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Die Erfindung betrifft allgemein ein Gleitlager zur Führung an einer Schiene, insbesondere an einer Doppel-Führungsschiene, eine Gleitführung mit einem solchen Gleitlager und ein Gleitlagerelement hierfür.
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Die Erfindung betrifft insbesondere eine schmiermittelfreie Führung mittels Gleitelementen aus technischem Kunststoff.
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Aus dem Stand der Technik sind Lineargleitführungen bekannt. Das Patent
EP 1 379 791 B1 z.B. offenbart ein schmierfreies Gleitlager zur Führung an einer geradlinig bzw. linear verlaufenden Doppelführungsschiene, mit einem Schienenkörper und an jeder Längsseite einem ausgeprägten Führungsprofil. Der Schienenverlauf gibt hierbei die Laufrichtung der Führung vor. Dieses Gleitlager hat einen Schlitten mit mehreren Lageraufnahmen, wobei jede eine Durchgangsöffnung und ein Gleitelement aufweist, das in der Durchgangsöffnung angeordnet ist. Jedes Gleitelement hat eine durchgehende Gleitöffnung für das entsprechende Führungsprofil. Die Gleitöffnung ist in Bezug auf eine Gleitachse, die näherungsweise der Laufrichtung entspricht, zylindrisch gestaltet mit einem polygonförmigen Querschnitt senkrecht zur Laufrichtung. Mehrere zur Gleitachse parallele Innenflächen der Gleitöffnung in dem Gleitelement können dabei als Gleitflächen mit dem Führungsprofil zusammenwirken und halten das Gleitlager im Betrieb gegen Kräfte senkrecht zur jeweiligen Innenfläche.
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Das Gleitlager gemäß
EP 1 379 791 B1 wird als nächstliegender Stand der Technik angesehen.
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Eine vergleichbare Anordnung ist aus dem Gebrauchsmuster
DE 20 2004 016 094 U1 vorbekannt, wobei der Querschnitt der Gleitöffnungen im Gleitelement hier jeweils etwa quadratisch ist.
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Diese bekannten Gleitlager und Gleitführungen haben sich zum Führen gegenüber geradlinig verlaufenden Schienen, d.h. zum Einsatz in Linearführungen bewährt.
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Zur Führung an Kurvenschienen mit gekrümmtem Verlauf sind aus dem Stand der Technik sogenannte Laufrollenführungen bekannt. Laufrollenführungen können so ausgeführt werden, dass ein Schlitten neben einer rein linearen Führung auch entlang einer oder mehrerer durch die Schiene definierten Kurven geführt werden kann, wobei der gekrümmte Verlauf typisch in einer Ebene liegt.
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Laufrollenführungen sind nach dem Prinzip von Wälzlagerführungen ausgeführt und haben gegenüber Gleitlagerführungen u.a. nicht den Vorteil, schmiermittelfrei (schmierfrei) und kostengünstig herstellbar zu sein.
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Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt mithin darin, ein Gleitlager, eine Gleitführung und ein Gleitelement vorzuschlagen, die eine Kurvenführung ermöglichen und/oder gegenüber einem gewollt oder ungewollt ungeraden Schienenverlauf tolerant sind. Der Kurvenverlauf kann zunächst einfach gekrümmt sein, insbesondere wenn die Schiene insgesamt in einer Ebene verläuft. Hierbei kann ein Kurvenverlauf mit vorbestimmter Krümmung insbesondere im Sinne einer Kurvenführung gewollt sein.
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Gemäß einer weiteren Aufgabe soll eine Lösung für einen mehrfach gekrümmten Schienenverlauf geboten werden.
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Erfindungsgemäß wird die erste Aufgabe mit einem gattungsgemäßen Gleitlager nach dem Oberbegriff aus Anspruch 1 dadurch gelöst, dass jedes Gleitelement jeweils drehbar in der entsprechenden Lageraufnahme gelagert ist, nämlich um mindestens eine Hauptachse drehbar, die in einer Ebene senkrecht zur Gleitachse der Gleitöffnung des Gleitelements liegt. Diese Ebene entspricht bei geradem Schienenverlauf der Ebene senkrecht zur Laufrichtung.
