels des ersten Linearführungssystems 10 erreichten translatorischen Bewegungsmöglichkeit zu realisieren. Auf die konkreten Dimensionen und Abmessungen des Linearführungssystems 10 kommt es jedenfalls im Folgenden nicht an, so dass sich die hier vorgelegte Beschreibung auf alle sinnvollen und technisch möglichen Dimensionen und Abmessungen bezieht.
Als Führungselemente 12, 14 sind bei der in 1 dargestellten Ausführungsform zwei Rundstäbe gezeigt. Grundsätzlich kommen als Führungselemente 12, 14 auch andere Wellenformen, also Wellen mit einem konvexen polygonalen Querschnitt oder Schienen mit einem formschlüssig kontaktierbaren Profil, in Betracht. Obwohl dies hier so gezeigt ist und dies eine mögliche und gegebenenfalls sogar bevorzugte Ausführungsform darstellt, ist nicht notwendig erforderlich, dass beide Führungselemente 12, 14 dieselbe Geometrie aufweisen. Die Führungselemente 12, 14 werden von Halterungen 22, 23, 24, 25 getragen, die sich jeweils auf einer Unterkonstruktion 28 befinden.
Damit eine Bewegung der Führungswagen 16, 18 und damit eine Bewegung des Trägers 20 und schließlich eine Bewegung der oder jeder Vorrichtung, die mittelbar oder unmittelbar an dem Träger 20 angebracht ist, zum Beispiel eine Werkzeugaufnahme einer Bearbeitungsmaschine, entlang der kompletten Längserstreckung der Führungselemente 12, 14 möglich ist, ist es erforderlich, dass jedes Führungselement 12, 14 gerade ist und die beiden Führungselemente 12, 14 zueinander parallel verlaufen. Dies ist in der Praxis mitunter schwer zu erreichen und erfordert eine exakte Fertigung der Führungselemente 12, 14 in Bezug auf deren Geradheit sowie eine exakte Anbringung und Ausrichtung der Führungselemente 12, 14 in Bezug auf die Parallelität beider Führungselemente 12, 14. Fehler in dieser Hinsicht werden hier zusammenfassend als Parallelitätsabweichungen bezeichnet und können sich auch im Betrieb einer Einrichtung mit einem Linearführungssystem 10 aufgrund von thermischen und/oder mechanischen Belastungen und/oder Verschleiß ergeben.
Zumindest einer der Führungswagen 16, 18 oder beide Führungswagen 16, 18 – erster Führungswagen 16; zweiter Führungswagen 18 – des Linearführungssystems 10 weist bzw. weisen Mittel auf, die im Falle von Parallelitätsabweichungen der beiden Führungselemente 12, 14 zum Toleranzausgleich wirksam sind. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der zweite Führungswagen 18 zusätzlich, aber in grundsätzlich optionaler Art und Weise, eine Ausgleichseinheit 30 auf.
Die Darstellung in 2 zeigt einen der Führungswagen 16, 18 – hier den ersten Führungswagen 16 – im Längsschnitt, also mit einer Schnittebene parallel zur Längserstreckung desjenigen Führungselements 12, an dem der Führungswagen 16 angreift. Optional ist der zweite Führungswagen 18 im Inneren genau wie der erste Führungswagen 16 aufgebaut.
Der dargestellte Führungswagen 16 weist in seinem Inneren Lagerflächen zur unabhängigen sphärischen Lagerung von zwei an dem jeweiligen Führungselement 12 angreifenden Führungseinheiten 32, 34 auf. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei den Lagerflächen um zwei im Inneren des Führungswagens 16 gebildete kugelförmige Hohlräume. Weil eine vollständige Drehung der Führungseinheiten 32, 34 nicht erforderlich und wegen deren Angriffs an dem jeweiligen Führungselement 12 auch gar nicht möglich ist, sind zur hier benötigten sphärischen Lagerung Hohlräume entsprechend einer symmetrischen Kugelschicht ausreichend. Zum Einsetzen der Führungseinheiten 32, 34 in den Führungswagen 16 ist dieser hier zumindest dreiteilig ausgeführt, so dass ein Mittelteil 36 auf beiden Seiten durch jeweils ein Seitenteil 38, 40 abgeschlossen ist und jede Führungseinheit 32, 34 mit dem Anbringen eines Seitenteils 38, 40 am Mittelteil 36 im Inneren des Führungswagens 16 sphärisch beweglich fixiert ist.