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Durch diesen zusätzlichen Freiheitsgrad kann das Gleitlager an einer Kurvenschiene führen, die eine Krümmung senkrecht zur geradlinigen Längserstreckung aufweist. Je nach Wahl der einen oder mehreren Drehachse(n), um welche die Gleitelemente drehbar in der Lageraufnahme angeordnet sind, ist insbesondere eine Krümmung bzw. Biegung um eine zur geraden Laufrichtung (hier x-Richtung, bzw. Abszissenachse eines kartesischen Koordinatensystems) vertikalen Krümmungsachse (z-Richtung) oder eine Krümmung bzw. Biegung um eine zur geraden Laufrichtung (x-Richtung) horizontalen Krümmungsachse (y-Richtung) möglich. Die horizontale Krümmungsachse kann bei einer Doppelschiene parallel zur Ebene der Führungsprofile bzw. zur Befestigungsebene des Schienenkörpers liegen. Bei einfacher Krümmung verläuft die Kurvenschiene in einer Ebene.
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Die Kurvenschiene kann uneben verlaufen bzw. mehrfach gekrümmt bzw. gebogen sein, z.B. sowohl um eine vertikale (z-Richtung) als auch um eine horizontale Krümmungsachse (y-Richtung). Hierzu ist – zur Lösung der zweiten vorgenannten Aufgabe – jedes Gleitelement insbesondere jeweils um zwei Achsen drehbar bzw. zur Rotation um zwei Achsen in der entsprechenden Lageraufnahme gelagert, insbesondere um zwei Hauptachsen in der Ebene senkrecht zur Gleitachse, die vorzugsweise senkrecht zueinander stehen. Die Krümmungsachsen und damit die Drehachsen der Gleitelemente stehen vorzugsweise jedoch nicht zwingend senkrecht zueinander.
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Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die inhärenten Gleitlagereigenschaften der Gleitelemente nunmehr nicht nur an deren Innenflächen zur Zusammenwirkung mit dem Führungsprofil genutzt werden, sondern zugleich für die einfach drehbare, vorzugsweise mehrfach drehbare Lagerung des Gleitelements selbst in Zusammenwirkung mit dessen Lageraufnahme. Die Lageraufnahme kann somit auch unbeweglich am entsprechenden Bauteil befestigt sein. Neben der entsprechenden Formgebung für die Durchgangsöffnung der Lageraufnahme, in welcher das Gleitelement angeordnet ist, insbesondere unverlierbar aufgenommen ist, und der Formgebung der Außenfläche des Gleitelements sind keine zusätzlichen Bauteile zur Realisierung der Drehlagerung der Gleitelemente erforderlich, insbesondere keine zusätzlichen Gelenke, Lager oder dgl.
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Die Erfindung ist hierbei unabhängig von den verschiedenen gängigen Querschnitten der Führungsprofile, die z.B. kreisrund, rechteckig oder polygonal sein können. Dementsprechend ist im Gleitelement die Gleitöffnung in Bezug auf eine Gleitachse, welche im Wesentlichen der Laufrichtung entspricht, im geometrischen Sinne zylindrisch gestaltet. Die Gleitöffnung kann insbesondere kreiszylindrisch oder quaderförmig sein. Es ist stets mindestens eine zu der Gleitachse parallele Innenfläche in der Gleitöffnung vorhanden, welche plan oder zylindrisch verläuft und im fertiggestellten Zustand gleitend mit dem Führungsprofil zusammenwirkt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gleitlager zur Führung an einer Doppelführungsschiene mit zwei Führungsprofilen gestaltet. In dieser Ausführungsform kann der Schlitten mindestens drei Lageraufnahmen aufweisen, wobei mindestens eine Lageraufnahme quer zur Laufrichtung, d.h. zur Richtung welche der Schienenverlauf vorgibt, verschiebbar gelagert ist. Mit anderen Worten, diese mindestens eine Lageraufnahme bildet ein Loslager zur Führung an einem Führungsprofil. Es können zwei weitere Lageraufnahmen Festlager zur Führung an dem anderen Führungsprofil bilden, oder es sind zwei Loslager und ein Festlager vorgesehen. Loslager und Festlager sind hierbei insbesondere nicht an derselben Längsseite der Schiene, sondern jeweils gegenüberliegend angeordnet, d.h. mit Festlagern nur auf einer Seite. Diese Bauweise eignet sich insbesondere für Biegung bzw. Krümmung der Schiene um die vertikale Krümmungsachse (z-Richtung).
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In einer Ausführungsform hat der Schlitten vier Lageraufnahmen, die in zwei parallel beabstandeten Paaren mit gegenüberliegenden Gleitelementen vorgesehen sind, wobei beide Lageraufnahmen, die an einer Seite zur Führung an dem einen Führungsprofil vorgesehen sind, als Loslager quer zur Laufrichtung verschiebbar gelagert sind und die beiden Lageraufnahmen, welche an der gegenüberliegenden Seite zur Führung an dem anderen Führungsprofil vorgesehen sind, als Festlager ortsfest in Bezug auf den Schlitten, insbesondere am Schlitten befestigt sind. Diese Anordnung erlaubt es insbesondere, eine mehrfache Krümmung der Schiene aufzunehmen bzw. zu führen.
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Ungeachtet der Lageranordnung ist es vorteilhaft in Bezug auf Ungenauigkeiten im Schienenverlauf, wenn jedes Gleitelement um zwei gegeneinander senkrechte Hauptachsen, die in der Ebene senkrecht zur Gleitachse seiner Gleitöffnung liegen, drehbar in der entsprechenden Lageraufnahme gelagert ist. Die drehbewegliche Lagerung der Gleitelemente in ihrer Lageraufnahe kann insbesondere in Art eines Kugelgelenks realisiert sein. Alternativ wäre jedoch auch eine andere geeignete Gelenkform, z.B. in Art eines Kreuzgelenks möglich.
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Eine drehbewegliche Lagerung der Gleitelemente in Art eines Kugelgelenks erlaubt neben einfacher Herstellung, anhand nur einer Bauart des Schlittens verschiedenste Kurvenverläufe der Schiene, z.B. auch Krümmungen im Raum, zu führen.
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In einer baulich einfachen Weiterbildung für Mehrfachkrümmung, sind die Gleitelemente jeweils kugelkalottenförmig ausgeführt, mit einer um die Gleitachse symmetrischen, sphärischen Außenfläche, die in einer entsprechend konjugierten sphärischen Aufnahmeöffnung der Lageraufnahme kugelgelenkartig gelagert ist. Somit bilden das Gleitelement und dessen Lageraufnahme zwecks Rotation der Gleitachse um mehrere Achsen, insbesondere auch um die beiden eingangs genannten Hauptachsen (z-Richtung und y-Richtung), ein Kugelgelenk. Da die Gleitelemente bevorzugt aus Kunststoff im Spritzgussverfahren hergestellt werden, ist eine entsprechende Formgebung einfach zu erzielen. Die entsprechende Negativform in der Durchgangsöffnung der Lageraufnahme kann z.B. durch spanabhebendes Bearbeiten (engl. machining) eines Metallteils oder durch Zusammensetzen von zwei Gussteilen realisiert werden.
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Im vorliegenden Zusammenhang bedeutet der Begriff „Kugelkalotte“ nicht Kugelhaube im streng geometrischen Sinne, sondern schließt insbesondere eine Kugelschicht – ähnlich einem Kugelring (Engl. napkin ring) – ein, d.h. der Begriff Kugelkalotte umfasst vorliegend eine Kugelzone, die entsteht, wenn zwei zueinander parallele Ebenen eine Kugel schneiden. Die Kugelkalotte kann vorliegend insbesondere die Grundform einer Kugel nach symmetrischer Entfernung von zwei identischen Kugelhauben haben. Im Vergleich zu einem echten Kugelring muss der schneidende Körper keinen Kreiszylinder darstellen und/oder kann vorzugsweise einen kleineren Radius als die Kugeloberfläche haben.
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Bei kugelkalottenförmigen Gleitelementen ist es vorteilhaft, wenn diese eine Abmessung in Richtung der Gleitachse aufweisen, die kleiner oder gleich dem Radius der sphärischen Außenfläche ist und/oder wenn die Gleitelemente an einer Seite für ein Führungsprofil eine Gleitöffnung mit größerem Querschnitt aufweisen, als die Gleitelemente für das andere Führungsprofil.
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Bei einer Biegung der Schiene, z.B. um die Vertikale (z-Richtung), wird eines der beiden Führungsprofile gestaucht, d.h. der Führungsdurchmesser bzw. -querschnitt auf dieser Seite wird größer. Dies kann durch entsprechend größere Innenabmessungen der Gleitöffnung in den Gleitelementen berücksichtigt werden. Soll ein Führungsschlitten möglichst wenig Lagerspiel aufweisen, können hierbei für die Innenund die Außenführungsbahnen Gleitelemente mit unterschiedlichen Innenquerschnitten der Gleitöffnung verwendet werden. Außerdem kann diese Gleitöffnung auch bei jeder Biegerichtung deshalb etwas größer gewählt werden, weil die entsprechend überwiegend linearer Führung gerade verlaufende zylindrische Gleitöffnung des Gleitelements nicht exakt zu einer gekrümmt verlaufenden Kontur der Führungsschiene passt. Dieser Unterschied wird umso größer, je länger das Gleitlager in Laufrichtung baut und/oder je kleiner der Biegeradius der Schiene ist. Daher wird, abweichend von typischen Anforderungen an Gleitlager, bevorzugt ein Gleitelement verwendet, dessen Abmessung in Richtung der Gleitachse verhältnismäßig klein ist, insbesondere kleiner oder gleich der halbem Maximalbreite im Querschnitt bzw. dem Radius der sphärischen Außenfläche.