Der Kontakt jeder Führungseinheit 32, 34 mit der Lagerfläche im Inneren des Führungswagens 16 erfolgt mittels in der Außenoberfläche der Führungseinheit 32, 34 eingelassener Wälzkörper, insbesondere frei drehbarer Kugeln 42 (2). Auch zum Kontakt mit dem jeweiligen Führungselement 12 sind Wälzkörper, insbesondere Wälzkörper in Form frei drehbarer Kugeln 44, vorgesehen. Die Wälzlagerung in Bezug auf die Lagerfläche im Inneren des Führungswagens 16 erfolgt mit Kugeln 42 in zwei parallelen Rollenbahnen. Die Wälzlagerung in Bezug auf das Führungselement 12 erfolgt mit Kugeln 44 in einer mittig in jeder Führungseinheit 32, 34 angeordneten Rollenbahn. Indem sich eine Lauffläche dieser Kugeln 44 im Bereich einer Symmetrieachse der jeweiligen Führungseinheit 32, 34 befindet und die zum Führungselement 12 gewandte Innenoberfläche jeder Führungseinheit 32, 34 von der Außenoberfläche des Führungselements 12 zurücktritt und einen gewissen Spalt zwischen Führungselement 12 und der jeweiligen Führungseinheit 32, 34 freilässt, erlaubt bereits diese Anordnung einen Toleranzausgleich im Falle von Geradheitsabweichungen des Führungselements 12.
Die Darstellung in 3 zeigt zwei Führungseinheiten 32, 34 entsprechend der Ausführungsform gemäß 2 an einem stabförmigen Führungselement 12. Die als Wälzkörper zur sphärischen Lagerung der Führungseinheiten 32, 34 fungierenden Kugeln 42 (nur einzelne bezeichnet) befinden sich – wie erwähnt – bei jeder Führungseinheit 32, 34 in zwei parallel angeordneten Rollenbahnen.
Die Darstellung in 4 zeigt eine Ausführungsform eines Führungswagens 16, bei der keine Wälzkörper zum Einsatz kommen und die Außenoberflächen oder zumindest die mit den Lagerflächen im Inneren des Führungswagens 16 in Kontakt kommenden Außenoberflächen der Führungseinheiten 32, 34 aus einem Gleitlagerwerkstoff gefertigt oder mit einem solchen beschichtet sind. Soweit die Führungseinheit 32, 34 an dem Führungselement 12 angreift, ergibt sich die dortige Gleitlagerung mittels eines in der Führungseinheit 32, 34 ausgearbeiteten, stegförmigen Innenführungsrings 46, der gleichfalls aus einem Gleitlagerwerkstoff gefertigt oder mit einem solchen beschichtet ist. Optional kann die gesamte Führungseinheit 32, 34 aus einem Gleitlagerwerkstoff gefertigt sein.
Die in 2 gezeigte Wälzlagerung und die in 4 gezeigte Gleitlagerung sind grundsätzlich auch kombinierbar, zum Beispiel derart, dass die Lagerung in den Lagerflächen im Inneren des Führungswagens 16 mittels Wälzlagerung und die Lagerung an dem Führungselement 12 mittels Gleitlagerung erfolgt und umgekehrt.
Durch die auf diese Weise (Ausführungsformen gemäß 2 bis 4) erreichte freie Beweglichkeit der Führungseinheiten 32, 34 ist es zulässig, dass das Führungselement 12 eine oder mehrere Biegungen in alle Richtungen (Geradheitsabweichungen) aufweisen darf und somit eine Kurvengängigkeit jeder einzelnen Linearführung 12, 16; 14, 18 gewährleistet ist. Die von zumindest einem Führungswagen 16 des Linearführungssystems 10 umfassten Führungseinheiten 32, 34 sind dementsprechend ein Beispiel für Mittel des Linearführungssystems 10, die zur Kompensation von Geradheitsabweichungen des jeweiligen Führungselements 12, 14 in einer ersten Ebene und einer weiteren Ebene bestimmt und eingerichtet sind. Eine Geradheitsabweichung in einer ersten Ebene ist dabei zum Beispiel eine Geradheitsabweichung in einer zur Unterkonstruktion 28 parallelen Ebene. Eine – ebenfalls kompensierbare – Geradheitsabweichung in einer weiteren Ebene ist dabei zum Beispiel eine Geradheitsabweichung in einer auf der ersten Ebene senkrecht stehenden Ebene. Indem Geradheitsabweichungen in zwei derartig zueinander orientierten Ebenen kompensierbar sind, sind auch Geradheitsabweichungen in allen anderen Ebenen kompensierbar. Darauf basiert die mit dem hier vorgestellten Ansatz erreichte Kurvengängigkeit in alle Richtungen.
Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform des Linearführungssystems 10 ist auf Seiten des zweiten Führungswagens 18 der Träger 20 mittels einer Ausgleichseinheit 30 mit dem Führungswagen 18 verbunden. Die Ausgleichseinheit 30 ist ein weiteres von dem Linearführungssystem 10 umfasstes Mittel zum Toleranzausgleich. Wenn eine Ausgleichseinheit 30 nicht vorhanden ist, kommt in Betracht, die Verbindung des Trägers 20 mit den Führungswagen 16, 18 zumindest einseitig mit parallel zur Längserstreckung des Trägers 20 orientierten Langlöchern oder – vergleichbar, aber in alle Richtungen wirkend – mit größeren Bohrungen zu realisieren.
Als Basis für die Erläuterung einer möglichen Realisierung einer Ausgleichseinheit 30 zeigen die Darstellung in 5 und 6 einen Schnitt durch den zweiten Führungswagen 18 quer zur Längserstreckung des Führungselements 14. Die Ausgleichseinheit 30 ist sphärisch am Gehäuse des Führungswagens 18 gelagert. Dafür umfasst die Ausgleichseinheit 30 zwei Lagerpfannen 48 mit einer Innenkontur in Form zweier kugelsegmentförmiger Ausschnitte aus einem Kugelring. Der Mittelpunkt der zu dem Kugelring gehörigen Kugel liegt auf der Mittelachse des Führungselements 12. Zur sphärischen Lagerung der Ausgleichseinheit 30 umschließen die Lagerpfannen 48 beidseitig außen am Gehäuse des Führungswagens 18 angebrachte, frei drehbare Kugeln 50 (5; Wälzlagerung) oder beidseitig außen am Gehäuse des Führungswagens 18 angebrachte kugelsegmentförmige Gleitflächen 52 (6; Gleitlagerung).
Die sphärische Lagerung der Ausgleichseinheit 30 ermöglich eine (begrenzte) Drehbarkeit der Ausgleichseinheit 30 um drei Achsen, nämlich eine Drehung um eine durch die Längserstreckung des Führungselements 14 definierte erste Achse (Rollen), eine Drehung um eine quer zur Längserstreckung des Führungselements 14 verlaufende zweite Achse (Nicken) sowie eine Drehung um eine auf der ersten und zweiten Achse senkrecht stehenden Hochachse (Gieren). Die begrenzte rotatorische Beweglichkeit rührt von der quaderförmigen Außenkontur des Führungswagens 18 und der ebenfalls quaderförmigen Innenkontur der Ausgleichseinheit 30 her. Die Kanten des Führungswagens 18 fungieren also als Anschlag für die rotatorische Beweglichkeit der Ausgleichseinheit 30.
Die Ausgleichseinheit 30 schließt auf ihrer Oberseite mit einer zur Anbringung des Trägers 20 (1) bestimmten Befestigungsplatte 54 ab. Die Befestigungsplatte 54 ist um eine parallel zur Längserstreckung des Führungselements 14 und mittig durch die Befestigungsplatte 54 laufende Drehachse drehbar. Dies erlaubt eine Anpassung der Neigung der Befestigungsplatte 54 an eine eventuelle Drehung der Ausgleichseinheit 30 um die durch die Längserstreckung des Führungselements 14 definierte erste Achse.
Zur Veranschaulichung zeigt die Darstellung in 7 den zweiten Führungswagen 18 in einer Schnittdarstellung mit einer Schnittebene entlang der Längserstreckung des Führungselements 14. In der Darstellung sind auch die bereits erläuterten zumindest drei Teile (Seitenteil 38, Mittelteil 36, Seitenteil 40) des Führungswagens 18 und die im Führungswagen 18 – hier mittels Wälzkörpern – sphärisch gelagerten Führungseinheiten 32, 34 erkennbar. Erkennbar ist aber auch, dass die Befestigungsplatte 54 mit ihrer nach oben gewandten Oberfläche über die sonstige Oberkante der Ausgleichseinheit 30 hinausragt, so dass auch mit einem an der Befestigungsplatte 54 angebrachten Träger 20 unterschiedliche Neigungen der Befestigungsplatte 54 um die hier mittels zweier Schrauben 56 realisierte Drehachse möglich werden.