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In einer alternativen Ausführungsform, insbesondere für ebene Kurvenschienen, hat der Schlitten genau drei Lageraufnahmen, die jeweils in Laufrichtung versetzt oder in zwei Gruppen parallel versetzt sind. Hierbei kann eine erste Lageraufnahme zur Führung an einem der beiden Führungsprofile an einer Seite quer zur Laufrichtung verschiebbar gelagert sein (Loslager) und die beiden weiteren Lageraufnahmen zur Führung an dem anderen Führungsprofil an der gegenüberliegenden Seite sind ortsfest (Festlager), insbesondere am Schlitten befestigt, z.B. verschraubt. Wenn das Loslager in Längsrichtung nicht gegenüber einem Festlager, sondern z.B. mittig zwischen diesen angeordnet ist, ist das Gleitlager mit drei Lagerpunkten nur für eine z-Biegung der Schiene geeignet, weil das Loslager gegen eine y-Biegung sperrt bzw. der entsprechende Freiheitsgrad fehlt. Eine Ausführung mit nur einem Loslager ist für eine y-Biegung jedoch geeignet, wenn das Loslager gegenüber einem der beiden Festlager positioniert ist. Der Vorteil von einer Ausführung mit nur drei Lageraufnahmen bzw. Gleitelementen liegt in geringeren Kosten bzw. bei geeigneter Anordnung der Lageraufnahmen in einer erhöhten Unempfindlichkeit gegenüber tordierten Schienen. Tordierung kann gewollt sein, aufgrund von fertigungstechnischer Ungenauigkeit oder durch Beanspruchung im Betrieb erst auftreten.
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In einer Weiterbildung zur kostengünstigen Herstellung des Schlittens hat der Schlitten eine Lagerplatte, an welcher die Lageraufnahmen angeordnet sind, wobei die Lagerplatte, mindestens zwei senkrecht zur Laufrichtung durchgehende Quernuten aufweist, die zu einer großen Fläche der Lagerplatte hin und an gegenüberliegenden Schmalseiten offen sind. In die Quernuten, z.B. T-förmigen Nuten oder Nuten in Schwalbenschwanz-Form, können die Lageraufnahmen mit im Querschnitt entsprechend konjugiert geformten Köpfen bzw. Federn eingreifen. So kann für jede Produktvariante die Lagerplatte aus einem stranggepressten Metallprofil, vorzugsweise einem stranggepressten Aluminiumprofil, hergestellt werden. Anschließende Bearbeitungsschritte zur anwendungsspezifischen Herstellung des Schlittens werden dadurch weniger aufwendig. Die Quernuten können sowohl zur Befestigung der Festlager genutzt werden, z.B. anhand zusätzlicher Schraubverbindung, als auch und insbesondere zur verschiebbaren Führung des bzw. der als Loslager ausgeführten Lageraufnahmen.
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Die Gleitelemente sind vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt, der für das Spritzguss-Verfahren geeignet ist, hoch verschleißfest ist und einen geringen Reibwert aufweist. Der Kunststoff kann aus einem Basispolymer mit einem Anteil mindestens eines Zusatzstoffs, umfassend Festschmierstoff-Partikel, einem Verstärkungsstoff und/oder einem Füllstoff bestehen, wobei der bzw. die Zusatzstoffe zur Verschleißfestigkeit und/oder Reibungsverminderung geeignet gewählt sind.
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Die Gleitelemente können einen kreisförmigen, quaderförmigen oder polygonalen Querschnitt der Gleitöffnung aufweisen. Es kann insbesondere eine Radialmündung aus der Gleitöffnung vorgesehen sein für eine Verkröpfung bzw. Auskragung, mit welcher das Führungsprofil, das einen der Gleitöffnung entsprechenden Querschnitt aufweist, mit dem Schienenkörper einteilig oder mehrteilig verbunden ist. Die Radialmündung hat bevorzugt einen Öffnungswinkel, gemessen in Umfangsrichtung um die Gleitachse, im Bereich von 80° bis 100°, insbesondere von ca. 90°. Anhand der ebenfalls durchgehenden Öffnung, welche die Radialmündung bildet, kann die Verkröpfung bzw. Auskragung des Führungsprofils aufgenommen werden. Dementsprechend sollte der Öffnungswinkel hierzu genau hinreichend groß mit geringem Spiel gewählt sein, um maximale Gleitfläche der Gleitöffnung zu erhalten.
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In den Lageraufnahmen kann eine etwas größere Mündungsöffnung vorgesehen sein, durch welche die Verkröpfung bzw. Auskragung des Führungsprofils ragt. Bei geeigneter Dimensionierung, insbesondere der Abmessung der Gleitelemente in Richtung der Gleitachse, kann das Gleitelement ohne Verformung durch die Mündungsöffnung in die zugehörige Lageraufnahme eingesetzt bzw. aus dieser entnommen werden.
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Neben den Gleitelementen können je nach den Anforderungen auch die Lageraufnahmen für die Gleitelemente aus einem hochfesten spritzgussfähigen Kunststoff gefertigt sein, welcher jedoch nicht zwingend tribologische Eigenschaften aufweisen muss.
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Neben dem unabhängigen Aspekt des Gleitlagers, insbesondere des Führungschlittens für sich genommen, betrifft die Erfindung auch eine Gleitführung umfassend eine Kurvenschiene mit einer Krümmung der Laufrichtung um mindestens eine Krümmungsachse, welche in der Ebene senkrecht zur geradlinigen Längserstreckung der Schiene liegt, wobei die Kurvenschienen-Gleitführung ein Gleitlager nach einem der vorstehenden Ausführungsbeispiele aufweist. Die Kurvenschiene kann insbesondere als Doppelschiene ausgeführt sein, z.B. wenn eine Drehung um die Laufrichtung unerwünscht ist bzw. eine verdrehfeste Führung gewünscht ist.
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Die Doppelschiene kann insbesondere aus einem im Querschnitt symmetrischem Profil, z.B. aus einem einstückig stranggepressten Aluminium-Profil oder aus zwei miteinander verbundenen stranggepressten Aluminium-Profilen hergestellt werden. Die Schiene kann insbesondere nachträglich in einen oder mehreren Längsabschnitten zu einem einfach oder mehrfach gekrümmten Verlauf gebogen sein, so dass eine Kurvenführung mit nicht linearer Laufrichtung erzielt wird.
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Die Erfindung betrifft gemäß einem weiteren unabhängigen Aspekt auch ein Gleitelement für ein Gleitlager im Sinne der Erfindung. Das Gleitelement besteht aus einem hoch verschleißfesten Kunststoff mit geringem Reibwert, wobei das Gleitelement kugelkalottenförmig mit einer sphärischen Außenfläche gestaltet ist, und eine entlang einer Gleitachse durchgehende Gleitöffnung aufweist, welche in Bezug auf die Gleitachse geometrisch bzw. allgemein zylindrisch ist. Die Gleitöffnung kann insbesondere kreiszylindrisch oder im Querschnitt polygonförmig sein. Ferner hat das Gleitelement eine durchgehende Radialmündung für eine Verkröpfung eines Führungsprofils, dessen Führungsquerschnitt in der Gleitöffnung aufzunehmen ist.
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Die durchgehende Gleitöffnung im Gleitelement kann z.B. kreiszylindrisch oder vierkant-zylindrisch ausgeführt sein. Die von der Gleitöffnung nach außen mündende, durchgehende Radialmündung hat vorzugsweise einen Öffnungswinkel um die Gleitachse von 80° bis 100°, insbesondere von etwa 90°.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Figuren, anhand derer bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend ohne Beschränkung der Allgemeinheit der vorstehenden Beschreibung erläutert werden. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen baugleiche oder funktionsgleiche Elemente. Hierin zeigen:
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1A–1D eine Gleitführung für eine Kurvenführung mit einem Gleitlager gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, in Seitenansicht (1A), im Querschnitt gemäß Schnittlinie B-B (1B) und im horizontalen Längsschnitt gemäß Schnittlinie C-C (1C) für eine Krümmung um eine Vertikalachse, sowie eine Seitenansicht (1D) bei Krümmung um eine Horizontalachse;
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2A–2B eine Gleitführung für eine Kurvenführung mit einem Gleitlager gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel in Seitenansicht (2A) und im horizontalen Längsschnitt gemäß Schnittlinie D-D (2B);
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3 eine Variante der Kurvenführung nach 1 bzw. 2 mit einem Querschnitt der Führungsprofile; und
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4A–4B perspektivische Ansichten eines kalottenförmigen Gleitelements für ein Gleitlager im Sinne der Erfindung.