Der Führungswagen 18 kann sich aufgrund der beschriebenen Beweglichkeit der Ausgleichseinheit 30 und der Befestigungsplatte 54 quasi unter dem an der Befestigungsplatte 54 angreifenden starren Träger 20 drehen. Im Falle eines Parallelitätsfehlers der Führungselemente 12, 14 ermöglicht dies eine freie Beweglichkeit der Führungswagen 16, 18 entlang der Führungselemente 12, 14 und vermeidet die Gefahr eines Verklemmens der Führungswagen 16, 18 an den Führungselementen 12, 14. Bei einem Parallelitätsfehler in einer Ebene, wenn also die Führungselemente 12, 14 parallel zur Ebene der Unterkonstruktion 28 oder einer sonstigen Umgebungskonstruktion angebracht sind, aber zum Beispiel auseinanderstreben, neigt sich der Führungswagen 18 mit der Ausgleichseinheit 30 in Richtung auf den anderen Führungswagen 16 und die Befestigungsplatte 54 gleicht diese Schiefstellung in Relation zu dem starren Träger 20 und dessen starrer Anbringung am anderen Führungswagen 16 aus. Optional umfasst das Linearführungssystem 10 (1) an beiden Führungswagen 16, 18 – oder bei mehr als zwei Führungswagen 16, 18 an jedem Führungswagen – eine Ausgleichseinheit mit einer in ihrer Neigung verstellbaren Befestigungsplatte 54.
Alternativ kann ein Linearführungssystem mit Toleranzausgleich auch mit üblichen Linearführungen – also ohne sphärisch gelagerte Führungseinheiten 32, 34 im Führungswagen 16, 18 – sowie zwei zum Toleranzausgleich vorgesehenen Befestigungseinheiten 60, 62 (8; 9, 10) zur Anbringung eines Trägers 20 (1) realisiert werden. Auf der einen Seite eines solchen Linearführungssystems ist an einem dortigen Führungswagen als Befestigungseinheit 60 eine Grundplatte angebracht, wie sie exemplarisch in 8 dargestellt ist. Diese ist um eine parallel zum dortigen Führungselement 12 ausgerichtete zentrale Achse in ihrer Neigung verstellbar. Auf der anderen Seite fungiert eine am dortigen Führungswagen sphärisch gelagerte Vorrichtung entsprechend der zuvor beschriebenen Ausgleichseinheit 30 (5 bis 7) als Befestigungseinheit 62, so dass auf die diesbezüglichen vorangehenden Ausführungen verwiesen werden kann. Die Darstellung in 9 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer solchen Befestigungseinheit 62 und die Darstellung in 10 zeigt einen Schnitt durch die Befestigungseinheit 62. Die erste Befestigungseinheit 60 fungiert gewissermaßen als Neigungseinheit und wirkt mit der zweiten Befestigungseinheit 62 zusammen, die wie die zuvor beschriebene Ausgleichseinheit 30 fungiert.
Die beiden Befestigungseinheiten 60, 62 weisen jeweils eine Aufnahme 64, 66 zur Anbringung an dem jeweiligen Führungswagen auf. Die beiden Befestigungseinheiten 60, 62 oder zwei gleiche Befestigungseinheiten 62 der in 9, 10 dargestellten Art an beiden Führungswagen oder an jedem Führungswagen sind demnach ebenfalls im Sinne der hier verwendeten Terminologie Mittel zum Toleranzausgleich innerhalb eines Linearführungssystems im Falle von Parallelitätsabweichungen der Führungselemente 12, 14. Ein bestehendes Linearführungssystem kann mittels zweier Befestigungseinheiten 60, 62 – also einer Neigungseinheit und einer Ausgleichseinheit 30 oder zweier Ausgleichseinheiten 30 – leicht nachgerüstet werden, so dass sich ein Linearführungssystem mit Toleranzausgleich ergibt.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereichten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammenfassen: Angegeben wird ein Linearführungssystem 10 mit einem Toleranzausgleich im Falle von Parallelitätsabweichungen, nämlich ein Linearführungssystem 10 mit zwei entlang jeweils eines Führungselements 12, 14 translatorisch beweglichen Führungswagen 16, 18, wobei zumindest einer der Führungswagen 16, 18 Mittel 30; 32, 34; 52; 60, 62 zum Ausgleich von Parallelitätsabweichungen (Toleranzausgleich) umfasst.
Bezugszeichenliste

10: Linearführungssystem
12, 14: Führungselement
16, 18: Führungswagen
20: Träger
22–25: Halterung
28: Unterkonstruktion
30: Ausgleichseinheit
32: (sphärisch gelagerte) Führungseinheit
34: (sphärisch gelagerte) Führungseinheit
36: Mittelteil (eines Führungswagens)
38, 40: Seitenteil (eines Führungswagens)
42: Kugel
44: Kugel
46: Innenführungsring
48: Lagerpfanne
50: Kugel
52: Gleitfläche
54: Befestigungsplatte
56: Schraube
58: (frei)
60: Befestigungseinheit
62: Befestigungseinheit
64: Aufnahme (zur Anbringung der Befestigungseinheit am Führungswagen)
66: Aufnahme (zur Anbringung der Befestigungseinheit am Führungswagen)

Claims

Linearführungssystem (10) mit zwei entlang jeweils eines Führungselements (12, 14) translatorisch beweglichen Führungswagen (16, 18), wobei zumindest einer der Führungswagen (16, 18) Mittel (30; 32, 34; 52; 60, 62) zum Toleranzausgleich umfasst.
Linearführungssystem (10) nach Anspruch 1, wobei das oder die Mittel (30; 32, 34; 52) zum Toleranzausgleich zur Kompensation von Geradheitsabweichungen des jeweiligen Führungselements (12, 14) in einer ersten Ebene und einer weiteren Ebene bestimmt und eingerichtet sind.
Linearführungssystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei als Mittel zum Toleranzausgleich zwei in oder an einem Führungswagen (16, 18) jeweils sphärisch gelagerte Führungseinheiten (32, 34) fungieren.
Linearführungssystem (10) nach Anspruch 3, wobei der oder jeder Führungswagen (16, 18) zur sphärischen Lagerung der beiden Führungseinheiten (32, 34) zwei in seinem Inneren gebildete kugelförmige Hohlräume oder Hohlräume entsprechend einer symmetrischen Kugelschicht aufweist.
Linearführungssystem (10) nach Anspruch 4, wobei der oder jeder Führungswagen (16, 18) zumindest dreiteilig mit einem Mittelteil (36) und zwei das Mittelteil (36) beidseitig abdeckenden Seitenteilen (38, 40) ausgeführt ist und wobei die beiden Seitenteile (38, 40) in einer am Mittelteil (36) angebrachten Konfiguration die beiden Führungseinheiten (32, 34) in einer sphärischen Lagerung im Inneren des Führungswagens (16, 18) fixieren.
Linearführungssystem (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die beiden in oder an dem oder jedem Führungswagen (16, 18) angeordneten Führungseinheiten (32, 34) mittels Wälzlagerung oder Gleitlagerung sphärisch gelagert sind.
Linearführungssystem (10) nach Anspruch 6, wobei die Wälzlagerung oder die Gleitlagerung mittig in der jeweiligen Führungseinheit (32, 34) angeordnete Wälzkörper (44) oder Gleichflächen (46) aufweist.
Linearführungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei als Mittel zum Toleranzausgleich zumindest ein Führungswagen (16, 18) eine sphärisch gelagerte Ausgleichseinheit (30) aufweist.
Linearführungssystem (10) nach Anspruch 8, wobei die Ausgleichseinheit (30) mittels Wälzlagerung oder Gleitlagerung sphärisch gelagert ist.
Linearführungssystem (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Ausgleichseinheit (30) eine um eine parallel zur Längserstreckung des jeweiligen Führungselements (12, 14) verlaufende Drehachse in ihrer Neigung verstellbare Befestigungsplatte (54) umfasst.
Linearführungssystem (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Rundstab, insbesondere einem kaltgezogenen Rundstab, oder einer Profilschiene als Führungselement (12, 14).
Linearführungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Linearführungssystem (10) als Mittel zum Ausgleich von Parallelitäts- und/oder Geradheitsabweichungen zweier Führungselemente (12, 14) fungiert.
Bearbeitungs- oder Produktionsmaschine mit zumindest einem translatorischen Freiheitsgrad, wobei ein translatorischer Freiheitsgrad mittels zumindest eines Linearführungssystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 realisiert ist.