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1A–1D zeigt ein Linearführungssystem mit einem Gleitlager 12 und einer gekrümmt verlaufenden Kurvenschiene 14, welche hier als Doppelführungsschiene, mit einem länglichen Schienenkörper 15 und an dessen beiden Längsseiten Führungsprofile 16 einstückig mit dem Schienenkörper 15 vorgesehen sind. Die Führungsprofile 16 stehen seitlich nach außen und senkrecht zur Hauptebene bzw. Befestigungsebene des Schienenkörpers 15 ab. Die Führungsprofile 16 sind in 1B, rein beispielhaft im Wesentlichen kreisrund im Querschnitt mit Ausnahme des Übergangsbereichs, in dem die Führungsprofile 16 über Verkröpfungen 17 mit dem Schienenkörper 15, z.B. materialeinheitlich verbunden sind. Die Kurvenschiene 14 kann mit diesem, am besten in 1B gezeigten, symmetrischen Querschnitt einstückig hergestellt sein, z.B. als stranggepresstes Aluminiumprofil. Auch andere zylindrische Führungsprofile 16 sowie ein mehrteiliger Aufbau mit getrennt am Schienenkörper befestigten Führungsprofilen sind möglich.
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Das Gleitlager 12 hat einen Schlitten 20 mit vier Lageraufnahmen 22A, 22B. Jeweils zwei Lageraufnahmen 22A, 22B sind paarweise senkrecht zur Längsrichtung des Schlittens 20 bzw. zu einer geraden Laufrichtung, allgemein mit Doppelpfeil L angedeutet, der Kurvenschiene 14 gegenüberliegend vorgesehen. Die beiden Paare von Lageraufnahmen 22A, 22B liegen parallel beabstandet, jeweils nahe einem frontseitigen Ende des Schlittens 20. Jede Lageraufnahme 22A, 22B ist an der Unterseite einer Lagerplatte 23 des Schlittens 20 angebracht. Die Lageraufnahmen 22A an einer Längsseite sind fest mit der Lagerplatte 23 verschraubt und bilden Festlager. Die Lageraufnahmen 22B an der anderen Längsseite sind lose in Quernuten 24, mit hier T-förmigem Querschnitt (vgl. 1A) der Lagerplatte 23, geführt. Hierzu weisen die Lageraufnahmen 22A, 22B entsprechend geformte Köpfe 25 auf, die in die Quernuten 24 eingreifen und die Lageraufnahmen 22A, 22B senkrecht zur Lagerplatte 23 halten und umgekehrt. Die Quernuten 24 verlaufen senkrecht zur Laufrichtung L (wenn diese gerade verläuft). Die Lagerplatte 23 kann z.B. aus einem Längsabschnitt eines stranggepressten Aluminiumprofils zugeschnitten sein und dementsprechend durchgehende Quernuten 24 senkrecht zur geraden Laufrichtung L aufweisen.
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Wie ein Vergleich von 1B–1C zeigt, hat jede Lageraufnahme 22A, 22B eine Durchgangsöffnung 26, welche frontseitig geweitet ist gegen ein Verkanten an der Kurvenschiene 14. Senkrecht daneben können, wie 1B zeigt, in allen Lageraufnahmen 22A, 22B Gewindebohrungen vorgesehen sein, sodass die Lageraufnahmen 22A, 22B wahlweise lose quer verschiebbar oder als Festlager befestigt werden können. In einer Aufnahmeöffnung 27 in der Durchgangsöffnung 26 jeder Lageraufnahme 22A, 22B ist jeweils ein Gleitelement 30 aus tribologisch optimiertem Kunststoff angeordnet.
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Jedes Gleitelement 30 hat eine durchgehende Gleitöffnung 32 mit einem zum entsprechenden Führungsprofil 16 konjugierten Querschnitt (vgl. 1B), wobei die Gleitöffnung 32 in Bezug auf eine Gleitachse A in 1A–1D kreiszylindrisch gestaltet ist. Bei linearem Verlauf der Kurvenschiene 14 stehen alle Gleitachsen A im Wesentlichen parallel zur Laufrichtung L, in Kurven etwa tangential hierzu (1C). Die in 1A–1D kreiszylindrische Innenfläche 33 des Gleitelements 30, welche die Gleitöffnung 32 begrenzt, ist jeweils zur Gleitachse A parallel ausgerichtet und wirkt gleitend mit geringem Reibwert in Blick auf die Materialpaarung zwischen Gleitelement 30 und Kurvenschiene 14. Die Gleitelemente 30 wirken mit ihren Gleitöffnungen 32 zur in Laufrichtung L verschiebbaren Führung mit dem Führungsprofil 16 zusammen.
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Die Gleitelemente 30 haben eine sphärische bzw. kugelige Außenfläche 34. Die Gleitelemente 30 haben in diesem Beispiel die Grundform einer Kugelkalotte (genauer einer Kugelschicht), wobei die sphärische Außenfläche 34 einer spiegelsymmetrischen Kugelzone entspricht. Gleitelemente 30 dieser Form lassen sich sehr präzise und verhältnismäßig unkompliziert aus Kunststoff im Spritzgussverfahren herstellen. Jedes Gleitelement 30 ist mit seiner sphärischen Außenfläche 34 in der entsprechend konjugiert geformten kugeligen bzw. sphärischen Aufnahmeöffnung 27 in der Durchgangsöffnung 26 der entsprechenden Lageraufnahme 22A, 22B mit minimalem Spiel geführt. Die Außenfläche 34 des Gleitelements 30 bildet mit der Aufnahmeöffnung 27 der Lageraufnahme 22A, 22B ein Kugelgelenk zur räumlichen Ausrichtung der Gleitachse A des Gleitelements 30 in Abhängigkeit des kurvenförmigen Verlaufs der Laufrichtung L der Kurvenschiene 14. In Bezug auf kartesische Koordinaten sind die Gleitelemente 30 somit um eine senkrechte Z-Achse und um eine horizontale Y-Achse drehbar, wenn die X-Achse dem geraden Verlauf der Gleitachse A bzw. Laufrichtung L entspricht (d.h. wenn Y- und Z-Achse die Querschnittsebene B-B gemäß 1B aufspannen).
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Nebst einer Krümmung der Kurvenschiene 14 seitlich bzw. horizontal in Laufrichtung (Z-Biegung) betrachtet, wie in 1C veranschaulicht, erlaubt das Gleitlager 12 somit aufgrund der drehbaren Lagerung der Gleitelemente 30 selbst auch Kurvenbahnen mit Krümmung der Kurvenschiene 14 in vertikaler Richtung (Y-Biegung), wie in 1D veranschaulicht, und ermöglicht so auch Gleitführungen mit unebenen bzw. mehrfach gekrümmten Kurvenschienen (nicht gezeigt).
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Wie am besten aus 1B ersichtlich, haben die Gleitelemente 30 eine von der zylindrischen Gleitöffnung 32 radial nach außen öffnende Radialmündung 36, die in Richtung der Gleitachse A ebenfalls durchgehend ist. Die Radialmündung 36 ist zum Durchführen der Verkröpfung 17 vorgesehen, mit welcher das Führungsprofil 16 mit dem Schienenkörper 15 verbunden ist. Wie in 1B gezeigt, kann die Radialmündung 37 einen Öffnungswinkel (um die Gleitachse A in Umfangsrichtung gemessen) von ca. 90° (+/–5–10%) aufweisen. Entsprechend der Radialmündung 36 haben die Lageraufnahmen 22A, 22B eine leicht größere Mündungsöffnung 28, durch welche die Verkröpfung bzw. Auskragung 17 der jeweiligen Seite der Kurvenschiene 14 ragt. Die Mündungsöffnung 28 dient auch zum Einbringen bzw. Herausnehmen der steifen Gleitelemente 30 auch in die bzw. aus der jeweiligen Aufnahmeöffnung 27 der entsprechenden Lageraufnahme 22A, 22B.
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2A–2B zeigt ein alternatives Linearführungssystem für eine einfach gekrümmte Kurvenschiene 214, welche nur Radien um Krümmungsachsen parallel zur Z-Hauptachse aufweist, d.h. in einer Ebene verläuft. Hierbei hat das Gleitlager 212 nach 2A–2B an seinem Schlitten 22 genau drei unterseitig angebrachte Lageraufnahmen 22A, 22B, von denen die beiden frontseitigen Lageraufnahmen 22A auf einer Seite als Festlager an der Lagerplatte 223 befestigt sind. Die etwa mittig in Laufrichtung L dazwischen angeordnete Lageraufnahme 22B auf der gegenüberliegenden Seite ist als Loslager quer zur Laufrichtung L verschiebbar mit einem Kopf 25 in einer Quernut 24 geführt. Sonstige Merkmale entsprechen den bereits oben zu 1A–1D erläuterten.
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3 veranschaulicht schließlich ein alternatives Querschnittsprofil für die Gleitöffnung der Gleitelemente 330. Anstelle einer kreiszylindrischen Formgebung kann die Innenfläche 333 gemäß einem polygonalen, z.B. viereckigen, Querschnitt verlaufen, um an einem Führungsprofil 316 mit einem – die Verkröpfung 317 ausgenommen – vierkantförmigen, hier etwa quadratischen Querschnitt zu führen. Die Gleitelemente 330 und Führungsprofile 316 bieten speziell in Bezug auf die beiden Y- und Z-Hauptachsen größere Auflageflächen. Die sonstigen Bauteile und Merkmale entsprechen den bereits oben zu 1A–1D erläuterten.
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4A–4B veranschaulichen die Geometrie eines Gleitelements 30, hier mit einer kreiszylindrischen Gleitöffnung 32, z.B. für ein Führungsprofil gemäß 1–2. Die Gleitöffnung 32 ist rotationssymmetrisch um die bestimmungsgemäße Gleitachse A gestaltet. Der Radius R2 der kreiszylindrischen Innenfläche beträgt dabei etwa 50%–75% des Radius R1 der sphärischen Außenfläche 34. Die Radialmündung 36 entspricht der koaxialen Entfernung eines Kreiszylindersektors mit Sektorwinkel entsprechend dem Öffnungswinkel α der Radialmündung 36 (gemessen in Umfangsrichtung des zentralen Querschnitts). Dieser Öffnungswinkel α und die Abmessung B des Gleitelements 30 in Richtung der Gleitachse A sind bevorzugt so gewählt, dass B ≤ R1·α (mit α im Bogenmaß bzw. in der Einheit rad), da die Mündungsöffnung 28 der Lageraufnahme 22A, 22B aus konstruktiven Gründen mindestens die Größe der Radialmündung 36 aufweisen soll.
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Bezugszeichenliste
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FIG.1A–1D
- 12
- Gleitlager
- 14
- Kurvenschiene
- 15
- Schienenkörper
- 16
- Führungsprofil
- 17
- Verkröpfung
- 20
- Schlitten
- 22A, 22B
- Lageraufnahmen
- 23
- Lagerplatte
- 24
- Quernut
- 25
- Kopf
- 26
- Durchgangsöffnung
- 27
- Aufnahmeöffnung
- 28
- Mündungsöffnung
- 30
- Gleitelement
- 32
- Gleitöffnung
- 33
- zylindrische Innenfläche
- 34
- sphärische Außenfläche
- 36
- Radialmündung
- A
- Gleitachse
- L
- Laufrichtung
- X, Y, Z
- Hauptachsen
FIG.2A–2B - 212
- Gleitlager
- 214
- Kurvenschiene
- 15
- Schienenkörper
- 16
- Führungsprofil
- 220
- Schlitten
- 22A, 22B
- Lageraufnahmen
- 223
- Lagerplatte
- 24
- Quernut
- 25
- Kopf
- 27
- Aufnahmeöffnung
- 30
- Gleitelement
- 32
- Gleitöffnung
- 33
- zylindrische Innenfläche
- 34
- sphärische Außenfläche
- A
- Gleitachse
- L
- Laufrichtung
- X, Y, Z
- Hauptachsen
FIG.3 - 312
- Gleitlager
- 314
- Kurvenschiene
- 315
- Schienenkörper
- 316
- Führungsprofil
- 317
- Verkröpfung
- 22A, 22B
- Lageraufnahmen
- 330
- Gleitelement
- 333
- zylindrische Innenfläche
- 23
- Lagerplatte
- 27
- Aufnahmeöffnung
- 34
- sphärische Außenfläche
FIG.4 - 30
- Gleitelement
- 32
- Gleitöffnung
- 33
- zylindrische Innenfläche
- 34
- sphärische Außenfläche
- 36
- Radialmündung
- α
- Bogenmaß der Radialmündung
- A
- Gleitachse
- B
- Abmessung (in Gleitachsenrichtung)
- R1
- Radius Außenfläche
- R2
- Radius Innenfläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1379791 B1 [0003, 0004]
- DE 202004016094 U1 [0005]
